DE1010202B - Nuclear reactor system, the reactivity of which is changed pneumatically by changing the level of a moderator or reflector fluid - Google Patents

Nuclear reactor system, the reactivity of which is changed pneumatically by changing the level of a moderator or reflector fluid

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DE1010202B
DE1010202B DED21930A DED0021930A DE1010202B DE 1010202 B DE1010202 B DE 1010202B DE D21930 A DED21930 A DE D21930A DE D0021930 A DED0021930 A DE D0021930A DE 1010202 B DE1010202 B DE 1010202B
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Dr Kurt Diebner
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Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Steuerung von Kernreaktoren kann unter anderem durch die Veränderung der Eintauchtiefe von Absorptionsstäben im Reaktorkern oder im Reflektor vorgenommen werden. Dieses viel angewendete Verfahren setzt ein betriebssicheres Arbeiten aller mit den Regelstäben verbundenen Apparateteile voraus. Da dies jedoch nicht immer gewährleistet ist, hilft man sich normalerweise so, daß man mehrere unabhängig voneinander arbeitende Steuerungseinrichtungen gleichzeitig einrichtet, von denen jede einzelne bereits ausreicht, um den Reaktor vollständig auszusteuern. Es ist auch bekannt, flüssigkeitsmoderierte Reaktoren durch Veränderung des Moderatorniveaus zu steuern, wobei die Moderatorflüssigkeit in einem gesonderten Vorratskessel untergebracht sein kann. Beim Betrieb für wissenschaftliche und auch für technische Zwecke, z. B. für die Krafterzeugung, ist es wichtig, Steuerungsverfahren zu haben, die beim Versagen irgendwelcher Teile dieser Einrichtungen immer so arbeiten, daß der Reaktor automatisch abgeschaltet wird. Außerdem aber ist es erwünscht, daß solche Regelungs- und . Steuervorrichtungen die Energieprodukte· auch automatisch drosseln, herabsetzen und sogar beenden, wenn durch irgendwelche Zufälligkeiten ein unvorhergesehener Leistungsanstieg des Reaktors eintritt.The control of nuclear reactors can, among other things, by changing the immersion depth of Absorption rods are made in the reactor core or in the reflector. This much used procedure assumes that all parts of the apparatus connected to the control rods are working safely. However, since this is not always guaranteed, one usually helps one another by having several independently sets up mutually working control devices at the same time, each of which is already sufficient to fully control the reactor. It is also known to be liquid-moderated To control reactors by changing the moderator level, the moderator liquid in one separate storage boiler can be housed. When operating for scientific and also for technical purposes, e.g. B. for the power generation, it is important to have control procedures that when Failure of any parts of these facilities always work so that the reactor shut down automatically will. In addition, however, it is desirable that such control and. Control devices the Energy products · also automatically throttle, minimize and even terminate, if by any Coincidences an unforeseen increase in the power of the reactor occurs.

Erfmdungsgemäß soll nun ein flüssigkeitsmoderierter bzw. mit einem flüssigen Reflektor versehener Reaktor so ausgestaltet werden, daß eine Steuerung und Stabilisierung durch Verändern des Moderator- bzw. Reflektorniveaus erfolgt, in der Weise, daß in einem aus zwei Kesseln .bestehenden Reaktorsystem, von denen der eine den eigentlichen Reaktor aufnimmt, während der andere als Vorratsbehälter für die Moderator- bzw. Reflektorflüssigkeit dient, der Austausch der Moderator- bzw. Reflektorflüssigkeit zwischen den beiden Kesseln durch die Differenz der in ihnen herrschenden pneumatischen Drücke bewirkt wird. Zur Erläuterung des Prinzips diene die Abb. 1.According to the invention, a liquid-moderated reflector or one provided with a liquid reflector should now be used Reactor be designed so that a control and stabilization by changing the Moderator or reflector level takes place in such a way that in one of two boilers Reactor system, one of which houses the actual reactor, while the other acts as a storage tank for the moderator or reflector liquid, the exchange of the moderator or reflector liquid is used between the two boilers by the difference in the pneumatic ones prevailing in them Pressures is effected. Fig. 1 serves to explain the principle.

Wir sperren im Zylinder 1 eine feste Gasmenge über der Sperrflüssigkeit 2 ab. Das Gas wird mit dem Volumen V5 auf die Temperatur Γ6 gebracht; auf den rechten Flüssigkeitsspiegel übt eine Pumpe (durch Kolben 3 angedeutet) den äußeren Druck p aus. Durch die Wahl dieser zwei Parameter ist das Volumen über dem linken Flüssigkeitsspiegel bestimmt. Es geltenWe shut off a fixed amount of gas above the sealing liquid 2 in cylinder 1. The gas is brought to the temperature Γ6 with the volume V 5; A pump (indicated by piston 3) exerts the external pressure p on the right liquid level. The volume above the left liquid level is determined by the choice of these two parameters. It apply

Kernreaktorsystem, dessen Reaktivität
durch Veränderung des Niveaus einer
Moderator- oder Reflektorflüssigkeit auf pneumatischem Wege geändert wirdNuclear reactor system, its reactivity
by changing the level of one
Moderator or reflector fluid is changed pneumatically

F= V0- ftp. T) F = V 0 - ftp. T)

δ V \δ V \

JTJT

Anmelder:Applicant:

Dr. Kurt Diebner, Hamburg-Harburg,
Corduaweg 16Dr. Kurt Diebner, Hamburg-Harburg,
Corduaweg 16

Dr. Erich Bagge, Hamburg-Wandsbek,Dr. Erich Bagge, Hamburg-Wandsbek,

Dr. Kurt Diebner, Hamburg-Harburg,Dr. Kurt Diebner, Hamburg-Harburg,

und Horst Borgwald, Barsbüttel bei Hamburg,and Horst Borgwald, Barsbüttel near Hamburg,

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

A1LA 1 L

0.0.

T =const T = const

Es liegt nahe, den Zylinder 4 in Wärmekontakt mit dem Reaktor oder einem Teil eines Reaktors zu bringen und aus der Änderung des Volumens V 5 die Steuerung des Reaktors abzuleiten. Hierbei soll eine Zunahme von VS den Reaktor ins unterkritische Gebiet steuern. Aus den beiden Differentialgleichungen ergibt sich, daß eine solche Steuerung selbststabilisierend arbeitet, solange p nicht verändert wird, während die Regelung von außen — durch Wahl des Drucks p — so erfolgt, daß eine Begrenzung durch Überdruckventil möglich ist und beim Ausfall der Pumpe eine automatische Abschaltung des Reaktors eintritt. Wesentlich für die Betriebssicherheit einer solchen Regelautomatik ist nun, daß eine Volumenänderung Δ V den erwünschten Regelvorgang unmittelbar ohne Einführung von Schaltelementen usw. bewirkt. Hierzu dient lediglich die mit der Volumenänderung Δ V verknüpfte Verlagerung der Oberfläche der Sperrflüssigkeit.It is obvious to bring the cylinder 4 into thermal contact with the reactor or a part of a reactor and to derive the control of the reactor from the change in the volume V 5. Here, an increase in VS should steer the reactor into the subcritical area. The two differential equations show that such a control works in a self- stabilizing manner as long as p is not changed, while the control from the outside - by selecting the pressure p - takes place in such a way that a limitation by a pressure relief valve is possible and an automatic shutdown in the event of a pump failure of the reactor enters. It is now essential for the operational reliability of such an automatic control system that a change in volume Δ V brings about the desired control process directly without the introduction of switching elements, etc. For this purpose serves only the function associated with the change in volume Δ V of the surface displacement of the barrier liquid.

Tn Abb. 2 ist an einem Beispiel gezeigt, wie man die Steuerung tatsächlich, vornehmen kann. ZweiTn Fig. 2 shows an example of how the control can actually be carried out. Two

709 548/372709 548/372

Druckkessel 7 und 5 sind durch eine Verbindungslei tung 9 über eine Drossel 6 miteinander verbunden. Im Kessel 7 befindet sich der Reaktor 1, der beispielsweise aus einer Anzahl von festen Brennstoffelementen besteht, die geometrisch so angeordnet sind, daß sie ohne Füllung ihrer Zwischenräume mit Wasser oder einer sonstigen Moderatorflüssigkeit im ganzen eine unterkritische Anordnung darstellen, daß aber durch Auffüllung dieser Zwischenräume mit der Moderatorflüssigkeit der Reaktor überkritisch wird. Der Reaktor 1 innerhalb des Kessels 7 kann sich auch seinerseits noch wieder in einem Gefäß befinden oder auch nicht und beispielsweise ein »Flüssigkeitsreaktor« sein oder ein sonstiger homogener oder inhomogener Reaktor, der durch Veränderung der Höhe der in diesem Fall als Reflektor dienenden Flüssigkeit unter- oder überkritisch wird.Pressure vessels 7 and 5 are connected to one another by a connecting line 9 via a throttle 6. In the boiler 7 there is the reactor 1, which consists for example of a number of solid fuel elements which are geometrically arranged so that they represent a subcritical arrangement as a whole without filling their interstices with water or another moderator liquid, but that by filling these interstices with the moderator liquid, the reactor becomes supercritical. The reactor 1 within the vessel 7 can for its part still be located in a vessel or not and can be, for example, a "liquid reactor" or some other homogeneous or inhomogeneous reactor which, by changing the height of the liquid serving as a reflector in this case, is or becomes overly critical.

Der Reservekessel 5 ist zum Teil mit Flüssigkeit gefüllt, er steht über das Rohr 11 mit einer Pumpe in Verbindung, die in dem Volumen oberhalb des Flüssigkeitsspiegels den Druck p (10) aufrechterhält. Im Ruhezustand, d. h. bei Abwesenheit von Fremddruck über die Rohr leitung 11, befindet sich der Spiegel der Bremsflüssigkeit beispielsweise in Stellung 13. Die Füllung diar beiden Kammern, die über die Drossel 6 miteinander verbunden sind, wird dabei so vor genommen, daß der Reaktor etwa nur teilweise von Bremsflüssigkeit bedeckt ist, bzw. so, daß er nicht zur Selbsterregung kommt. Wird nun die Pumpe 10 eingeschaltet, so steigt der Druck im Reservevolumen 5 an und senkt den Flüssigkeitsspiegel etwa in Stellung 14, wobei gleichzeitig im Reaktorkessel das Flüssigkeitsniveau bis zur Stellung 4 ansteigt, so daß er, beispielsweise völlig bedeckt, ins überkritische Gebiet kommt und Energie zu produzieren beginnt. Zugleich erwärmt er auf diese Weise die Bremsflüssigkeit. Durch Variation des Druckes im Reservevolumen 5 läßt sich das Leistungsniveau des Reaktors einstellen. Tritt nun z. B. bei festgehaltenem Druck ρ im Reservevolumen 5 eine durch irgendwelche Umstände ausgelöste Überproduktion an Energie im Kessel 7 ein, so steigt in diesem der Flüssigkeitsdampfdruck an und bewirkt eine Senkung des Flüssigkeitsspiegels etwa in eine Stellung zwischen 3 und 4, die automatisch eine Leistungsabnähme des Reaktors zur Folge hat. Dies kann unter Umständen so weit gehen, daß der Reaktor aufhört, Energie zu produzieren. Dasselbe kann eintreten, wenn etwa der Druck im Reservevolumen 5 durch Ausfall der Pumpe 10 absinkt. Der Drossel 6 fällt bei diesem Spiel der Steuerungseinrichtung die Aufgabe zu, eine verzögerte Einstellung der Reaktorieistung zu bewerkstelligen, um ein periodisches Auf- und Abschwingen der Energieproduktion zu verhindern. Zweckmäßigerweise wird die Drosselung so eingestellt werden, daß man sich in der Nähe des Grenzfalles der aperiodischen Dämpfung dieses schwingenden Systems befindet.The reserve tank 5 is partially filled with liquid; it is connected via the pipe 11 to a pump which maintains the pressure p (10) in the volume above the liquid level. At rest, ie in the absence of external pressure through the pipe 11, the level of the brake fluid is, for example, in position 13. The filling diar two chambers, which are connected to each other via the throttle 6, is made so that the reactor is about is only partially covered by brake fluid, or in such a way that it does not self-excite. If the pump 10 is now switched on, the pressure in the reserve volume 5 increases and lowers the liquid level approximately in position 14, while at the same time the liquid level in the reactor vessel rises to position 4, so that it, for example completely covered, comes into the supercritical area and generates energy begins to produce. At the same time, it heats the brake fluid in this way. The power level of the reactor can be adjusted by varying the pressure in the reserve volume 5. Now occurs z. For example, if the pressure ρ is maintained in the reserve volume 5, an overproduction of energy in the boiler 7 caused by any circumstances occurs, the liquid vapor pressure rises in this and causes a lowering of the liquid level approximately to a position between 3 and 4, which automatically decreases the power of the reactor has the consequence. Under certain circumstances, this can go so far that the reactor stops producing energy. The same can occur if, for example, the pressure in the reserve volume 5 drops due to the failure of the pump 10. In this game, the control device has the task of bringing about a delayed setting of the reactor output in order to prevent a periodic upward and downward swing in energy production. The throttling is expediently set in such a way that one is in the vicinity of the limit case of the aperiodic damping of this oscillating system.

Dasselbe Verfahren kann in analoger Weise auf Homogenreaktoren angewendet werden, wobei nur dafür zu sorgen ist, daß der Reservekessel 5 eine geometrische Gestalt besitzt, die bei Füllung mit der Reaktorflüssigkeit nicht zu einem selbsterregten Reaktor auf dieser Seite fuhrt, oder daß er auf andere Weise unkritisch gehalten wird.The same process can be applied in an analogous manner to homogeneous reactors, but only for this is to ensure that the reserve boiler 5 has a geometric shape that when filled with the Reactor fluid does not lead to a self-excited reactor on this side, or that it leads to others Way is kept uncritical.

Claims (10)

Patentansprüche.·Patent claims. 1. Kernreaktorsystem, dessen Reaktivität durch Veränderung des Niveaus einer Moderator- oder Reflektorflüssigkeit geändert wird und das aus zwei durch eine Verbindungsleitung miteinander verbundenen Kesseln besteht, von denen der eine den eigentlichen Reaktor aufnimmt, während der andere als Vorratskessel für die Moderator- oder . -Reflektorflüssigkeit dient, dadurch gekennzeichnet, daß der Austausch der Moderator- oder Reflektorflüssigkeit zwischen den beiden Kesseln durch die Differenz der in ihnen herrschenden pneumatischen Drücke bewirkt wird.1. Nuclear reactor system, its reactivity by changing the level of a moderator or Reflector fluid is changed and the two by a connecting line with each other connected boilers, one of which houses the actual reactor, while the other than storage kettles for the moderator or. -Reflector fluid is used, characterized that the exchange of the moderator or reflector liquid between the two vessels by the Difference in the prevailing pneumatic pressures is caused. 2. Kernreaktorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindungsleitung zwischen den beiden Kesseln eine steuerbare Drossel eingebaut ist, die den Flüssigkeitsstrom so weit dämpft, daß ein periodisches Auf- und Abschwingen des Flüssigkeitsniveaus verhindert wird, wobei sich zweckmäßig die bremsende Wirkung der Drossel in der Nähe des Grenzfalles der aperiodischen Dämpfung hält.2. Nuclear reactor system according to claim 1, characterized in that in the connecting line A controllable throttle is installed between the two boilers, which controls the flow of liquid attenuates so far that a periodic up and down swing of the liquid level is prevented is, in which case the braking effect of the throttle is expedient in the vicinity of the borderline case of the aperiodic damping. 3. Kernreaktorsystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsspiegel des Vorratskessels durch einen Steuerdruck mit Hilfe einer Druckpumpe einstellbar ist.3. Nuclear reactor system according to claim 1 and 2, characterized in that the liquid level of the storage tank can be adjusted by a control pressure with the aid of a pressure pump. 4. Kernreaktorsystem nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung zwischen den beiden Kesseln flexibel ist, so daß durch relative Änderung der Höhenlage der Kessel eine zusätzliche Steuerungsmöglichkeit gegeben ist.4. Nuclear reactor system according to claim 1 to 3, characterized in that the connecting line between the two boilers is flexible, so that by relative change in the altitude of the Boiler is given an additional control option. 5. Verfahren zur Inbetriebnahme eines Kernreaktorsystems nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den Reaktor vor Inbetriebnahme mit Moderator- oder Reflektorflüssigkeit so weit füllt, daß bei gleicher Höhe der Flüssigkeitsspiegel im Reaktorkessel und im Vorratskessel der Reaktor eben noch unterkritisch ist.5. Procedure for commissioning a nuclear reactor system according to claims 1 to 4, characterized in that the reactor is put into operation so far fills with moderator or reflector liquid that the liquid level is at the same height in the reactor vessel and in the storage vessel the reactor is still subcritical. 6. Kernreaktorsystem nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfdruck der durch den Reaktorkern erwärmten Flüssigkeit im Reaktorkessel dazu verwendet wird, die Flüssigkeit über die Verbindungsleitung in den Vorratskessel fortzudrücken und dadurch den Flüssigkeitsspiegel im Reaktorkessel zu senken für den Fall, daß die Druckpumpe oder eine sonstige zur Einstellung des Flüssigkeitsspiegels vorgesehene Einrichtung versagt, um auf diese Weise den Reaktor ins unterkritische Gebiet zu steuern und so die weitere Energieproduktion zu beenden.6. Nuclear reactor system according to claim 1 to 4, characterized in that the vapor pressure of the liquid heated by the reactor core in the Reactor tank is used to push the liquid through the connecting line into the storage tank and thereby the liquid level to lower in the reactor vessel in the event that the pressure pump or other to Adjustment of the liquid level provided device fails in this way To steer the reactor into the subcritical area and thus end further energy production. 7. Kernreaktorsystem nach Anspruch 1 bis 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Seite des Vorratskessels der Steuerungsdruck auf thermischem Wege durch Verdampfen einer erhitzten Flüssigkeit oder durch direkte zusätzliche Erhitzung der Flüssigkeit im Vorratskessel selbst erzeugt wird, wobei es unter geeigneten Bedingungen erreicht werden kann, daß sich das ganze System in seiner Energieproduktion automatisch selbst steuert.7. Nuclear reactor system according to claim 1 to 4 and 6, characterized in that on the side of the storage boiler the control pressure on thermal Paths by evaporation of a heated liquid or by direct additional heating the liquid is generated in the storage tank itself, under suitable conditions can be achieved that the whole system in its energy production automatically controls itself. 8. Kernreaktorsystem nach Anspruch 1 bis 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerungsdruck im Vorratskessel aus einem mit einem Gas von höherem Druck angefülten Behälter geliefert wird, der über eine steuerbare Drossel mit dem Vorratskessel in Verbindung steht.8. Nuclear reactor system according to claim 1 to 4 and 6, characterized in that the control pressure Supplied in the storage tank from a container filled with a gas at a higher pressure which is connected to the storage boiler via a controllable throttle. 9. Kernreaktorsystem nach Anspruch 1 bis 4 und 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Vorratskessel ein Überdruck-Sicherheitsventil angebracht und so eingerichtet ist, daß bei zu hohem Steuerungsdruck automatisch der Reaktor zum Abschalten gebracht wird.9. Nuclear reactor system according to claim 1 to 4 and 6 to 8, characterized in that the storage tank an overpressure safety valve is attached and set up so that if too high Automatically control pressure to the reactor Shutdown is brought. 10. Kernreaktorsystem nach Anspruch 1 bis 4 und 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Reaktorkessel neben dem Dampf der Flüssigkeit noch ein Fremdgas befindet, welches den Druck oberhalb des Flüssigkeitsspiegels erhöht.10. Nuclear reactor system according to claim 1 to 4 and 6 to 9, characterized in that in the In addition to the vapor of the liquid, there is also a foreign gas in the reactor vessel, which increases the pressure increased above the liquid level. In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 714 577;Considered publications:
U.S. Patent No. 2,714,577; R. Step hen s on, Introduction to Nuclear Engineering, 1954, S. 281;R. Step hen s on, Introduction to Nuclear Engineering, 1954, p. 281; M. A. Schultz, Control of Nuclear Reactors and Power Plants, 1955, S. 127;M. A. Schultz, Control of Nuclear Reactors and Power Plants, 1955, p. 127; Band »Research Reactors« der Reihe »Selected Reference Material on Atomic Energy« der Atomenergie-Kommission der Vereinigten Staaten, 1955, S. 332 bis 341.Volume "Research Reactors" of the series "Selected Reference Material on Atomic Energy" of the Atomic Energy Commission of the United States, 1955, pp. 332-341. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1127506B (en) * 1958-02-05 1962-04-12 Rateau Sa Soc Device for improving the efficiency of nuclear reactor plants

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2714577A (en) * 1945-11-02 1955-08-02 Fermi Enrico Neutronic reactor

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