DE1083447B - Kernreaktor mit Mitteln zum Steuern der Verteilung des Neutronenflusses - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Kernreaktoren mit einem Moderator, dem Spaltstoff zugeordnet ist oder werden kann.

Die Erfindung ist beispielsweise auf Kernreaktoren mit einem Moderatorkern anwendbar, in dem Brenn-Stoffelemente angeordnet werden können.

Der Neutronenfluß in dem Kern eines solchen Reaktors ändert sich von der Mitte des Kernes zu seinen Grenzflächen, und falls der Kern axialsymmetrisch, wie z. B. als zylindrischer Kern, ausgebildet ist, ändert sich der Neutronenfluß in der axialen Richtung von einem Minimum an jedem Ende zu einem Maximum in der Mitte.

Einige der in solchen Reaktoren gebildeten Spaltprodukte, im besonderen Xe-135, haben einen sehr großen Einfangquerschnitt für langsame Neutronen, und diese haben die Tendenz, eine langfristige stabilisierende Wirkung auf die Neutronenflußverteilung auszuüben, da, falls eine Flußerhöhung in einem Teil des Kernes vorhanden ist, eine Erhöhung in der erzeugten Menge des Xe-135 erfolgt und dieses den Fluß wieder stellenweise zu vermindern sucht. Der Gesamtfluß wird von Steuerelementen oder Regelstäben gesteuert, die axial in den Kern eingeführt werden.

Jedoch besteht in größeren Reaktoren als den bisher gebauten eine gewisse Wahrscheinlichkeit, daß eine instabile und möglicherweise oszillatorische Verzerrung des Neutronenflusses in axialer Richtung auftritt, da eine Erhöhung des Neutronenflusses zum »Ausbrennen« des Xe-135 führt (das durch radioaktiven Zerfall von 1-135 erzeugt wird), wobei Reaktivität ausgelöst wird, die zu einer weiteren Flußverzerrung führt usw. Im Laufe der Zeit kehrt die Konzentration des Xe-135 in ein Gleichgewicht mit dem neuen Flußniveau zurück, wenn der gesamte Vorgang umgekehrt wird. Die Wahrscheinlichkeit einer Flußverzerrung erhöht sich, falls die Reaktivität mit einem positiven Temperaturkoeffizienten bezüglich der Brennstoff- oder Moderatortemperatur behaftet ist. Diese Verzerrung nimmt die Form einer Flußzunahme in Richtung eines Endes des Reaktors und einer Flußabnahme in Richtung des anderen Endes an.

Mittel zur Korrektur solcher Flußverzerrungen in einem Reaktorkern sind bereits bekannt. Man hat zu diesem Zweck eine Mehrzahl von Absorberstäben mehr oder weniger tief in den Reaktor eingeführt.

Nach der Erfindung weisen bei einem Kernreaktor mit einem Moderator, dem Spaltstoff zugeordnet ist oder werden kann, diese Mittel ein Paar Steuerelemente auf, die in verschiedene Teile des Moderators eingeführt werden können und so miteinander verbunden oder gekoppelt sind, daß eine Bewegung des Kernreaktor mit Mitteln zum Steuern
der Verteilung des Neutronenflusses

Anmelder:

The General Electric Company Limited,
London

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Ruschke, Berlin-Friedenau, Lauterstr. 37,

und Dipl.-Ing. K. Grentzenberg, München 27,

Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 31, März 1958

Peter John Grant, Wembley, Middlesex

(Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden

einen Elementes in den Moderator hinein oder aus ihm heraus von einer entsprechenden gegensinnigen Bewegung des anderen Elementes aus dem Moderator heraus oder in ihn hinein begleitet wird, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß durch die Differentialbewegung der beiden Elemente die Flüsse in den beiden Teilen des Moderators ohne wesentliche Beeinflussung des Gesamtflusses relativ zueinander eingestellt werden können.

Dabei kann der Moderator aus einem Moderatorkern bestehen, in dem Brennstoffelemente Untergebracht werden können.

Ferner können diese Mittel einen durch einen axialen Durchgang in dem Moderatorkern verlaufenden Regelstab aufweisen, der zwei Endabschnitte aus Neutronenfangstoff · aufweist. Diese beiden Endabschnitte sind durch einen Zwischenabschnitt verbunden, der Neutronen praktisch nicht absorbiert.

Zwei Anordnungen nach der Erfindung werden nun als Beispiele an Hand der schematischen Zeichnung beschrieben, in der jede Figur teilweise als Schnitt eine abgebrochen gezeichnete Ansicht eines Moderatorkerns und eine Vorrichtung zum Steuern der Flußverteilung in dem Kern zeigt.

In Fig. 1 besteht ein Kernreaktor aus einem Moderatorkern 1, in dem sich Brennstoffelemente (nicht

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gezeigt) befinden, wobei der Kern zylindrisch ist und Durchgänge 2 hat, die sich parallel zu der Achse durch den Kern hindurch erstrecken. Der Kern ist auf einer Tragkonstruktion 3 innerhalb eines Druckbehälters 4 angebracht, wobei der Druckbehälter auf einer mit einem Sockel 6 verbundenen ringförmigen Einfassung 5 gelagert ist. Rohre 7 zum Umwälzen von gasförmigem Druckkühlmittel sind in den Behälter 4 eingeschweißt.

Um die Verzerrung des Neutronenfiusses in dem Kern in axialer Richtung zu korrigieren, wobei diese Verzerrung die Form einer Flußzunahme in Richtung des einen Kernendes mit Bezug auf das andere Ende annehmen würde, verläuft ein Regelstab 13 durch den Durchgang 2. Dieser Regelstab besteht aus drei Abschnitten, und zwar einem Endabschnitt 8 aus Material mit großer Neutronenfangfähigkeit, wie Bor, Kadmium oder Gadolinium, einem Endabschnitt 9 aus dem gleichen Material und einem Zwischenabschnitt 10, welcher die beiden Endabschnitte verbindet und aus Material besteht, das praktisch nicht absorbierend für Neutronen ist. Jeder Endabschnitt 8 bzw. 9 ist normalerweise angrenzend an ein Ende des Durchgangs 2 angeordnet und kann in den Kern an diesem Ende eingeführt werden, so daß er als Steuerelement nach Art eines üblichen Regelstabes wirkt. Jedoch erkennt man, daß die Bewegung eines Abschnittes in den Kern von einer entsprechenden Bewegung des anderen Abschnittes aus dem Kern begleitet wird, so daß der Fluß an den beiden Kernenden differentiell durch Bewegung des Stabes 13 gesteuert wird, wobei der relative Fluß der beiden Enden geändert wird, während der Gesamtfluß im wesentlichen konstant bleibt.

Um eine solche Bewegung des Regelstabes zu bewirken, hängt der Stab mittels eines Drahtseiles 11 an einer durch einen Elektromotor getriebenen Winde 12. Praktisch sind natürlich viele solche Regelstäbe vorhanden, von denen jeder mit einem Durchgang, wie 2, zusammenarbeitet und nach Art des Regelstabes 13 angeordnet ist.

Wenn die Flußverteilung symmetrisch ist, d. h., wenn keine Flußverzerrung vorhanden ist, würden sich die beiden Verzögerungselemente an den Enden des Durchgangs 2 befinden, wie in der Zeichnung dargestellt ist. Wenn aber der Fluß in Richtung des einen Kernendes zunimmt, während der Fluß in Richtung des anderen Endes abnimmt, wird der Stab 13 so bewegt, daß er das Steuerelement an dem einen Ende weiter in den Durchgang 2 in dem Kern einführt, wodurch der erhöhte Neutronenfluß in Richtung dieses Endes vermindert wird, und gleichzeitig wird das andere Ende aus dem Durchgang in einem entsprechenden Maße herausgezogen, so daß sich der verminderte Neutronenfluß an diesem Ende verstärken kann.

In der abgeänderten Anordnung gemäß Fig. 2 sind die Steuerelemente 8 und 9 so angeordnet, daß sie mit zwei getrennten Durchgängen 14 und 15 in dem Kern 1 zusammenarbeiten. Das Steuerelement 8 wird mittels eines Drahtseiles 16 von einer durch einen Elektromotor getriebenen Winde 17 getragen, und das Steuerelement 9 ist mit einem Abschnitt 18 aus einem Material verbunden, das Neutronen praktisch nicht einfängt, wobei dieser Abschnitt mittels eines Drahtseils 19 von einer durch einen Elektromotor getriebenen Winde 20 getragen wird. Die Winden 17 und 20 können auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sein und von einem Elektromotor angetrieben werden. Jedoch werden in der dargestellten An-Ordnung die Winden getrennt angetrieben, wobei ihre zugehörigen Motoren von einer gemeinsamen Regelvorrichtung 21 gesteuert werden, welche die Motoren derart regelt, daß irgendeine Bewegung eines Steuerelementes in seinem Durchgang von einer entsprechenden Bewegung des anderen Elementes begleitet wird, so daß keine effektive Änderung des gesamten Neutronenflusses in dem Kern erfolgt.

Man erkennt, daß bei den oben beschriebenen Anordnungen die relative Reaktivitätsänderung bei der Regelbewegung klein ist, da die Bewegung der beiden Steuerelemente mit Bezug auf den Kern differentiell ist. Außerdem ist es in keinem Falle erforderlich, den Regelstab über große Entfernungen zu bewegen. Andererseits würde es, falls ein Regelstab üblicher Konstruktion zur Korrektur der Flußverzerrung benutzt werden sollte, notwendig sein, den Stab von einem Kernende zum anderen zu bewegen, und eine solche Bewegung des Stabes durch den Kern hindurch würde die Gesamtreaktivität schwerwiegend beeinflussen.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Kernreaktor mit einem Moderator (z. B. in Gestalt eines Moderatorkerns), dem Spaltstoff zugeordnet ist oder werden kann (z. B. in Gestalt von in ihn eingeführten Brennstoffelementen), und Mitteln zum Steuern der Verteilung des Neutronenflusses in dem Moderator, dadurch gekennzeichnet, daß diese Mittel ein Paar Steuerelemente aufweisen, die in verschiedene Teile des Moderators eingeführt werden können und so miteinander verbunden oder gekoppelt sind, daß eine Bewegung des einen Elementes in den Moderator hinein oder aus ihm heraus von einer entsprechenden gegensinnigen Bewegung des anderen Elementes aus dem Moderator heraus oder in ihn hinein begleitet wird, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß durch die Differentialbewegung der beiden Elemente die Flüsse in den beiden Teilen des Moderators ohne wesentliche Beeinflussung des Gesamtflusses relativ zueinander eingestellt werden können.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel einen durch einen axialen Durchgang in dem Kern verlaufenden Regelstab aufweisen, dessen zwei Endabschnitte aus Neutronenfangmaterial bestehen und mit einem Zwischenabschnitt verbunden sind, der praktisch keine Neutronen einfängt.

3. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelstab an einer durch einen Elektromotor getriebenen Winde hängt, die oberhalb des Durchgangs angeordnet ist.

4. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelemente so angeordnet sind, daß sie entsprechend mit zwei Durchgängen in dem Kern zusammenarbeiten und von einer gemeinsamen Antriebsvorrichtung antrieben werden.

5. Kernreaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Antriebsvorrichtung ein Paar Winden aufweist, die im Gleichlauf von einem Elektromotor angetrieben werden.

6. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelemente so angeordnet sind, daß sie von getrennten Antriebsvorrichtungen angetrieben werden, die gemeinsam gesteuert werden.

7. Kernreaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtungen ein Paar durch Elektromotoren getriebene Winden aufweisen, wobei Mittel vorgesehen sind, um die Motoren so zu steuern, daß irgendeine Bewegung eines Elementes von einer solchen Bewegung des

anderen Elementes begleitet wird, daß die effektive Änderung des gesamten Flusses Null ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: M. A. Schultz, »Control of Nuclear Reactors and Power Plants«, 1955, S. 248 bis 250.

Hierzu l Blatt Zeichnungen

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