DE1135582B

DE1135582B - Graphitmoderatoraufbau fuer einen Kernreaktor

Info

Publication number: DE1135582B
Application number: DEU5440A
Authority: DE
Inventors: William Rodwell
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1957-07-01
Filing date: 1958-06-30
Publication date: 1962-08-30
Also published as: GB845306A; FR1197492A; US3022239A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

U 5440 Vnic/21g

ANMELDETAG: 30. JUNI 1958

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 30. AUGUST 1962

Die Erfindung bezieht sich auf einen Graphitmoderatoraufbau für einen Kernreaktor, bestehend aus Stapeln aufrecht stehender, prismatischer Blöcke mit durch die Blöcke hindurchführenden Kühlkanälen, wobei die Kornorientierung der Blöcke parallel zur Blockachse verläuft und die Blöcke an ihren Seitenflächen mit Abstand voneinander angeordnet sind, um dem Wigner-Wachstum quer zu den Blockachsen Rechnung zu tragen, wobei ferner die Blockachsen von Ziegeln festgelegt sind, welche benachbarte Endflächen der Blöcke miteinander in Verbindung halten und wobei die Kornorientierung der Ziegel quer zu den Blockachsen verläuft.

Wenn Graphit als Moderator in einem Kernreaktor verwendet wird, läuft eines der zu lösenden Probleme darauf hinaus, seinem unter Bestrahlung erfolgenden Anwachsen (Wigner-Wachstum) Rechnung zu tragen. Dieses Problem kann einmal in der Weise gelöst werden, daß bei einem Graphitmoderatoraufbau, welcher aus Stapeln aufrecht stehender prismatischer Blöcke besteht, durch welche Brennstoffelementkanäle hindurchführen, dem Wignerschen Wachstum im Graphitmoderatoraufbau dadurch Rechnung getragen wird, daß die Blöcke solcherart gepreßt oder gezogen werden, daß ihre Kristallhauptachsenrichtung parallel zu den Blockachsen verläuft (das Wignersche Wachstum in Graphit ist quer zur Kristallhauptachsenrichtung wesentlich größer als parallel zu dieser), daß die Blöcke an ihren Seitenflächen mit Abstand voneinander angeordnet werden, und daß diese Blöcke an ihren benachbarten Endflächen mittels Paare von in Schichten angeordneten Graphitziegeln miteinander in Verbindung gehalten werden. Die Hauptkristallachsenrichtung der Ziegel verläuft dabei quer zu den Blockachsen.

Wenn jedoch der Graphitmoderatoraufbau als Teil eines Kernreaktors gedacht ist, der in einem sich bewegenden Körper, beispielsweise in ein Schiff, eingebaut ist, eignet sich diese vorbeschriebene Ausführungsform nicht, da die Ziegel benachbarter Schichten an ihren Seitenflächen nicht aneinanderstoßen und Zwischenräume für das Wignersche Wachstum frei bleiben. Da es jedoch schwierig ist, das genaue Ausmaß des Wignerschen Wachstums vorauszusagen, zu welchem es bei Bestrahlungen der Ziegel kommt, ist es möglich, daß diese Zwischenräume nicht vollständig ausgefüllt werden. Der Graphitaufbau ist dann nicht starr und widerstandsfähig genug, um den Kräften widerstehen zu können, welche als Folge von Beschleunigungen in verschiedenen Richtungen auftreten.

Durch die vorliegende Erfindung wird diese Unzu-Graphitmoderatoraufbau für einen Kernreaktor

Anmelder:

United Kingdom Atomic Energy Authority, ίο London

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt, Siegen, Oranienstr. 14

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 1. Juli 1957 (Nr. 20 781)

William Rodwell, Culcheth, Warrington, Lancashire

(Großbritannien), ist als Erfinder genannt worden

länglichkeit bei dem eingangs genannten Graphitmoderatoraufbau dadurch überwunden, daß erfindungsgemäß alle Ziegel mit ihren Seitenflächen aneinanderstoßen, und daß die Richtung des geringsten Wignerschen Wachstums in jedem Ziegel senkrecht zu den Richtungen des geringsten Wigner-Wachstums in all den Ziegeln verläuft, die mit ihren Seitenflächen gegen diesen Ziegel stoßen. Durch die Erfindung wird daher ein Graphitmoderatoraufbau geschaffen, welcher sich zum Einbauen als Anlageteil eines mit Hilfe eines Kernreaktors angetriebenen Schiffes eignet, wobei der Aufbau mit Hinsicht auf das Wignersche Wachstum teils aus sich selbst einen Ausgleich ermöglicht.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert werden, und zwar zeigt

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Moderatorteiles, die

Fig. 2 und 3 Flächenansichten, welche jeweils die Verhältnisse vor und nach der Bestrahlung wiedergeben, während

Fig. 4 eine im vergrößerten Maßstab dargestellte Schnittansicht des Aufbauteiles veranschaulicht, weleher in Fig. 1 durch den Rahmen IV angedeutet ist.

Inder Zeichnung sind aufrecht stehende, prismatische

Graphitblöcke 10 von rechteckigem Querschnitt in

209 638/306

Schichten 11, 12, 13 usw. angeordnet. Die Blöcke definieren Kühlmittelkanäle 16 und haben in Richtung ihrer Länge, wie durch die Doppelpfeilspitzen 17 angedeutet ist, kleinstes Wignersches Wachstum. Schichten 18 von Graphitziegeln 19 (welche im Querschnitt quadratisch sind und deren Seiten die gleiche Länge wie die längeren Seiten der Blöcke 10 aufweisen) wechseln ab mit Schichten von Blöcken 10 und bilden ebenfalls Kühlmittelkanäle 16 (Fig. 4). Die Richtung des geringsten Wignerschen Wachstums in den Ziegeln ist durch die Pfeile 20, 21 angedeutet. Sie verläuft senkrecht zur Richtung des geringsten Wignerschen Wachstums in den Blöcken 10, deren kürzere Seiten parallel zur Richtung des geringsten Wignerschen Wachstums in den benachbarten Ziegeln 19 verlaufen. Die Ziegel 19 stehen alle miteinander in Berührung und werden mittels Bänder 14 gehalten. Typischerweise bestehen die Ziegel 19 aus Würfeln von 23,8 cm³, und die Blöcke 10 haben eine Größe von 23,8 cm X 22,4 cm X 82,5 cm.

Im Verlauf des unter der Bestrahlung erfolgenden Wachstums der Ziegel 19 ändert sich ihre Form aus derjenigen, welche in Fig. 2 dargestellt ist, in diejenige, welche Fig. 3 zeigt. Es ist ersichtlich, daß die Seitenflächen der Ziegel in Berührung miteinander bleiben, während sich ihre Achsen in einem Ausmaß voneinander weg bewegen, welches gleich der Hälfte der Summe des geringsten und größten Anwachsens in zwei 23,8 cm Abmessungen ist. Durch ihre Bewegung werden außerdem die Blöcke 10 mitbewegt, welche sich selbst in einem Ausmaß ausgedehnt haben, welches dem größten Wignerschen Wachstum in einer 23,8 cm Abmessung entspricht. Wenn somit die Richtung des größten Wignerschen Wachstums in Ziegel und Blöcken übereinstimmt, sind die Ausdehnungen gleich groß, wenn jedoch ein Kleinstwachstum in einem Ziegel mit einem Höchstwachstum in einem Block zusammentrifft, wird der Block dann, wenn er die gleiche Größe wie der Ziegel aufweist, breiter als der Ziegel werden. Dies wird dadurch verhütet, daß der Block mit rechteckigem Querschnitt ausgeführt wird, wobei eine Abmessung kleiner als 23,8 cm gewählt wird. Wenn der Zustand gemäß der Fig. 3 erreicht wird, haben Ziegel und Block die gleichen rechteckigen Abmessungen.

Fig. 4 veranschaulicht zwei alternative Verschlußverfahren für den Spalt zwischen den Enden der Blöcke, um dadurch ein Leckaustreten des Kühlmittels aus dem Kanal heraus zu verhindern.

Gemäß einem Verfahren sind die Ziegel 19 mit Zapfen 22 ausgestattet, welche in weggeschnittene Teile 23 in den Blöcken 10 hineinpassen, und welche eine Gasdichtung für die Kühlmittelkanäle 16 bewirken. Beim zweiten Verfahren ersetzt eine gesonderte Hülse 25 den Zapfen 22. Die Ziegel 19 weisen Keile auf, welche in den Nuten 24 in den Blöcken 10 ruhen und das Gewicht der Blöcke 10 aufnehmen.

In den Endschichten der Ziegel ist die Richtung des geringsten Wignerschen Wachstums so gewählt, daß sie im gleichen Sinne wie in den Blöcken verläuft, so daß feste Endflächen erhalten werden, wodurch verhütet wird, daß das Kühlgas die Kühlmittelkanäle dadurch umgeht, daß es entlang den Räumen zwischen den Gaphitblöcken strömt. Diese Endschichten sind lediglich einem moderierten Neutronenfluß ausgesetzt, und ihrem Anwachsen kann, ohne daß dadurch ein Problem entsteht, Rechnung getragen werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Graphitmoderatoraufbau für einen Kernreaktor, bestehend aus Stapeln aufrecht stehender, prismatischer Blöcke mit durch die Blöcke hindurchführenden Kühlmittelkanälen, wobei die Kornorientierung der Blöcke parallel zur Blockachse verläuft und die Blöcke an ihren Seitenflächen mit Abstand voneinander angeordnet sind, um dem Wigner-Wachstum quer zu den Blockachsen Rechnung zu tragen, wobei ferner die Blockachsen von Ziegeln festgelegt sind, welche benachbarte Endflächen der Blöcke miteinander in Verbindung halten, und wobei die Koniorientierung der Ziegel quer zu den Blockachsen verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß alle Ziegel (19) mit all ihren Seitenflächen aneinanderstoßen und daß die Richtung (21) des geringsten Wigner-Wachstums in jedem Ziegel (19) senkrecht zu den Richtungen des geringsten Wigner-Wachstums in all den Ziegeln (19) verläuft, die mit ihren Seitenflächen gegen diesen) Ziegel stoßen.

2. Graphitmoderatoraufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ziegel mit Zapfen ausgestattet sind, welche in weggeschnittene Teile in den Blöcken hineinpassen.

3. Graphitmoderatoraufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen jedem Ziegel und jedem Block eine gesonderte Graphithülse befindet, welche in die weggeschnittenen Teile im Ziegel und im Block hineinpaßt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Belgische Patentschriften Nr. 552 879, 553 218.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen