DE1044296B

DE1044296B - Heterogener Kernreaktor

Info

Publication number: DE1044296B
Application number: DES53651A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hermann Kumpf
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1957-05-28
Filing date: 1957-05-28
Publication date: 1958-11-20
Also published as: FR1191679A; GB845805A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft einen heterogenen Kernreaktor, der mit verschiedenartigen Stoffen als Moderator- und Kühlmittel arbeitet. Bei bekannten Reaktoren dieser Art ist als Moderator beispielsweise schweres Wasser und als Kühlmittel beispielsweise ein flüssiges Metall, etwa eine Kalium-Natrium-Legierung, vorgesehen. Dabei muß unter allen Umständen vermieden werden, daß diese verschiedenartigen Medien miteinander in Berührung kommen, etwa beim Auftreten eines Lecks od. dgl. (Explosionsgefahr). Der Fall kann aber auch so liegen, daß zwei solche Medien zwar chemisch nicht miteinander reagieren, daß aber eine radioaktive Verseuchung des ■einen Mediums, etwa des Moderators, durch das andere Medium, etwa das Kühlmittel, verhindert werden soll.

Um diesen unerwünschten Schadensfällen vorzubeugen, hat man bei Kernreaktoren die Räume, die das Kühl- und Moderatormittel enthalten, bereits durch ein drittes Medium, z. B. Quecksilber oder Edelgas, voneinander isoliert. Beispiele dieser Art stellen die Kühlmittelrohre von Kernreaktoren dar, die den Kernbrennstoff enthalten und als Doppelrohre ausgebildet sind. Die zwischen den Doppelwänden vorhandenen Ringräume sind mit einem inerten Schutzgas angefüllt oder werden von diesem durchströmt. Meist wird der notwendige Überdruck des Schutzgases mit einer Pumpe erzeugt und über entsprechende Ventile gesteuert. Naturgemäß ist eine Pumpen- und Ventilanordnung störanfällig und im Katastrophenfall oder bei Ausfall der Energieversorgung nicht mehr einsatzfähig.

Beim Gegenstand der Erfindung sind keine derartigen Mittel zur Druckerzeugung bzw. Aufrechterhaltung des Druckes vorgesehen. Vielmehr wird der Druck auf einfache Weise selbsttätig und ohne zusätzliche Hilfsmittel erzeugt. Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß der Überdruck in der Schutzgaszone vom Kühlmittel selbst in einem Raum des ReaktO'rbehälters aufgebaut wird, welcher mit der Schutzgaszone in Verbindung steht und durch welchen das Kühlmittel in den Reaktor eintritt.

Bei der bevorzugten Ausführung ist der Reaktorbehälter im wesentlichen in drei übereinanderliegende Räume aufgeteilt, von denen der untere als Kühlmitteleintritts- und Druckerzeugungsraum dient und über doppelwandige Kühlrohre mit dem oberen Kühlmittelaustrittsraum in Verbindung steht.

Die Zeichnung veranschaulicht zwei Ausführungsbeispiele, es zeigen

Fig. 1 und 2 je einen Kernreaktor mit einem normalen bzw. U-förmig gebogenen Kühlmittelrohr im Längsschnitt.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 ist der Reaktor-Heterogener Kernreaktor

Anmelder:

Siemens -S chuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ing. Hermann Kumpf, Erlangen,
ist als Erfinder genannt worden

behälter 1 im wesentlichen in die drei übereinanderliegenden Räume 2 bis 4 aufgeteilt, von denen der untere als Kühlmitteleintritts- und Druckerzeugungsraum (Einlaßstutzen 5) dient und über die doppelwandigen Kühlrohre 6 mit dem oberen Kühlmittelaustrittsraum (Auslaßstutzen 7) in Verbindung steht. Der Einfachheit halber ist nur ein einziges Kühlrohr dargestellt. Es enthält in bekannter Weise die Brennstoffelemente 8. Das gestrichelt umrandete Feld 9 umfaßt den Bereich des durch die Gesamtheit aller Brennstoffelemente gebildeten aktiven Reaktorkerns. Zur Trennung des Kühlmittels 10 und des Moderators 11 weist der Reaktor die beiden Schutzgaszonen 12, 13 auf, von denen die eine direkt durch die in den Druckerzeugungsraum einmündenden Ringräume 14 der doppelwandigen Kühlrohre 6 gebildet ist und von denen die andere aus dem über dem Moderatorspiegel im mittleren Reaktorraum frei gelassenen Raum besteht. Am unteren Ende gehen die Ringräume 14 über eine Drosseleinrichtung 15 in den Druckerzeugungsraum 2 über. Am oberen Ende sind sie gegen die Schutzgaszone 13 durch die Membrandichtungen 16 getrennt.

Erfindungsgemäß wird der Überdruck in den Schutzgaszonen vom Kühlmittel 10 selbst erzeugt. Er setzt sich aus zwei Anteilen zusammen. Einerseits baut er sich aus dem Staudruck des umgewälzten Kühlmittels auf, und andererseits vergrößert er sich noch um den statischen Druck der bis in den unteren Eintrittsraum 2 hinabreichenden Kühlmittelsäulen.

Die Kühlmittelrohre ragen deshalb so· weit in den unteren Reaktorraum 2 hinab, damit sie ständig in das sich dort anstauende Kühlmittel eingetaucht sind. Auf diese Weise kann sich der statische Druck, wie bei einer Taucherglocke, ausbilden. Bei Verwendung

» 67W2J7

von flüssigen Metallen als Kühlmittel kann dieser statische Druckanteil recht erheblich sein.

Das Schutzgas steht bei der beschriebenen Druckerzeugung sowohl bei stillgelegtem als auch bei in Betrieb befindlichem Reaktor stets unter dem jeweils höchsten Druck und, im Vergleich zum Kühlmitteldruck im Kernbereich, immer auf einem höheren Druck. Leckschäden im Bereich der Schutzgaszone 13 dürften, da dieser keine wärmeerzeugenden Quellen benachbart sind, wohl nicht so leicht eintreten. Daher genügt es, wenn der Druck in dieser Zone nicht unmittelbar über die Ringräume 14, sondern über den oberen Reaktorbehälter 4 gewonnen wird (Leitung 17). Der Druck in dieser Schutzgaszone ist daher um den statischen und im Betrieb auch um den dynamischen Druckanteil kleiner als in der Zone 12.

Verwendet man, wie bei der Anordnung nach Fig. 2, an Stelle normaler Kühlmittelrohre U-förmig gebogene oder konzentrisch ineinanderliegende, bis in den mittleren Moderatorraum 3 hinabreichende Kühlmittelrohre 18, und sieht man ferner noch die Trennungseinbauten 19 vor, so dient ein dem Kühlmitteleintrittsraum 4 (Einlaßstutzen 20) unmittelbar benachbarter Raum als Kühlmittelaustrittsraum (Austrittsstutzen 21). Die U-förmig gebogenen Kühlmittelrohre sind durch die glockenartigen Hüllkörper 22 unter Belassung der ringartigen Zwischenräume 23 gegen den Moderator 11 abgeschirmt. Die Zwischenräume 23 in ihrer Gesamtheit, also die Schutzgaszone, stehen mit dem Druckerzeugungsraum 2 über die Drosseleinrichtungen 24 in Verbindung.

Der Überdruck in der Schutzgaszone 23 (diese umfaßt in ähnlicher Weise wie etwa in Fig. 1 auch den Raum über dem Moderatorspiegel) ist bei der Anordnung nach Fig. 2 allerdings nur so lange vorhanden, als das Kühlmittel unter Strömungsdruck steht. Eine statische Druckkomponente ist nicht vorhanden. Der Überdruck wird aus dem oben gelegenen Druckerzeugungsraum 4 durch die Leitung 25 auf die Schutzgaszone 23 übertragen.

Bei beiden Kernreaktoren nach Fig. 1 und 2 steht das Schutzgas in direkter Berührung mit dem Kühlmittel und dem Moderator, so daß im Betrieb unter Umständen geringe Spuren von beiden sich dampfförmig unter das Schutzgas mischen können. Dies wird dadurch verhindert, daß in die gefährdeten Reaktorbehälterräume 2, 4 die gasdurchlässigen Wände 26 eingebaut sind und daß diese Wände in einen, durch sie hindurch geführten Reinigungskreislauf (Stutzen 27) eingeschaltet sind.

Die bei beiden Anordnungen vorgesehenen Drosseleinrichtungen 15, 24 haben die Aufgabe, im Falle eines an sich unwahrscheinlichen großen Risses in einem der Kühlmittelrohre den Schutzgaszufluß in das Kühlmittel zu begrenzen, da sonst die Kühlung verschlechtert werden könnte. Ferner besitzen die Drosseleinrichtungen und die Reinigungskreisläufe Meßgeräte (nicht dargestellt) zur Anzeige von Leckfehlern; und zwar im Wege über eine Durchfluß mengenmessung des Schutzgases,

Claims

Patentansprüche:

1. Heterogener Kernreaktor mit verschiedenartigen Medien als Moderator und als Kühlmittel, bei dem die den Moderator, das Kühlmittel und den Kernbrennstoff enthaltenden Einbauten des Reaktorbehälters an ihren Begrenzungsflächen voneinander durch eine unter Überdruck stehende Schutzgaszone getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Überdruck in der Schutzgaszone vom Kühlmittel selbst in einem Raum des Reaktorbehälters aufgebaut wird, der mit der Schutzgaszone in Verbindung steht und durch den das Kühlmittel in den Reaktor eintritt.

2. Heterogener Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktorbehälter im wesentlichen in drei übereinanderliegende Räume aufgeteilt ist, von denen der untere als Kühlmitteleintritts- und Druckerzeugungsraum dient und über doppelwandige Kühlrohre mit dem oberen Kühlmittelaustrittsraum in \^erbindung steht.

3. Heterogener Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor zwei durch das Kühlmittel auf gleichem Druck gehaltene Schutzgaszonen aufweist, von denen die eine direkt durch die in den Druckerzeugungsraum einmündenden Ringräume der doppelwandigen Kühlrohre und von denen die andere durch den über dem Moderatorspiegel im mittleren Reaktorraum frei gelassenen Raum gebildet ist.

4. Heterogener Kernreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzgaszonen durch Dichtungselemente voneinander getrennt sind, z. B. durch Membrandichtungen.

5. Heterogener Kernreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Schutzgaszonen herrschende Überdruck sich einerseits aus dem Staudruck des umgewälzten Kühlmittels aufbaut und daß er sich andererseits noch um den statischen Druck der bis in den unteren Eintrittsraum hinabreichenden Kühlmittelsäulen vergrößert.

6. Heterogener Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung U-förmig gebogener, in den mittleren ModeratoT-raum hinabreichender Kühlmittelrohre einerseits und Trennungseinbauten andererseits ein dem Eintrittsraum des Kühlmittels benachbarter Raum als Austrittsraum für das Kühlmittel dient.

7. Heterogener Kernreaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die U-förmig gebogenen Kühlmittelrohre durch glockenartige Hüllkörper unter Belassung ringartiger Zwischenräume gegen den Moderator abgeschirmt sind und daß diese Zwischenräume als Schutzgaszonen mit dem Druckerzeugungsraum in Verbindung stehen.

8. Heterogener Kernreaktor nach den Ansprüchen 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckgaszone mit dem Druckerzeugungsraum über Drosseleinrichtungen in Verbindung steht.

9. Heterogener Kernreaktor nach den Ansprüchen 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmitteleintrittsraum in einen Reinigungskreislauf unter Zwischenschaltung einer oberhalb des Kühlmittelspiegels angeordneten gasdurchlässigen Wand einbezogen ist.

10. Heterogener Kernreaktor nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseleinrichtungen und die Reinigungskreisläufe Meßeinrichtungen zur Anzeige von Leckfehlern über eine Durchflußmengenmessung des Schutzgases aufweisen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen