DE1081577B

DE1081577B - Verfahren zur Vergroesserung des Abbrandes bei heterogenen Kernreaktoren

Info

Publication number: DE1081577B
Application number: DES60410A
Authority: DE
Inventors: Robert Weber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1958-10-28
Filing date: 1958-10-28
Publication date: 1960-05-12

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Vergrößerung des Abbrands bei heterogenen Kernreaktoren mit den Moderatorraum gitterartig durchziehenden Kühlmittel- bzw. Spaltstoff-Kanälen und mit Einbauten, welche die Strömung des Moderators bzw. des Moderatorkühlmittels bei festem Moderator im Reaktorgefäß serpentinenartig von innen nach außen führen.

Bei heterogenen Kernreaktoren stellt sich mit fortschreitendem Betrieb bekanntlich eine ungleichmäßige Abbrandverteilung im Spaltstoffgitter ein. Die Stäbe der innengelegenen Gitterzonen brennen stärker als die der außengelegenen Zonen ab. Soll der Reaktor nicht erlöschen, ist eine Neuverteilung der Spaltstoffstäbe im Sinne einer Reaktivitätssteigerung notwen- i-5 dig. Die Neuverteilung kann nach einem Zeit- und Umsetzplan so feingestuft vorgenommen werden, daß sich bei annähernd gleichbleibender Verteilung der Leistungsdichte des Reaktors ein erheblich größerer Abbrand als ohne Umsetzung erzielen läßt.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, das, vorzugsweise vor dem Umsetzen angewandt, eine weitere Vergrößerung des Abbrands ermöglicht. Das Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsrichtung des Moderators bzw. des Moderatorkühlmittels in Abhängigkeit von der Reaktivität des Reaktors, vorzugsweise am Ende einer Abbrandzeit, umgekehrt wird.

Hierdurch wird keine unzulässige Veränderung der Leistungsdichteverteilung verursacht. Denn einerseits verringert sich durch den in der Mitte des Reaktorkerns weiter als am Rande fortgeschrittenen Abbrand des Brennstoffs der Spaltquerschnitt in der Mitte stärker als am Rande und andererseits ist der durch die Spaltprodukte hervorgerufene Absorptionsquerschnitt in der Mitte größer als am Gitterrand. Unter der Randzone wird die die abgebrannte Zone allseitig umschließende Außenzone des Gitters verstanden.

Die Zeichnung veranschaulicht schematisch einen Reaktor, der den für das Verfahren und eine weitere Hilfsmaßnahme notwendigen Aufbau aufweist.

Das Reaktorgefäß 1 enthält im Inneren zwischen den die Moderatorzone begrenzenden festen Böden 2, 3 die beiden konzentrisch ineinandergeschachtelten Behälter 4, 5 mit den jeweils in die entgegengesetzte Richtung weisenden Durchtrittsöffnungen 6, 7. Im Betrieb leiten die Behälter in ihrer Eigenschaft als Strömungseinbauten den Moderator serpentinenartig in einer von innen nach außen oder umgekehrt gerichteten Strömung; vgl. die ausgezogen oder gestrichelt eingezeichneten Pfeile. Die Leitungen 8,9 sind die Anschlüsse für das wahlweise in der einen oder anderen Richtung betriebene Moderatorkreislaufsystem 10,11. Als Moderator dient D₂O.

Verfahren

zur Vergrößerung des Abbrandes
bei heterogenen Kernreaktoren

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Robert Weber, Erlangen,
ist als Erfinder genannt worden

Die Moderatorzone ist von den Kühlmittel kanälen 12 gitterartig durchzogen, die in die Böden 2, 3 druckdicht eingelassen sind. Sie enthalten zugleich den Spaltstoff, z. B. Natururan.

Im Reaktorgefäßraum unterhalb des unteren Bodens 3 befinden sich — für die oben angedeutete Hilfsmaßnahme — die kegelförmigen Strömungseinbauten 13,14, die die durch die Zuleitungsstutzen 15 bis 17 eintretende Kühlmittelflüssigkeit, ζ. Β. leichtes Wasser, getrennt auf entsprechende, einander koaxial umgebende, Kühlkanalzonen verteilen, vgl. die Pfeile und die Kennzeichnung dieser Zonen durch die verschiedene Schraffur im Bereich zwischen den Böden 2, 3. Mit dem Stutzen 18 ist der obere Reaktorgefäßraum an den Primärkreis angeschlossen, von dem im einzelnen nur der im Leitungszug liegende Wärmetauscher 19 und die Kühlmittelpumpen 20 bis 22 dargestellt sind.

Der Reaktor wird bis zum jeweiligen Brennstoffwechsel so betrieben, daß der kalte Moderator zunächst in die Reflektorzone des Reaktors gespeist wird und erst von dort in die zentralen Teile des Spaltstoffgitters gelangt. Vor dem Umsetzen oder wenn die Reaktivität auf einen zugelassenen unteren Grenzwert abgesunken ist, wird gemäß der Erfindung die Strömungsrichtung des Moderators umgekehrt, z. B. durch Reversieren der Pumpell. Infolgedessen wird sich nun in der Innenzone des Gitters eine niedrigere Moderatortemperatur ausbilden als in der Randzone. Dadurch wird die Reaktivität des teilweise abge-

009 509/335

brannten Reaktors wieder so weit erhöht, daß ein zusätzlicher Abbrand erreicht wird.

Die nach der Umkehrung der Moderatorströmungsrichtung sich einstellende Verteilung der Leistungsdichte erfordert unter Umständen eine geänderte Beaufschlagung der Kühlmittelrohre. Diese — bereits angedeutete — Hilfsmaßnahme läßt sich gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung durch die an sich bekannte getrennte Einspeisung der erwähnten koaxialen Kühlkanalgruppen besonders vorteilhaft durchführen. Es entfallen die sonst üblichen Kühlmitteldrosseln, so daß die Leistung jeder der drei Pumpen 20 bis 22 wirtschaftlich voll ausgenutzt ist. Ferner kann der Kühlmittel durchs atz in Grenzen variiert werden. In einer oder mehreren Kühlkanalgruppen kann man Meßeinrichtungen anbringen, die auf die entsprechenden Umwälzpumpen einwirken und somit die Kühlmittelgeschwindigkeit regeln.

Die zuletzt erläuterte, an sich bekannte Hilfsmaßnahme der getrennten Speisung koaxialer Kühlkanalgruppen im Reaktor kann auch dann angewandt werden, wenn die Änderung der Leistungsdichteverteilung im Reaktor eine andere als die hier behandelte Ursache hat.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Vergrößerung des Abbrandes bei heterogenen Kernreaktoren, mit den Moderatorraum gitterartig durchziehenden Kühlmittelbzw. Spaltstoff-Kanälen und mit Einbauten, welche die Strömung des Moderators bzw. des Moderatorkühlmittels bei festem Moderator im Reaktorgefäß serpentinenartig von innen nach außen führen, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsrichtung des Moderators bzw. des Moderatorkühlmittels in Abhängigkeit von der Reaktivität des Reaktors, vorzugsweise am Ende einer Abbrandzeit, umgekehrt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zugleich die Beaufschlagung der vorzugsweise in zum Reaktorgefäß koaxialen Gruppen unterteilten Kühlmittel- bzw. Spaltstoffkanäle durch getrennte Einspeisung der jeweiligen Reaktivitätsverteilung angepaßt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 023 828;
britische Patentschrift Nr. 775 602.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen