DE1020417B

DE1020417B - Process for regulating the reactivity of a reactor

Info

Publication number: DE1020417B
Application number: DEM28433A
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Heinz Maier-Leibnitz
Original assignee: PHIL HEINZ MAIER LEIBNITZ DR
Current assignee: PHIL HEINZ MAIER LEIBNITZ DR
Priority date: 1955-10-10
Filing date: 1955-10-10
Publication date: 1957-12-05

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der Reaktivität eines heterogenen Reaktors durch Einstellung des Moderators, bei dem erfindungsgemäß die gewünschte Einstellung der Reaktivität, wie sie etwa mit zunehmender Vergiftung nötig wird, dadurch erzielt wird, daß in den einzelnen Zellen des Reaktors die Menge oder Art eines von dem übrigen Moderator getrennten Teils des Moderators während des Betriebes verändert wird. Ein Vorzug des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß die Reaktivität ohne Zuhilfenahme von Absorbern geändert werden kann, wodurch einmal der Neutronenfluß sehr viel zweckmäßiger, beispielsweise zur Erzeugung neuen spaltbaren Materials, ausgenutzt und zum anderen die etwa in Absorbern erzeugte störende Radioaktivität stark verringert wird. Ein weiterer Vorzug ist, daß die integrale Verteilung des Neutronennusses im Reaktor im wesentlichen erhalten bleibt und daß damit keine Ungleichmäßigkeiten in der thermischen Belastung der Brennstoffelemente entstehen. The invention relates to a method for regulating the reactivity of a heterogeneous reactor by setting the moderator, in which, according to the invention, the desired setting of the reactivity, as it becomes necessary with increasing poisoning, is achieved by the fact that in the individual Cells of the reactor means the amount or type of part of the moderator that is separate from the remainder of the moderator is changed during operation. An advantage of the method according to the invention is that the reactivity can be changed without the aid of absorbers, thereby reducing the neutron flux much more expedient, for example for the production of new fissile material, exploited and on the other hand, the disruptive radioactivity generated in absorbers, for example, is greatly reduced. Another It is preferred that the integral distribution of the neutron nut in the reactor is essentially preserved remains and that there are no irregularities in the thermal load on the fuel elements.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhält ein heterogener Reaktor zweckmäßig neben den für die Aufnahme des Brennstoffes vorgesehenen Vorrichtungen auch noch Anordnungen für die Aufnahme und Entfernung von Moderatormaterial. Die genannten Vorrichtungen werden günstigerweise in bezug auf den Brennstoff möglichst symmetrisch verteilt. In einigen Fällen ist es zweckmäßig, den Raum für die veränderliche Moderatormenge gegenüber der übrigen konstant gehaltenen Moderatormenge durch Hüllen, die aus einem wenig neutronenabsorbierenden Stoff, wie beispielsweise Aluminium oder Zirkon, bestehen, abzugrenzen.To carry out the process according to the invention, a heterogeneous reactor is expediently given in addition to the devices provided for the reception of the fuel also have arrangements for the reception and removal of moderator material. The devices mentioned are favorably described in Distributed as symmetrically as possible with respect to the fuel. In some cases it is convenient to use the room for the variable amount of moderator compared to the rest of the amount of moderator, which is kept constant Sheaths made from a material that does not absorb much neutrons, such as aluminum or zirconium, to delimit.

Die Erfindung soll an Hand von in den Fig. 1, 2 und 3 schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden, ohne daß damit jedoch die Erfindung auf die Ausführungsbeispiele beschränkt werden soll.The invention is intended to be based on the exemplary embodiments shown schematically in FIGS. 1, 2 and 3 are explained in more detail without, however, restricting the invention to the exemplary embodiments shall be.

In Fig. 1 ist eine »Zelle« eines Reaktors dargestellt, bei dem als Moderator beispielsweise D₂O verwendet wird. Die aus den waagerecht im Moderator 2 angeordneten Brennstoffelementen 1 gebildete »Zelle« wiederholt sich innerhalb des Reaktors in zumindest zwei in der Zeichenebene liegenden, senkrecht aufeinanderstellenden Richtungen. Die den Raum für den veränderlichen Moderator 4 gegenüber deim konstanten Moderator 2 abgrenzende Hülle 3 ist, wie ersichtlich, ebenfalls waagerecht angeordnet. Außerdem liegt die Hülle 3 möglichst symmetrisch zu den Brennstoffelementen 1, wodurch erreicht wird, daß sich eine vorgenommene Veränderung des Moderators 4 bezüglich der Neutronenflußänderung möglichst gleichmäßig auf die Brennstoffelemente 1 auswirkt. Das Entstehen Verfahren zur Regelung der Reaktivität
eines Reaktors1 shows a “cell” of a reactor in which D ₂ O, for example, is used as a moderator. The “cell” formed from the fuel elements 1 arranged horizontally in the moderator 2 is repeated within the reactor in at least two directions lying perpendicular to one another and lying in the plane of the drawing. The envelope 3 delimiting the space for the variable moderator 4 with respect to the constant moderator 2 is, as can be seen, also arranged horizontally. In addition, the casing 3 is as symmetrical as possible to the fuel elements 1, which means that any change made to the moderator 4 with regard to the change in neutron flux has an effect as uniformly as possible on the fuel elements 1. The emergence process for regulating reactivity
of a reactor

Anmelder:Applicant:

Dr. phil. Heinz Maier-Leibnitz,
München, Arcisstr. 21Dr. phil. Heinz Maier-Leibnitz,
Munich, Arcisstr. 21

Dr. phil. Heinz Maier-Leibnitz, München,
ist als Erfinder genannt wordenDr. phil. Heinz Maier-Leibnitz, Munich,
has been named as the inventor

von Stellen mit einer hohen relativen Neutronenflußdichte wird damit stark eingeschränkt. Als Material für den konstantgehaltenen Moderator 2 kann bei-from locations with a high relative neutron flux density is thus severely restricted. As material for the moderator 2 kept constant, both

ao spielsweise D₂ O oder aber auch ein fester Moderator, wie Graphit, verwendet werden. Für den veränderlichen Moderator 4 kann für einen Reaktor nach dem Ausführungsbeispiel ebenfalls D₂O oder ein fester oder pulverförmiger Moderator, wie beispielsweise Graphit, gewählt werden. Bei Verwendung von Brennstoffelementen, die aus aus einem angereicherten Kernbrennstoff bestehendem Material aufgebaut sind, ist es unter Umständen günstig, für den veränderlichen Moderator 4 und den konstanten Moderator 2 H₂ O zu benutzen.ao for example D ₂ O or else a solid moderator such as graphite can be used. _{For the variable moderator 4, D 2} O or a solid or powdery moderator, such as graphite, can also be selected for a reactor according to the exemplary embodiment. When using fuel elements that are composed of a material consisting of an enriched nuclear fuel, it may be advantageous to use _{H 2 O for the variable moderator 4 and the constant moderator 2.}

In Fig. 2 ist in einem Ausführungsbeispiel ein Teil eines Reaktors mit senkrecht angeordneten Brennstoffelementen 1 und Hüllen 3 schematisch im Längsschnitt dargestellt. Wie angedeutet, erfolgt bei Verwendung eines flüssigen veränderlichen Moderators 4 die Veränderung der wirksamen Moderatormenge durch ein entsprechend dosiertes laufendes Durchströmen von wenig Neutronen absorbierenden Gasen.In FIG. 2, in one exemplary embodiment, a part of a reactor with vertically arranged fuel elements is shown 1 and covers 3 shown schematically in longitudinal section. As indicated, occurs when in use of a liquid variable moderator 4, changing the effective amount of moderator by a Correspondingly dosed continuous flow of gases that absorb few neutrons.

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel im Querschnitt gezeigt, bei dem die in einer Zelle eines Reaktors wirksame Moderatormenge durch das Einführen oder Herausziehen von beispielsweise eines oder mehreren aus Graphit bestehenden Stäben 4 aus jeder »Zelle« verändert wird. Wird als unveränderlicher Moderator ebenfalls eine feste Substanz verwendet, so brauchen zwischen diesem und dem veränderlichen Moderator 4 keine besonderen Hüllen vorgesehen zu werden.In Fig. 3, a further embodiment is shown in cross section, in which the in a cell one Reactor effective amount of moderator by the introduction or withdrawal of, for example, one or several rods 4 made of graphite from each "cell" is changed. Is considered immutable Moderator also uses a solid substance, so need between this and the mutable Moderator 4 does not have to be provided with special covers.

Abschließend sei darauf hingewiesen, daß weitere Ausführungsformen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens denkbar sind, die sich von den in den Ausführungsbeispielen dargestellten Anordnungen zwar beispielsweise in der Geometrie der Anordnung unterscheiden, wobei jedoch ebenfalls durch die Ände-Finally, it should be noted that further embodiments for carrying out the invention Processes are conceivable that differ from the arrangements shown in the exemplary embodiments differ, for example, in the geometry of the arrangement, but also by the change

709 808/214709 808/214

rung des Moderators bei beispielsweise aus natürlichem Uran bestehenden Brennstoffelementen die Wahrscheinlichkeit für einen Resonanzeinfang von Neutronen im U²³⁸ beeinflußt wird, so daß die in jedem Reaktor vorzusehende überschüssige Reaktivität nicht durch einen Absorber vernichtet, sondern zur Erzeugung neuen Kernbrennstoffes ausgenutzt wird. Eine weitere derartige zweckmäßige Ausführungsform ergibt sich, wenn man einen aus Stäben bestimmter Längen bestehenden veränderlichen Moderator wählt und die wirksame Moderatormenge durch eine Abstandsveränderung zwischen den genannten Stäben einstellt.In the case of fuel elements consisting of natural uranium, for example, the likelihood of a resonance capture of neutrons in the U ^{238 is} influenced, so that the excess reactivity to be provided in each reactor is not destroyed by an absorber, but is used to generate new nuclear fuel. Another such expedient embodiment is obtained if a variable moderator consisting of rods of certain lengths is selected and the effective amount of moderator is adjusted by changing the distance between the rods mentioned.

Es kann ebenfalls günstig sein, einen zweckmäßig aus mehreren Moderatorarten bestehenden veränderlichen Moderator zu wählen und durch eine entsprechende Einstellung des Verhältnisses der Moderatorarten die Reaktivität zu ändern. So ist es beispielsweise möglich, bei dem in Fig. 2 dargestellten Teil eines Reaktors den von den Hüllen 3 abgeteilten Raum von einem flüssigen, veränderlichen Moderator, wie beispielsweise D₂O, durchströmen zu lassen und durch ein laufendes, dosiertes Zugeben von einem pulverförmigen, festen Moderator, wie beispielsweise Graphit, die Reaktivität einzustellen. Die Ausscheidung des zugegebenen pulverförmigen, festen Moderators kann durch Sedimentation oder vorteilhaft unter Verwendung von Hydrozyklonen erfolgen.It can also be beneficial to choose a variable moderator, suitably composed of several types of moderators, and to change the reactivity by setting the ratio of the types of moderators accordingly. Thus, it is possible, for example, in the illustrated in Fig. 2 part of a reactor the split of the envelopes 3 space of a liquid, variable moderator, such as D ₂ O, flow through to make and powdered by a running, metered adding one, solid moderator, such as graphite, to adjust the reactivity. The added powdery, solid moderator can be excreted by sedimentation or, advantageously, using hydrocyclones.

Claims

Patent claims:

1. Process for regulating the reactivity of a heterogeneous reactor by setting the moderator, characterized in that in the individual cells of the reactor the amount or type a part of the moderator (4) that is separate from the rest of the moderator is changed during operation will.

2. The method according to claim 1, characterized by such a change that the integral Distribution of the neutron flux in the reactor is essentially preserved.

3. Reactor for carrying out the method according to claim 1 or 2, characterized in that

In addition to the devices provided for the fuel, arrangements (4) for adding and removal of moderator material are provided.

4. Reactor according to claim 3, characterized in that the arrangements (4) as possible are distributed symmetrically to the fuel.

5. Reactor according to claim 3 or 4, characterized in that the variable amount of moderator compared to the constant amount of moderator delimiting the envelopes of a few neutrons absorbent material.

6. Reactor according to claim 5, characterized in that the effective amount of moderator vertical arrangements (4) and a fluid, changeable moderator material through a running metered flow of little neutron absorbing gases is reduced.

7. Reactor according to claim 3 to 5, characterized in that in horizontal arrangements (4) and a liquid or powdery, variable moderator the fill level of the mentioned Arrangements is changed (Fig. 1).

8. Reactor according to claim 3 to 5, characterized in that to change the reactivity in the case of an expediently variable moderator consisting of several types of moderators the ratio of moderator types is changed.

9. Reactor according to claim 8, characterized in that in particular in the case of vertical arrangements (4) and a liquid, changeable moderator material through a running metered Adding a powdered solid moderator such as graphite to the reactivity is changed.

Considered publications:
Austrian Patent No. 166 668;
S. Glasstone: Principles of Nuclear Reactor Engineering, London 1956, pp. 319/320;

R. Stephenson: "Introduction to Nuclear Engineering", 1954, p.281;

Nucleonics magazine, 12, No. 7, 1954, p. 45.

1 sheet of drawings