DE1110770B

DE1110770B - Heterogener Mehrzonen-Experimentier-reaktor

Info

Publication number: DE1110770B
Application number: DES64610A
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Albert Ziegler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1959-08-27
Filing date: 1959-08-27
Publication date: 1961-07-13
Also published as: CH388475A; GB957791A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

S64610Vmc/21g

ANMKLDETAG: 27. AUGUST 1959

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 13. JULI 1961

Die Erfindung bezieht sich auf einen heterogenen, beliebig moderierten Mehrzonen-Experimentierreaktor, der aus einem zentralen Reaktorstruktureinsatz und einer darum angeordneten Mantelzone aus angereicherten Brennelementen und mindestens einer Moderatorsubstanz aufgebaut ist.

Experimentierreaktoren dienen unter anderem zum Studium der neutronenphysikalischen Verhältnisse im Gitter von Leistungsreaktoren, die sich noch im Entwicklungsstadium befinden. Sie haben im allgemeinen wesentlich kleinere Abmessungen als der betreffende Leistungsreaktor und unter Umständen auch eine einfachere Gittergestalt und bestehen aus einer kritischen Ringzone, in deren Mitte das zu untersuchende Gitter eingesetzt wird (Gittereinsatz). Es müssen aber noch besondere Maßnahmen getroffen werden, um das dem Leistungsreaktor zugehörige Neutroneneigenspektrum richtig nachzubilden. Unter dem Neutronenspektrum wird die Verteilung der Neutronen auf die im Reaktor vorkommenden verschiedenen Neutronenenergien bzw. -geschwindigkeiten verstanden. Bei der Nachbildung des Spektrums genügt es in den meisten Fällen, wenn man den gesamten Energiebereich in zwei Zonen aufteilt und demgemäß nur zwischen zwei Neutronengruppen bzw. zwei Flüssen Φ_Β, Φ_ι dem schnellen und dem thermischen Neutronenfluß unterscheidet.

Die wichtigste Maßnahme zur Herstellung einer korrigierten stationären Flußverteilung im Gittereinsatz besteht darin, die Neutronenverluste nach außen auf ein den Verhältnissen im Leistungsreaktor entsprechendes Maß herabzusetzen. Das geschieht durch Umzäunen des Gittereinsatzes — er wird auch »Kolonne« genannt — mit dem erwähnten Ring angereicherter Uranbrennelemente (20%). Auf diese Weise werden die stationären Verhältnisse eingestellt, und es wird auch schon die Verteilung der Neutronenflußdichte in radialer Richtung recht gut an die übliche Verteilung (flacher Kurvenverlauf im Bereich der Gitterachse) bei Leistungsreaktoren angepaßt.

Beim Arbeiten mit derartig aufgebauten Experimentierreaktoren, also Reaktoren mit Reaktorstruktureinsatz und angereicherter Mantelzone, zeigt sich jedoch, daß zwar die gewünschte Abflachung der Flußkurve in der Gittermittelzone erreicht wird, daß aber die Abweichung der Flußwölbung von der im Leistungsreaktor in der Randzone des Gitters noch beträchtlich ist. Vor allem aber weicht in den meisten Fällen das Verhältnis der Neutronenflüsse Φ₈, Φ_{ bzw. Neutronenströme I_s, l_t der beiden erwähnten Energiebereiche im Experimentierreaktor von den speziellen Verhältniswerten im Leistungsreaktor ab.

Heterogener Mehrzonen-Experimentierreaktor

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr. rer. nat. Albert Ziegler, Erlangen,
ist als Erfinder genannt worden

Die Erfindung geht nun von der Aufgabenstellung aus, bei Experimentierreaktoren der erwähnten Bauart das jeweilige Neutronenspektrum und die Flußdichteverteilung auf einfache Weise intensitäts- und verlaufsmäßig richtig auf die Verhältnisse im Leistungsreaktor einjustierbar zu machen. Die Lösung besteht erfindungsgemäß darin, daß die angereicherten Brennelemente der Mantelzone mit Hilfe von radial angeordneten Verstellmechanismen radial verstellbar angeordnet sind. Verstellt man nämlich die Elemente nach außen, vergrößert sich zwangläufig die Schichtdicke der zwischen diesen Elementen und der Peripherie des Gittereinsatzes befindlichen Moderatorflüssigkeit. Es werden dann die von der angereicherten Mantelzone ausgehenden schnellen Neutronen vor Eintritt in den Gittereinsatz stärker als sonst moderiert, d. h., es wird der stets überwiegende schnelle Fluß Φ₈ zugunsten des thermischen Flusses Φι verkleinert im Sinne der Herstellung des richtigen Flußverhältnisses. Vorteilhaft an dieser Maßnahme ist, daß die Reaktivität des Reaktors nicht stark beeinflußt wird. Der Verstellbereich oder die Dicke der H₂O- bzw. D₂O-Zwischenschicht liegt etwa zwischen 0 und 10 cm."
Es handelt sich also grundsätzlich nicht um eine gleichmäßige Verstellung der Gitteranordnung eines heterogenen Reaktors, wie sie zur Regelung der Reaktivität eines solchen bekanntgeworden ist.

Die Zeichnung veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiei der Erfindung; es zeigt

Fig. 1 den Experimentierreaktor im Querschnitt und
Fig. 2 den Experimentierreaktor im Längsschnitt.

109 647/408

Gemäß Fig. 1 und 2 weist der Experimentierreaktor die beiden ineinandergeschachtelten oben offenen Metallkessel 1, 2 auf, von denen der innere das Natururanstabgitter 3 — die »Kolonne« ·—=und der andere die die Mantelzone bildenden angereicherten Brennstäbe 4 enthält. Als Moderator für die »Kolonne« dient schweres Wasser, als Moderator für die angereicherte Mantelzone leichtes Wasser (daher Mehrzonenreaktor): Gemäß der Erfindung können nun, wie die quer durch die Brennstäbe 4 gezeichneten Pfeile andeuten, diese Stäbe radial verstellt werden und so der erläuterten Justierung dienen. Der zugehörige Verstellmeehanismus ist nicht dargestellt. Es kann sich- um Spindeleinzelantriebe für jedes Element oder um eine gemeinsame Verstellmechanik handeln.

In Fig. 2 sind ober- und unterhalb der Kolonne weitere angereicherte Brennelemente 5, 6 vorgesehen. Sie überdecken die Stirnflächen der Kolonne schirmartig, sind ebenfalls verstellbar und dienen zur Justierung in axialer Richtung gemäß einer Weiterbildung der Erfindung. An Stelle dieser Schirme können bei Beschränkung auf eine bestimmte Neutronendichte auch Neutronenquellen über und unter der Kolonne angebracht werden

Die Brennelemente 5 sind in einer besonderen Wanne 7 gelagert, die mit den Elementen leicht aus dem Oberteil des Kessels 2 herausgenommen werden kann. Dadurch werden die Montage und der Umbau des Reaktors sowie der Zutritt zur Kolonne besonders einfach.

Wie erläutert, wird die Justierung nur so weit getrieben, daß analoge Verhältnisse bezüglich zweier Neutronenenergiegruppen erreicht werden. Parameter ist dabei die erwähnte Moderatorschichtdicke. Grundsätzlich können jedoch auch mehrere Parameter zur Justierung herangezogen und somit weitere Energiebereiche einreguliert werden. Man kann z. B. dem Moderator in der Zwischenschicht noch eine absorbierende Lösung zufügen oder an der Trennwand zwischen D₂O und H₂O eine absorbierende Schicht aus dünnem Blech, Drahtgeflecht oder Stäben anbringen. Die absorbierende Substanz kann dabei so gewählt werden, daß sie den Schwerpunkt der Absorption in einem gewünschten Energiebereich hat. Ferner kann der p-Faktor der angereicherten Zone durch Veränderung des Moderator-Uran-Verhältnisses oder durch Einbringen schlechter als H₂O bzw. D₂O moderierender Substanzen, wie Graphit, zwischen die einzelnen Elemente geändert werden. Doch sei bemerkt, daß in den meisten Fällen eine Anpassung des Spektrums durch zwei Energiegruppen bereits eine genügende Übereinstimmung ergibt, daß man also mit der Variation der Moderatorschichtdicke auskommt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Heterogene*! beliebig moderierter Mehrzonen-Experimentierreaktor, der aus einem zentralen Reaktorstruktureinsatz und einer darum angeordneten Mantelzone aus angereicherten Brennelementen und mindestens einer Moderatorsubstanz aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß die angereicherten Brennelemente der Mantelzone mit Hilfe von radial angeordneten Verstellmechanismen radial verstellbar sind.

2. Experimentierreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ober- und unterhalb des zentralen Struktureinsatzes in Achsrichtung verstellbar, Mittel zur Verkleinerung der Leckverluste angebracht sind.

3. Experimentierreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ober- und unterhalb des zentralen Struktureinsatzes verstellbare Schirme aus angereichertem Kernbrennstoff vorgesehen sind.

4. Experimentierreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ober- und unterhalb des zentralen Struktureinsatzes verstellbare Neutronenquellen vorgesehen sind.

5. Experimentierreaktor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei voneinander getrennten Moderatoren für Innen- und Mantelzone der Moderator der Mantelzone mit einer absorbierenden Substanz versetzt ist.

6. Experimentierreaktor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Ringraum zwischen Einsatz und Mantelzone ein absorbierendes Blech oder Drahtgeflecht eingebaut ist.

7. Experimentierreaktor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ringraum zwischen Einsatz und Mantelzone absorbierende Stäbe eingebaut sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1062 353.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen