DE1053682B

DE1053682B - Process for carrying out nuclear reactions in a breeder reactor

Info

Publication number: DE1053682B
Application number: DEB46814A
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Rudolf Schulten
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1957-11-16
Filing date: 1957-11-16
Publication date: 1959-03-26

Description

Verfahren zur Durchführung von Kernreaktionen in einem Brutreaktor Die Hauptpatentanmeldung B 40265 VIII c/21 g betrifft ein Verfahren zum Durchführen von, Kernreaktionen in einem Brutreaktor, insbesondere zur Erzielung hoher Leistungen. Die Erfindung nach dem Hauptpatent besteht darin, daß der Brutreaktor nach Herstellung stationärer Betriebsbedingungen nur noch mit spaltstofffreien Brutstoffelemen.ten beschickt wird und diese Brutstoffelemente, nachdem in ihnen durch Bestrahlung mit Neutronen eine Konzentration von 1 bis 10 Teilen Spaltstoff auf 100 Teile Brutstoff (Sättigungsverhältnis) erzeugt worden ist, in dem gleichen Reaktor ohne vorherige Entnahme oder sonstige Aufbereitung als Spaltstoffelemente weiter benutzt werden.Process for carrying out nuclear reactions in a breeder reactor The main patent application B 40265 VIII c / 21 g relates to a method for performing of, nuclear reactions in a breeder reactor, especially to achieve high performance. The invention according to the main patent is that the breeder reactor after manufacture stationary operating conditions only with fissionable material elements is charged and these breeding material elements after having in them by irradiation Neutrons have a concentration of 1 to 10 parts of fissile material per 100 parts of breeding material (Saturation ratio) has been generated in the same reactor without prior Removal or other processing can continue to be used as fissile material elements.

Es hat sich nun gezeigt, daß zur Erreichung einer möglichst hohen Wirtschaftlichkeit im Betrieh eines solchen Reaktors die Brutstoffelemente, die sich neben den Brennstoffelementen im Reaktor befinden, für eine längere Zeit im Reaktor zu belassen sind, wohingegen die primären, beim Anlaufen des Reaktors benötigten Brennstoffelemente nur während eines einmaligen Durchlaufs durch den Reaktor zu gebrauchen sind.It has now been shown that to achieve the highest possible Economic efficiency in the operation of such a reactor, the elements of the breeding material, the are next to the fuel elements in the reactor for a long time in Reactor are to be left, whereas the primary ones needed when starting the reactor Fuel elements only during a single pass through the reactor are in use.

Es hat sich also als notwendig herausgestellt, nach einmaligemDurchlauf durch denReaktor die primären Brennstoffelemente von den Brutstoffelementen zu trennen. Dies geschieht gemäß der vorliegenden Zusatzerfindung unter Verwendung gleichartig gestalteter Brenn- und Brutstofffelemente in der Weise, daß zum Anfahren des Reaktors notwendige primäre, spaltstoffhaltige Brennstoffelemente mit anderen Ab- messungen als sie die zunächst spaltstofffreien Brutstoffelemente aufweisen, verwendet werden, so daß die beiden Elementarten, z. B. bei der Entnahme aus dem Reaktorherz, durch Aussieben oder auf anderem mechanischem Weg voneinander getrennt werden können.It has thus been found necessary to separate the primary fuel elements from the breeding material elements after a single pass through the reactor. This is done according to the present supplementary invention using similarly designed firing and Brutstofffelemente in such a manner that the startup of the reactor necessary primary, gap-containing fuel elements with other waste measurements as they exhibit the first gap-free fertile material elements are used, so that the two types of elements, z. B. can be separated from each other during removal from the reactor heart, by sieving or by other mechanical means.

Besonders zweckmäßig ist es, den primären Brennstoffelementen einen kleineren Durchmesser zu geben als den spaltstofffreien Brutstoffelementen.It is particularly expedient to use one of the primary fuel elements to give a smaller diameter than the fissile-free material elements.

Die Durchführung des Prozesses geschieht dann folgendermaßen: Brennstoffkugeln und Brutstoffkugeln mit T'horium als umwandlungsfähiges Material werden im Verhältnis 1:1 vor Beginn des Reaktorbetrieb: in den Reaktor eingeführt. Dabei können die Brennstoffkugeln zu einem hohen Prozentsatz - etwa 6:0 bis 8011/o - im ersten Durchlauf ausgenutzt werden, so daß sich arn Ende dieser ersten Abbrandp,eriode nur noch etwa 20 bis 4011/o des ursprünglich vorhandenen Brennstoffes in den Brennstoffkugeln befindet. Während der gleichen Zeit hat sich in den Brutelementen durch Neutronenbestrahlung eine äquivalente Menge von U 233 gebildet, die ihrerseits an der Kettenreaktion teilnimmt und während des Betriebes zunächst noch anwächst. Die Menge des neu gebildeten U 233 'kann bis zu 80% des verbrauchten: ID'rennstoffes betragen.The process is then carried out as follows: Fuel balls and brood balls with T'horium as transformable material are in proportion 1: 1 before the start of reactor operation: introduced into the reactor. The fuel balls to a high percentage - about 6: 0 to 8011 / o - used in the first run so that at the end of this first burn-up period there are only about 20 to 4011 / o of the originally available fuel is in the fuel balls. During the same time it has become in the breeding elements through neutron radiation an equivalent amount of U 233 is formed, which in turn participates in the chain reaction participates and initially grows during operation. The amount of the newly formed U 233 'can account for up to 80% of the: ID' fuel consumed.

Eine weitere Ausnutzung der Brennstoffkugeln wäre wegen der Vergiftung durch die Spaltprodukte ohne eine weitere Aufbereitung der Brennstoffelemente unwirtschaftlich. Dagegen können die Brutelemente, in denen sich das U 233 neu gebildet hat, während des weiteren Reaktorbetriebes besser ausgenutzt werden.Another exploitation of the fuel balls would be because of the poisoning uneconomical due to the fission products without further processing of the fuel elements. On the other hand, the brood elements in which the U 233 has newly formed can during the further reactor operation can be better utilized.

Sind-wie vorgeschlagen-die Betriebsstoffkugeln verschieden groß, dann können z. B. die aussortierten Brutstoff.elemente durch eine Fördereinrichtung wieder in den oberen Teil des Reaktors eingeführt und mit einer kleinen, gegebenenfalls noch vorhandenen Anzahl von Brennstoffelementen gemischt werden, etwa im Verhältnis ein Brennstoffelement auf fünf Brutstoffelemente.If, as suggested, the fuel balls are of different sizes, then can e.g. B. the sorted out Brutstoff.elemente again by a conveyor introduced into the upper part of the reactor and with a small, optionally remaining number of fuel elements are mixed, approximately in proportion one fuel element for five fertile elements.

Bei ansteigender Konzentration des U 233 wird die Zuführung frischer Brennstoffelemente mehr und mehr gedrosselt, am stärksten dann, wenn der Reaktor so groß gebaut werden kann, daß er nur wenige Neutronen nach außen hin verliert, und somit als echter Brutreaktor betrachtet werden, kann.As the concentration of the U 233 increases, the supply becomes fresher Fuel elements throttled more and more, most strongly when the reactor can be built so big that it loses only a few neutrons to the outside, and can therefore be regarded as a real breeder reactor.

Während des Betriebes reichern sich schließlich auch in den Brutelementen die Spaltprodukte mehr und mehr an und bringen damit eine Verschlechterung der Brutstoffbilanz mit sich, so daß es gegebenenfalls nötig wird, das Verfahren aus wirtschaftlichen Gründen so zu führen, daß eine unerhebliche Menge von frischem Spaltstoff längere Zeit hindurch zugesetzt wird oder die Brutelemente eher durch neue Elemente ersetzt werden.Finally, during operation, they also accumulate in the breeding elements the fission products more and more and thus bring a deterioration in the breeding material balance with itself, so that it may be necessary to make the process economical Reasons to lead in such a way that an insignificant amount of fresh fissile material is longer Time is added or the breeding elements are replaced by new elements will.

Durch die mehrfache Verwendung der Brutstoffelemente, die allmählich zu Brennstoffelementen werden, ist eine erheblich höhere Ausnutzung dieser Eleinente möglich, als sie bisher bei den bekannten Reaktoren vorhanden ist. Dadurch werden vor allen Dingen die Fabrikation- und Aufbereitungskosten und damit allgemein die Brennstoffkosten ganz erheblich gesenkt.Through the multiple use of the elements of the breeding material, gradually become fuel elements, is a considerably higher utilization of these elements possible than was previously available in the known reactors. As a result, above all, the manufacturing and processing costs and thus in general, the fuel costs are reduced quite considerably.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Process for carrying out nuclear reactions in a breeder reactor, in particular to achieve high performance, in which the breeder reactor after the establishment of stationary conditions only with fissile-free, in particular spherical breeding material elements is charged, according to patent application B 40265 VIII c / 21 g, characterized in that when using similarly designed fuel and primary fuel-containing elements necessary for starting up the reactor Fuel elements with different dimensions. than they are initially free of fission materials Have breeding elements, are used, so that the two types of elements, e.g. B. when removing from the reactor heart, by sieving or by other mechanical means Paths can be separated from each other: can.

2. The method according to claim 1, characterized characterized in that primary fuel elements containing fissile material are used, which have a smaller diameter than the non-fissile material elements.