DE1037605B

DE1037605B - Brennstoffelement fuer Kernreaktoren

Info

Publication number: DE1037605B
Application number: DED25127A
Authority: DE
Inventors: Roland Kuehnel
Original assignee: Deutsche Babcock and Wilcox Dampfkesselwerke AG
Current assignee: Deutsche Babcock and Wilcox Dampfkesselwerke AG
Priority date: 1957-03-09
Filing date: 1957-03-09
Publication date: 1958-08-28

Description

Brennstoffelement für Kernreaktoren Die Erfindung betrifft Brennstoffelemente für Kernreaktoren und besteht darin, daß das Spaltmaterial im Zentrum einer Kugel angeordnet ist, die aus Moderatormasse besteht und mit einer metallischen Umhüllung versehen ist.
Die abgegebene Leistung sämtlicher bisher bekannter heterogener Kernreaktoren ist durch die relativ schlechten Wärmeübergangszahlen, die im Verhältnis zum gesamten Gitter recht kleinen wärmeabgebenden Flächen und die durch Bauart und Material bestimmten sehr niedrigen Temperaturen in Spaltmaterial und Can begrenzt. Der an der Wärmeabgabe nicht beteiligte Moderator nimmt einen großen Raum ein und verhindert dadurch große Leistungsdichten, wie diese vom Preßwasserreaktor her bekannt sind. Die Regelung durch Absorptionsstäbe darf als ungünstig angesehen werden, da diese nur eine zusätzliche Belastung des Neutronenhaushaltes darstellen und außerdem die Wärmeleistung des Reaktors ungünstig beeinflussen.
Erfindungsgemäß wird eine Anordnung vorgeschlagen, welche große wärmeabgebende Flächen, erträgliche Wärmeübergangszahlen und Temperaturunempfindlichkeit aufweist sowie eine damit zusammenhängende Temperaturfeinregelung erlaubt. Ein gemäß der Erfindung aufgebauter Reaktor besteht aus einem allseitig von Reflektoren umgebenen Reaktionsraum, welcher mit Kugeln gefüllt ist. Diese Kugeln sind mit einer metallischen Umhüllung (»Canning«) versehen, welche aus Aluminium, sium und seinen Legierungen, Stahl usw. bestehen kann. Solch eine Kugel hat in ihrem Zentrum einen kugelförmigen Kern aus Spaltmaterial, beispielsweise aus metallischem Uran, Uranoxyd oder Urancarbid, und der Zwischenraum zwischen dem Kern und der Umhüllung ist mit gepreßtem Graphit ausgefüllt. Der Kern kann auch aus Spaltmaterial, welches mit einem Teil des Moderatormaterials vermischt ist, hergestellt bzw. zu einer Kugel geformt und in das restliche Moderatormaterial zentral eingebettet werden.
Die so hergestellten Kugeln liegen frei aufeinander und unten auf einen Längsrippenrost, durch welchen das Kühlmittel eintritt.
Einer der Reflektoren, vorzugsweise der obere, wird teilweise oder ganz als Grobregler benutzt und muß daher beweglich angeordnet sein. Dieser Reflektor kann aus mehreren einzeln abnehmbaren bzw. verstellbaren Teilen bestehen. Durch Einstellung dieses Reflektors kann die Reaktion ohne Absorptionsmaterial gesteuert werden.
Die Vorteile, die durch diesen Reaktoraufbau erreicht werden, sind folgende: 1. Aufbau eines praktisch heterogenen Systems und damit bestmöglicher Neutronenhaushalt (auch in axialer Richtung), 2. relativ große Wärmeübergangszahlen und große Wärmeübergangsflächen, 3. Wärmedehnungen des Urans werden durch den hinreichend elastischen Graphitmantel bequem aufgenommen, 4. Genaues Einstellen der Reaktivität durch die Anzahl der Kugeln, Einfache Beschickungseinrichtung 6kNeine Absorptionsstäbe. Grobe Regelung durch einen Reflektor, Feinregelung durch Temperatur des Urans; dabei wirkt der Graphit wegen seiner Wärmekapazität und seiner bei steigender Temperatur fallender Wärmeleitzahl als Wärmepuffer, 7. Vergiftung des Kühlkreislaufes durch Spaltprodukte ausgeschlossen, B. Vollkommende Flußabplattung durch Einbringen von Brutmaterial an geeigneten Stellen in Kugelform möglich.

Claims

PATENTANSPRL CHF: 1. Brennstoffelement für Kernreaktoren, dadurch gekennzeichnet, daß das Spaltmaterial im Zentrum einer Kugel angeordnet ist, die aus Moderatormasse besteht 'und mit einer metallischen Umhüllung versehen is.t.1 z. Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spaltmaterial aus angereichertem Uran, Uranoxyd oder Urancarbid und der Moderator aus Graphit besteht. 3. Brennstoffelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Moderatormaterials mit dem Spaltmaterial vermischt und zu einer Kugel geformt in das restliche Moderatormaterial zentral eingebettet ist. 4. Kernreaktor mit Brennstoffelemente nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daB die umhüllten Brennstoff-Moderator-Kugeln in einen Behälter eingesetzt sind, der mit Reflektoren ausgekleidet und mit einem beweglichen Reflektor abgedeckt ist, welcher gegebenenfalls aus mehreren einzeln abnehmbaren bzw. verstellbaren Teilen besteht.