DE1054429B

DE1054429B - Verfahren zur Anreicherung von Deuterium beim Betrieb von mit Wasser moderierten und bzw. oder gekuehlten Kernreaktoren

Info

Publication number: DE1054429B
Application number: DEM32542A
Authority: DE
Inventors: Dr Heinz Maier-Leibnitz
Original assignee: DR HEINZ MAIER-LEIBNITZ
Current assignee: DR HEINZ MAIER-LEIBNITZ
Priority date: 1956-12-04
Filing date: 1956-12-04
Publication date: 1959-04-09

Description

DEUTSCHES

Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Anreicherung von Deuterium, beispielsweise die Schwerwassergewinnung durch Elektrolyse, bekannt. Bei den bekannten Verfahren ist jedoch nachteilig, daß der Energieaufwand, beispielsweise bei der Schwerwassergewinnung für die Gasbildung aus dem Wasser, in der ersten Stufe, bei der das Wasser noch sehr wenig Deuterium enthält, mit Rücksicht auf die große zu verarbeitende Wassermenge beträchtlich ist. Die bekannten Verfahren sind daher sehr teuer.

Ferner ist bekannt, daß in homogenen Reaktoren eine starke Zersetzung des Wassers stattfindet und daß die Zersetzungsprodukte in den Reaktoren bei hohen Temperaturen mittels Kupferionen rekombiniert werden können.

Es wurde nun gefunden, daß die Geschwindigkeit der Rekombination von schwerem Wasser nur zwei Drittel von der entsprechenden Rekombinationsgeschwindigkeit von Wasser ist. Ausgehend von der Frkenntnis, daß bei einer nur teilweisen Rekombination der in einem homogenen Reaktor entstehenden Zersetzungsprodukte die gasförmigen Reste mit Deuterium angereichert sind, werden bei dem Verfahren zur Anreicherung· von Deuterium nach der Erfindung: in einem mit Wasser moderierten und/oder pekühlten Reaktor erfindungsgemäß die im Spaltstoflf- und bzw. oder Brutmittelkreislauf nicht oder nur unvollständig rekombinierten gasförmigen Zersetzungsnrodukte des Wassers in Gasabscheidern abgeschieden und Rekombinatoren zugeführt, aus denen an Deuterium angereicherter Wasserstoff bzw. angereichertes Wasser abgezogen wird, wobei das den Kreisläufen derart entzogene Wasser durch Frischwasserzufuhr ständig ersetzt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll im folgenden an Hand des in der Zeichnung dargestellten schematischen Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Der homogene Reaktor 10 besitzt beispielsweise einen Reaktorkern 11 und einen Brutmantel 12, die Teile eines Spaltstoffkreislaufes 13 bzw. Brutmittelkreislaufes 14 sind. In den jeweiligen Kreisläufen 13, 14 sind jeweils Gasabscheider 15, 16, Wärmeaustauscher 17, 18 sowie Pumpen 19, 20 vorgesehen. Den Kreisläufen 13, 14 werden von nicht dargestellten Anlagen über Leitungen 21, 22 neue aufgearbeitete Spaltstoff'- bzw. Brutstofflösung zugeführt. Aus dem Spaltstoffkreislauf 13 bzw. Brutstoffkreislauf 14 wird ständig mittels Leitungen 23, 24 ein Teil der umlaufenden Spaltstoff- bzw. Brutstofflösung abgezweigt, die den jeweiligen Anlagen zur Aufarbeitung des Spaltmaterials bzw. Brutmaterials zugeführt werden.

Den Gasabscheidern 15, 16 sind Rekombinatoren 25. 26 zur vollständigen Rekombination der abgeschiedenen angereicherten gasförmigen Zersetzungs-

zur Anreicherung von Deuterium

beim Betrieb von mit Wasser moderierten

und bzw. oder gekühlten Kernreaktoren

Anmelder:

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

Dr. Heinz Maier-Leibnitz, München,
ist als Erfinder genannt worden

produkte nachgeschaltet. Als Rekombinatoren können Anordnungen mit einem an sich bekannten Katalysator, beispielsweise mit Palladium auf Tonerde, Kohle oder feinverteiltem Aluminium als Katalysator, vorgesehen werden. Es ist jedoch auch möglich, die Rekombination durch eine Verbrennung der gasförmigen Zersetzungsprodukte zu bewirken. Im letzteren Fall werden Vorkehrungen getroffen, durch die das Entstehen von explosiven Gemischen verhindert wird.

Der Rekombinator 26 ist, wie dargestellt, mit der Leitung 21 des Kreislaufes 13 verbunden, so daß die rekombinierten, vom Rekombinator 26 gelieferten angereicherten Zersetzungsprodukte dem Kreislauf 13 zugeführt werden können. Die Leitung 23 ist mit einer Aufbereitungsanlage 27 für die Spaltstofflösung verbunden. Ein Teil der Spaltstofflösung wird ständig über die Leitung 23 dem Kreislauf 13 entzogen und in der Anlage 27 aufgearbeitet. In der Anlage 27 werden Teile des Lösungsmittels vom Spaltstoff getrennt sowie die bei der Kernspaltung entstandenen Spaltbruchstücke abgeschieden. Die aufbereitete Spaltstofflösung wird dem Kreislauf 13 über die Leitung 21 wieder zugeführt, während ein Teil des abgetrennten Lösungsmittels über die Leitung 22 in den Kreislauf 14 gegeben wird.

Das Verfahren arbeitet wie folgt: Die bei der Kernspaltung entstehenden Spaltbruchstücke bzw. die entstehende Strahlung bewirkt eine Zersetzung des Wassers, in dem der Spaltstoff bzw. der Brutstoff gelöst ist. Dem jeweiligen Lösungsmittel sind ferner Kupferionen in einer derartigen Menge beigegeben, daß die entstehenden gasförmigen Zersetzungsprodukte zum großen Teil rekombinieren. Mit Rück-

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Claims

sieht darauf, daß die Rekombinationsgeschwindigkeit für leichtes Wasser größer ist als für schweres Wasser, reichert sich in den verbleibenden restlichen gasförmigen Zersetzungsprodukten Deuterium an. Die genannten gasförmigen Zersetzungsprodukte werden im Gasabscheider 16 abgeschieden und dem Rekombinator 26 zugeführt, während die Brutstofflösung über den Wärmeaustauscher 18 zur Pumpe 20 weitergeleitet und von dieser in den Brutmantel 12 zurückgepumpt wird. Dem Wärmeaustauscher 18 wie auch-· dem Wärmeaustauscher 17 können im Ausführungs-1' bei spiel nicht dargestellte Anordnungen zur Verwertung der thermischen Energie nachgeschaltet sein. Ein Teil der Brutstofflösung wird ständig über die Leitung 24 abgezogen und, wie bereits ausgeführt, Anlagen zur Aufbereitung des Brutstoffes zugeführt. Neue Brutstofflösung wird über die Leitung 22 zugeführt, wobei darauf geachtet wird, daß das Wasser im Kreislauf 14. der in diesem Beispiel den ersten Kreislauf der hintereinandergeschalteten Kreisläufe 13, 14 darstellt, ständig ersetzt wird. Damit wird eine Verarmung des Wassers an Deuterium vermieden. Die gasförmigen, mit Deuterium angereicherten Zersetzungsprodukte werden im Rekombinator 26 rekombiniert und über die Leitung 21 dem Kreislauf 13 zugeführt. Das Lösungsmittel im Kreislauf 13 wird also jeweils durch das vom Rekombinator 26 gelieferte Rekombinat erneuert. Die Spaltstofflösung im Kreislauf 13 durchläuft, wie ersichtlich, den Reaktorkern 11, den Gasabscheider 15, den Wärmeaustauscher 17 und die Pumpe 19. Die in diesem Kreislauf entstehenden nicht rekombinierten, weiter angereicherten Zersetzungsprodukte werden im Rekombinator 25 rekombiniert. Man erhält damit am Ausgang des Rekombinators 25 eine noch stärkere Anreicherung von Deuterium. Es ist möglich, mehrere Spaltstoff- bzw. Brutstoffkreisläufe vorzusehen, die hintereinandergeschaltet werden. Durch die Hintereinanderschaltung läßt sich dabei erreichen, daß sich in der Endstufe eine starke Anreicherung von Deuterium ergibt. Wie bereits ausgeführt, werden dabei die verschiedenen Kreisläufe so geschaltet, daß die rekombinierten Zersetzungsprodukte eines Spaltstoffkreislaufes bzw. Brutstoffkreislaufes einem nachgeschalteten Kreislauf zugeführt werden. Das vorstehend beschriebene Verfahren läßt sich nicht nur vorteilhaft bei homogenen Reaktoren anwenden, sondern auch bei anderen Reaktortypen, beispielsweise halb homogenen Reaktoren — also Re-,jjjJIÄstoren, die aus Spaltstofflösungen bestehende Brenn- YKrti^o'fFelemente besitzen — vorteilhaft verwerten. 1^Ad Fi^ner ist es in vielen Fällen günstig, das erfin-■> duipfsgemäße Verfahren so zu führen, daß der Re- ^W&SForkern im ersten Kreislauf, also dem Kreislauf, dessen Wasser am wenigsten mit Deuterium angereichert ist, liegt. 15 Patente ν SHIU ι he

1. Verfahren zur Anreicherung von Deuterium beim Betrieb von mit Wasser moderierten und bzw. oder gekühlten Kernreaktoren unter Rekornr binationjies_radiolytisch zersetzten Wassers, dadurch gekennzeichnet, (JaJTcReTm Spaltstoff- und bzw. oder Brutmittelkreislauf nicht oder nur unvollständig rekombinierten gasförmigen Zersetzungsprodukte des Wassers in Gasabscheidern abgeschieden und Rekombinatoren zugeführt werden, aus denen an Deuterium angereicherter Wasserstoff bzw. angereichertes Wasser abgezogen wird, wobei das den Kreisläufen derart entzogene AVasser durch Frischwasserzufuhr ständig ersetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Spaltstoff- und bzw. oder Brutmittelkreisläufe hintereinandergeschaltet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Spaltstoff- und bzw. oder Brutmitttelkreislauf eine teilweise Rekombination durch Kupferionen bewirkt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Peaceful Uses of Atomic Energy«, Bd. 2, New York 1956, S. 340; Bd. 3, New York 1955, S. 178.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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