DE1095959B

DE1095959B - Hochdruckreaktor

Info

Publication number: DE1095959B
Application number: DED29516A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hartwig Benzler
Original assignee: Deutsche Babcock and Wilcox Dampfkesselwerke AG
Current assignee: Deutsche Babcock and Wilcox Dampfkesselwerke AG
Priority date: 1958-12-03
Filing date: 1958-12-03
Publication date: 1960-12-29

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf einen gasgekühlten, moderierten Hochdruckreaktor, der mit strahlenförmig auf einen Punkt des Kerns zulaufenden, die Brennstoffelemente aufnehmenden Kühlkanälen versehen und von einem Druckbehälter umgeben ist. Erfindungsgemäß sind bei diesem Reaktor die Kühlkanäle in radialer oder angenähert radialer Richtung, auf den Mittelpunkt oder die Mittelachse des Reaktorkerns verlaufend, angeordnet.

Es sind gasgekühlte und flüssigkeitsgekühlte Reaktoren bekannt, deren mit Brennstoffelementen besetzte Kühlkanäle parallel zur Reaktorachse verlaufen. Ferner sind wassergekühlte Hochdruckreaktoren mit etwa kugelförmigem Druckbehälter und kegelstumpfförmigem Moderator bekannt, dessen mit Brennstoffelementen besetzte Kühlmittelkanäle innerhalb des Moderators derart strahlenförmig angeordnet sind, daß ihre Achsen in die gedachte Kegelspitze, welche etwa am Rand des kugelförmigen Druckbehälters liegt, auslaufen.

Der Neutronenhaushalt bei der strahlenförmigen Anordnung der mit Brennstoffelementen besetzten Kühlkanäle läßt sich noch verbessern, wenn die Kühlkanäle radial oder annähernd radial auf den Mittelpunkt oder die Mittelachse des Reaktorkerns gerichtet verlaufen. Durch diese Anordnung wird eine vollkommen gleichmäßige Belastung aller Brennstoffelemente, ein gleichartiger Neutronenfluß für alle Kühlkanäle sowie eine gute Regelfähigkeit durch die Brennstoffelemente erzielt, ferner ein hoher thermischer Wirkungsgrad und ein guter Ausbrand des Brennstoffes. Bei dem kugelförmigen oder zylindrischen Moderator mit der Anordnung der die Brennstoffe aufnehmenden Kühlkanäle, gemäß der Erfindung, variieren die Moderatoreigenschaften als Funktion des Abstandes vom Mittelpunkt oder von der Zentralachse so, daß die sogenannte Neutronenwanderungslänge in den inneren Schichten kleiner ist als in den äußeren. Es können beispielsweise unterschiedliche Moderatormaterialien oder unterschiedliche Moderatordichten oder unterschiedliche Konzentrationen eines Moderatorgemisches in den einzelnen kugelschalenförmigen oder kreiszylindrischen Schichten vorgesehen werden.

Auch bei Verwendung eines gleichartigen Moderators mit der radial verlaufenden Anordnung der mit Brennstoffelementen besetzten Kühlkanäle in Richtung auf den Mittelpunkt oder die Mittelachse des Reaktorkerns, gemäß der Erfindung, kann bei ent- ?■ sprechender Wahl der Bewegungsgeschwindigkeit des ¹^' Brennstoffes während der gesamten Ausbrandzeit ein optimales Verhältnis von Brennstoff zu Moderator Γ"· eingehalten werden. Wenn der Brennstoff während % lies Reaktorbetriebes von außen nach innen bewegt Hochdruckreaktor

Anmelder:

Deutsche Babcock & Wilcox-Dampfkessel-

Werke Aktien-Gesellschaft,
Oberhausen (RhId.), Duisburger Str. 375

Dr.-Ing. Hartwig Benzler, Oberhausen (RhId.),
ist als Erfinder genannt worden

wird, befindet sich anfangs die volle unverbrauchte Spaltstoffmenge in einer Umgebung mit verhältnismäßig viel Moderator. Während des Betriebes nimmt die Spaltstoffmenge ab, gleichzeitig verringert sich die Menge des des benachbarten Moderators aus Geometriegründen. Somit kann durch die Bewegungsgeschwindigkeit des Brennstoffes stets das günstigste Verhältnis von Brennstoff zu Moderator eingehalten werden. Bezüglich der Reaktivität läßt sich ein optimal hoher Brennstoffausbrand erzielen.

Wenn in der angegebenen Weise jedoch zusätzlich unterschiedliche Moderatormaterialien Verwendung finden, so wird ein zusätzlicher Freiheitsgrad für die Erzielung eines günstigen Brennstoffausbrandes erhalten. Es wird beispielsweise möglich, die Neutronenwanderungslänge so festzulegen, daß sich als Funktion des Abstandes vom Reaktormittelpunkt eine konstante Neutronenvermehrung einstellt. Weiterhin besteht die Möglichkeit, einen vorgegebenen, erwünschten Neutronenverlauf durch Variation der Wanderungslänge zu erreichen.

Eine weitere Modifikation der Erfindung besteht darin, die Qualität und Form der einzelnen Brennstoffelemente über die Länge der Elemente unterschiedlich auszulegen. So kann beispielsweise das innen gelegene Ende des Brennstoffelementes weniger Spaltstoff als das äußere Ende enthalten, so daß sich beispielsweise in radialer Richtung eine vergleichmäßigte Neutronenvermehrung erzielen läßt. Schließlich kann das Brennstoffelement auf verschiedenen Längen unterschiedliche Mengen an Brutstoff, Moderatorstoff oder Absorberstoff enthalten. Auch dadurch kann bekannterweise eine bestimmte Flußverteilung eingestellt werden.

Die Zeichnung stellt den Gegenstand der Erfindung in einem Ausführungsbeispiel vereinfacht dar. Der Reaktor-Druckkessel 1 ist nach außen durch einen

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Strahlungsschild 2 geschützt. Die Brennstoffelemente 3 sind in Kühlkanälen 4 untergebracht, die alle in Richtung auf den Kugelmittelpunkt des kugelförmigen Reaktors verlaufen. Der Moderator ist kugelschalenförmig aufgebaut und besteht aus den unterschiedliehen Schichten 5, 6, 7 und 8. Dabei besteht beispielsweise die Schicht 7 aus Graphit und die Schicht 6 aus Berylliumoxyd, während die Schichten 5 und 8 als Reflektor dienen.

~ Das Kühlgas tritt durch Leitungen 9 in den Druckkessel 1 ein, kühlt diesen und gelangt dann weiter durch Bohrungen 10 in den Hohlraum 11 im Reaktorzentrum. Von dort strömt es durch die Kühlkanäle 4, die beim Durchtritt durch den Druckkessel 1 zentrisch in der Eintrittsleitung 9 für das Kühlgas liegen, über die Leitung 12 aus dem Reaktor aus.

Die Brennstoffelemente 3 sind an Stangen 13 befestigt, die durch den Antriebsmechanismus 14 in beiden Richtungen bewegt werden können. Für den Ausbau des Antriebsmechanismus 14 und das Ein- und Ausbringen der Brennstoffelemente dienen gasdicht verschließbare Flansche 15.

Der Reaktorbetrieb geht in der Weise vonstatten, daß zunächst die Stangen 13 mit den Brennstoffelementen 3 eingesetzt werden, und zwa so weit, daß keine Kettenreaktion stattfindet. Dann werden alle Flansche 15 geschlossen und durch eine nicht dargestellte Einrichtung die Luft aus dem Leitungssystem abgesaugt. Danach erfolgt die Füllung mit dem Reaktorkühlmittel und die Druckerhöhung. Nachdem eine ausreichende Zirkulation des Kühlgases durch ein nicht dargestelltes Gebläse in Gang gekommen ist, werden die Stangen 13 weiter eingefahren, bis es zur Kettenreaktion kommt. Die Reaktorleistung wird durch das Verändern der Einfahrtiefe geregelt. Nachdem ein Teil des Spaltstoffes aufgebraucht ist, werden die Stangen 13 nach innen nachgestellt, und zwar so lange, bis die Brennstoffstäbe ganz eingefahren sind und der höchstmögliche Ausbrand erreicht ist. Das Auswechseln der verbrauchten Stäbe erfolgt sodann bei Betriebsstillstand. Für den Gefahrenfall wird eine Sicherung in bekannter Weise am Antriebsmechanismus 14 ausgelöst, wodurch alle Brennstoffelemente 4 aus dem Reaktor geschleudert werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Gasgekühlter, moderierter Hochdruckreaktor, der mit strahlenförmig auf einen Punkt des Kerns zulaufenden, die Brennstoffelemente aufnehmenden Kühlkanälen versehen und von einem Druckbehälter umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle in radialer oder angenähert radialer Richtung, auf den Mittelpunkt oder die Mittelachse des Reaktorkerns verlaufend, angeordnet sind.

2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Moderator aus Schichten verschiedenen Moderatormaterials aufgebaut ist.

3. Reaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sogenannte Neutronenwanderungslänge in den inneren Schichten kleiner als in den äußeren ist.

4. Reaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innerste und äußerste Schicht als Reflektor dient.

5. Reaktor nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel so geführt ist, daß es zunächst den Druckkessel kühlt und danach von außen nach innen und dann von innen nach außen durch den Moderator strömt.

6. Reaktor nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaustrittsleitung beim Durchtritt durch den Druckbehälter zentrisch in der Eintrittsleitung liegt.

7. Reaktor nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffelemente in Längsrichtung unterschiedlich ausgelegt sind.

8. Reaktor nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich um das Reaktorzentrum ein Hohlraum befindet.

9. Reaktor nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum durch eine besondere Wand vom umliegenden Moderator getrennt ist.

10. Reaktor nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle durch eine besondere Wand vom Moderator getrennt sind.

11. Reaktor nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffelemente in den Kühlkanälcn verschiebbar sind

12. Reaktor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmechanismus für die Bewegung der Brennstoffelemente in den Kühlkanälen für alle Kühlkanäle gleichartig und an deren äußerem Ende leicht an- und abbaubar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 041 179;
belgische Patentschrift Nr. 529 777;
britische Patentschrift Nr. 633 339;
USA.-Patentschriften Nr. 2 790760, 2 827 429, 830944, 2 831807;

»Atomenergie«, 2, S. 131, 1957;
»Engineering«, 183, S. 217, 1957;
»Atomwirtschaft«, II, Nr. 4, S. 139, 1957.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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