DE1049986B

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Publication number: DE1049986B
Application number: DENDAT1049986D
Authority: DE
Publication date: 1959-02-05

Description

DEUTSCH RS

Bei thermischen Kernreaktoren bedient man sich zur Steuerung der Kettenreaktion unter anderem sogenannter Regelstäbe, die neutronenabsorbierende Substanzen enthalten. Je nach der Eintauchtiefe der Regelstäbe in den aktiven Kern (Gitter) vergrößern oder verkleinern sie den Neutronenfluß und, wenn der Reaktor zur Energieerzeugung dient, damit auch die anteilige Wärmeübertragung auf das Arbeitsmittel. Ihr Durchmesser hängt vor allem von der zulässigen Wärmemenge ab, die im Stab frei wird, ferner von den maximal zulässigen Temperaturgrenzen und von den Wärmeübertragungsbedingungen. Ein Zusammenhang dieser Bemessung mit der Neutronenflußvertei-Iung besteht in dem Sinne, wie er Gegenstand der weiter unten erläuterten Erfindung ist, nicht.

In Reaktoren mit zylindrischem Reaktorgefäß und einem entsprechenden Brennstoffstabgitter folgt die Neutronenflußverteilung in axialer Richtung, von der Gittermitte aus gesehen, einer Kosinusfunktion. Ähnlich verteilt sich der Neutronenfluß auch in radialer Richtung. Bei Siedewasserreaktoren liegt das Maximum des Flusses aber nicht im mittleren Bereich des Stabgitters, sondern in dessen unterem Drittel. Der Grund liegt unter anderem darin, daß mit der Aufheizung des Arbeitsmittels auch dessen Dichte abnimmt, so daß der Neutronenfluß im oberen Teil des Stabgitters abgeschwächt, dagegen im unteren Drittel stärker ausgebildet wird. Daher wird das beim Siedewasserreaktor als Arbeitsmittel und Moderator verwandte Wasser im unteren Drittel des Stabgitters besonders stark aufgeheizt. In der darüber befindlichen Zone kommt es alsdann zu einer intensiven Dampfblasenbildung, die einerseits die Abschwächung des Neutronenflusss in diesem Raum noch begünstigt und andererseits gerade die darin befindlichen Teile der Brennstoffstäbe-durch Korrosion besonders stark gefährdet.

Aufgabe muß es daher sein, eine gleichmäßige Neutronenflußverteilung in axialer und radialer Richtung zu erreichen. Dadurch werden die Brennstoffstäbe gleichmäßiger beansprucht und das jedem Stab zugeordnete anteilige Kühlwasservolumen intensiver an der Dampfblasenbildung beteiligt.

Veröffentlichungen auf dem Gebiete der Reaktortechnik ist zu entnehmen, daß eine flache Flußverteilung nur bei vollwirksam in den Reaktor eingefahrenen Regelstäben erzielbar sei, also wenn alle Stäbe eine gleiche Aktivlänge besitzen. Unter Aktivlänge ist diejenige Länge zu verstehen, bis'zu der die Regelstäbe im Beharrungsbetrieb bei Nennlast in das Stabgitter eingetaucht sind und' die sich auf Grund der räumlichen Neutronenflußverteilung im aktivsten Teil, d. h. dem unteren Drittel des Gitters, ergibt. Tatsächlich erzielt man jedoch eine wesentlich wirk-Regelstabanordnung bei flüssigkeitsgekühlten heterogenen Kernreaktoren mit Stabgitter

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Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft, Berlin und Erlangen, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr. Herbert Bachl, Erlangen, ist als Erfinder genannt worden

samere Abflachung des Flusses und Vergleichmäßigung der Leistungsdichte und Aufwärtsverschiebung der Zone der Dampfblasenbildung, wenn die Regelstäbe gemäß der Erfindung eine Aktivlänge besitzen, die annähernd gleichsinnig angepaßt ist dem Verlauf des thermischen Neutronenflusses in der waagerechten Schnittebene durch den aktivsten Teil des Gitters, und/oder wenn die neutronenabsorbierende Substanz der Regelstäbe über deren Aktivlänge annähernd gleichsinnig entsprechend dem Verlauf des fhermischen Neutronenfluses in der senkrechten Schnittebene durch das Stabgitter verteilt ist. Voraussetzung ist noch, daß der Reaktor eine genügend große Überschußreaktivität besitzt und daß ferner die bei Reaktoren teilweise auf eine größere Zahl vorhandener Regelstäbe verteilte, neutronenabsorbierende Substanz auf eine noch wesentlich größere Zahl von Stäben verteilt wird. Diese Stäbe sind in bekannter Weise auf die Zwischengitterpositionen des Reaktorgitters zu verteilen. Unter Zwischengitterposition ist bei drei oder vier Brennstoffstäben der Mittelpunkt der waagerecht zwischen diesen Stäben aufspannbaren Fläche zu verstehen.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel. Es zeigt

Fig. 1 schematisoh einen Kernreaktor mit der neuen Regelanordnung und

Fig. 2 schematisch die Verteilung des thermischen Neutronenflusses in axialer und radialer Richtung beim Reaktor gemäß Fig. 1.

809 748/368

Claims

Die Regelstäbe 1 besitzen bei der Anordnung gemäß Fig. 1 eine Aktivlänge, die annähernd gleichsinnig angepaßt ist dem (gestrichelt eingezeichneten, in Fig. 2 voll ausgezeichneten) Verlauf des thermischen Neutronenflusses 2 im waagerechten Schnitt durch den aktivsten Teil des Gitters 3. Der aktivste Teil ist durch das Maximum der Verteilung 4 des thermischen Neutronenflusses in axialer Richtung gekennzeichnet (vgl. Fig. 2). Zweckmäßig sind — wie dargestellt — die Regelstäbe von unten in das Reaktorgefäß 5 einzuführen.

Da die Regelstäbe in bekannter Weise auf eine Vielzahl von Zwischengitterpositionen verteilt sind, wird eine besonders weitgehende Einebnung der Neutronenflußverteilung erreicht. Die Vergiftung des Reaktors durch die neutronenabsorbierenden Substanzen ist bei dieser Anordnung nicht größer als bei Verwendung nur einzelner weniger Regelstäbe. Denn die für einen Reaktorbetrieb mit ausreichender Überschußreaktivität vorgegebene Menge an neutronenabsorbierender Substanz ist lediglich auf eine Vielzahl von Stäben verteilt.

Mit der bisher beschriebenen Anordnung erreicht man zunächst eine gewisse Abflachung und Verschiebung des Neutronenflußmaximums vom unteren Drittel des Gitters weiter nach oben. Eine noch weitergehende Einebnung und Vergleichmäßigung des Neutronenflusses erreicht man, wie schon weiter oben gesagt, durch eine annähernd gleichsinnig entsprechend dem Verlauf des thermischen Neutronenflusses in der Senkrechten über die Stablänge erstreckte Verteilung der neutronenabsorbierenden Sub. stanzen. Durch das Zusammenwirken beider Maßnahmen erhält man die in Fig. 2 gestrichelt eingezeichneten Flußverteilungs'kurven 2' und 4' in radialer und axialer Richtung.

Patentanspruch:

Flüssigkeitsgekühlter 'heterogener Kernreaktor mit Stabgitter, bei dem Regelstäbe auf eine große Zahl von Zwischengitterpositionen verteilt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelstäbe eine Aktivlänge besitzen, die annähernd gleichsinnig angepaßt ist dem Verlauf des thermischen Neutronenflusses in der waagerechten Schnittebene durch den aktivsten Teil des Gitters, und/oder daß die neutronenabsorbierende Substanz der Regelstäbe über deren Aktivlänge annähernd gleichsinnig entsprechend dem Verlauf des thermischen Neutronenflusses in der senkrechten Schnittebene durch das Stabgitter verteilt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Proceedings of the International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy«, 1956, Bd. 3, S. 105, 158, 160 und 299;

»Atomics«, Bd. 7, 1956, S. 389;
M. A. Schultz: »Control, of Nuclear Reactors and Power Plants«, 1955, S. 250/251.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen