DE1144411B - Reaktorkern fuer Atomkernreaktoren - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

H38928Vmc/21g

ANMELDETAG: 16. MÄRZ 1960

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 28. F E B RUAR 1963

Die Erfindung bezieht sich auf einen Reaktorkern für insbesondere mobile Atomkernreaktoren mit einer Anzahl aufeinanderliegender Schichten aus nebeneinander angeordneten, unter sich gleichartigen, von Brennstoff- und Kühlkanälen durchsetzten, im Querschnitt vieleckigen Moderatorblöcken, deren Mantelflächen Vorsprünge und Vertiefungen aufweisen.

Bs ist bekannt, einen Reaktorkern aus mehreren Lagen von Graphk-Moderatorblöcken aufzubauen und zwischen die einzelnen Lagen ebenfalls aus Graphit bestehende, ziegelartige Zwischenstücke einzufügen, die gleichzeitig als Abstandshalter in seitlicher Richtung dienen. Andere bekannte Reaktorkerne bestehen aus satt aneinanderliegenden Graphitblöcken mit quadratischem Querschnitt.

Es sind ferner Graphitblöcke zum Aufbau von Reaktorkernen bekannt, deren obere und untere Endfläche mit nut- und federartigen Elementen versehen sind, die in entsprechende Elemente von Zwischenplätten eingreifen, so daß eine genaue Orientierung der aufeinandergeschiehteten Blöcke zueinander gewährleistet ist.

Es ist ferner ein Moderatorblock für Kernreaktoren mit mindestens einem Kanal zur Aufnahme des Brennstoffes bekannt, der einen Querschnitt in Form eines Vieleckes aufweist und an seinen parallel zum Brennstoffkanal verlaufenden Mantelflächen vorspringende, über den Umfang verteilte Ansätze aufweist, an denen sich zur Bildung von Kühlkanälen die zum Gitter zusammengesetzten Moderatorblöcke gegenseitig abstützen.

Die bekannten Moderatorblöcke eignen sich nicht zum Aufbau von Reaktorkemen, die z. B. für einen mobilen Betrieb bestimmt sind. Reaktorkerne, die beispielsweise in Schiffen oder Flugzeugen Verwendung finden sollen, können nämlich durch Neigungen des Fahrzeuges Belastungen ausgesetzt werden, die quer zu der normalerweise senkrecht zur Erdoberfläche stehenden Reaktorkernachse gerichtet sind. Bei Reaktorkernen, die mit bekannten Moderatorblöcken aufgebaut sind, besteht die Gefahr, daß sich die Moderatorblöcke längs ihrer seitlichen Begrenzungsflächen gegeneinander verschieben, so daß die Brennstoffelemente beschädigt werden können und der Kern unter Umständen zerfällt.

Durch die Erfindung soll daher ein besonders stabiler Reaktorkern angegeben werden, der auch bei Querbelastungen, wie sie z. B. bei Schiffsreaktoren auftreten können, nicht beschädigt werden kann.

Der eingangs genannte Reaktorkern für insbesondere mobile Atomkernreaktoren mit einer Anzahl aufeinanderliegender Schichten aus nebeneinander an-

Reaktorkern für Atomkernreaktoren

Anmelder:

The De Havilland Engine Company Limited, Leavesden, Hertfordshire (Großbritannien)

Vertreter: Dr.-Ihg. E. Sommerfeld

und Dr. D. v. Bezold, Patentanwälte,

München 23, Dunantstr. 6

Beanspruchte Priorität: Großbritannien vom 16. März 1959 (Nr. 90 009)

Francis Robert Bell, London, ist als Erfinder genannt worden

geordneten, unter sich gleichartigen, von Brennstoff- und Kühlkanälen durchsetzten, im Querschnitt vieleckigen Moderatorblöcken, deren Mantelflächen Vorsprünge und Vertiefungen aufweisen, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Vo-Γτ sprünge an den Mantelflächen eines Modemtorblockes in entsprechende Vertiefungen in den Mantelflächen angrenzender Moderatorblöcke eingreifen.

Die Moderatorblöcke haben vorzugsweise einen in erster Näherung sechseckigen Querschnitt, und jede Sechseckseite weist, mehrere Vorsprünge und Vertiefungen auf, die im Querschnitt eine Zickzacklinie bilden, deren einzelne Teilstücke gegenüber der virtuellen Sechseckseite einen Winkel von etwa 30° einschließen.
Die Moderatorblöcke können von Schicht zu Schicht in waagerechter Richtung gegeneinander versetzt sein. Die Brennstoffkanäle und Kühlkanäle in den Moderatorblöcken der übereinandecliegenden Schichten fluchten in an sich bekannter Weise miteinander. Die Kühlkanäle liegen vorzugsweise an den Ecken aneinandergrenzender regulärer Sechsecke.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die Moderatorblöcke einer Schicht gegenüber den Moderatorblöcken der angrenzenden Schicht gegen Verschiebungen in seitlicher Richtung in an sich bekannter Weise durch Verbindungstücke festgelegt, die in aneinander angrenzende Enden zweier Brennstoffkanäle hineinreichen. Dabei kann jeder Moderator-

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Claims (8)

1. block in an sidbi bekannter Weise durch mehrere ge- der anderen erstrecken. Der Durchmesser der Kanäle trennte Verbindungsstücke mit Moderatorblöcken in kann ungefähr 2,5 cm betragen, die Wände können der angrenzenden Schicht verbunden sein. passend zu den im einzelnen Falle verwendeten Brenn- ; .Die KühhnititeJkanäle¹ haben vorzugsweise einen elementen mit parallel zur Achse verlaufenden Nuten gleichmäßigem Abstjand voneinander und liegen an 5 und Rippen (wie bei 18 in Fig. 5 dargestellt) oder mit den Spitzen, einer Reihe^von aneinander angrenzenden einer spiralförmigen Nut oder einer anderen Obergleichseitigen Dieieelen. Die Brennstoffkanäle flächenform versehen sein.

   können alle oder zum Teil spiralförmige Nuten oder Die einzelnen den Kernbrennstoff enthaltenden

   parallel zu ϊητεϊ Achse Verlaufende Rippen aufweisen, Brennstoffstäbe 21 können in den Kanälen 17 aufeinin die entsprechend geformte Brennstoffstäbe ein- io andergestapelt werden, die dann durch Graphitstopfen

   setzbar sind. ;r 22 oben und unten verschlossen werden. Die Außen-

   DerErfindungsgedarike kann auf die verschiedenste fläche des Stopfens am einen Ende befindet sich in

   Weise in die Praxis umgesetzt werden, im folgenden einem gewissen Abstand unter der Oberfläche des

   soll an Hand der Zeichnungen ein spezielles Aus- Kemelementes, so daß eine Vertiefung entsteht, wähführungsbeispiel beschrieben werden. Es zeigt 15 rend der Stopfen am anderen Ende aus der Stirnfläche

   FigJl: eine Seitenansicht eines. ;Reaktors, der aus des Elementes etwas herausragt und einen Zapfen

   neun Schichten aufgebaut ist, die aus Bauelementen bildet, der in eine entsprechende Vertiefung in der

   aus Moderatoxmateriäl bestehen, anliegenden Stirnfläche eines Elementes in der näch-

   Fig. 2 eine Teüansicht des Reaktorkernes nach sten Schicht eingreift.

   Fig. 1 von oben in vergrößertem Maßstab, wobei 20 Zwischen den Brennstoffkanälen 17 befinden sich in außerdem ein Teil der obersten Schicht weggebrochen : regelmäßiger Anordnung parallele Bohrungen 24 ist, . -ν;.:' ι-' ; ' (Fig. 4 und 5), deren Durchmesser etwa lern be-Fig. 3 eine teilweise im Schnitt gehaltene Seitenan- tragen können und durch die während des Betriebs sieht eines Teils den Reaktorkemes in einem noch des Reaktors ein Kühlmittel geleitet wird. Die regeletwas vergrößerten Maßstab, 35 mäßige Anordnung der Brennstoffkanäle 17 und der Fig. 4 eine teilweise im Schnitt gehaltene Aufsicht Kühlmittelkanäle 24 gewährleistet, daß sich die Kühlentsprechend Fig. 3 und mittelkanäle in benachbarten Schichten decken, so Fig. 5 eine vergrößerte Teilansicht entsprechend daß ein durchgehender Strömungsweg für das Kühl-Fig. 4, aus der auch eine mögliche Form für die mittel durch den ganzen Reaktorkern 11 vorhanden Brennstoffelemente ersichtlich ist. 30 ist.

   Der. (äargestellte Kern U eines Spaltungsreaktors An den Spitzen der Vorsprünge 15 der Seitenbesteht aus einer großen Anzahl von gleichartigen flächen der Elemente 12 und am Grunde der eineinzelnen Bauelementen 12 aus massivem Moderator- springenden Teile 16 der Oberfläche sind Auskehmaterial, beispielsweise Graphit, Berylliumoxyd, einer hingen 25 des gleichen Durchmessers wie die Kühl-Mischung dieser beiden Stoffe,u.dgl. Jede einzelne 35 mittelkanäle vorgesehen, so daß zusätzliche Kühlderneun parallelen Schichten 13 enthält eine große mittelkanäle durch die Auskehlungen 25 in anAnzahl von einzelnen Elementen. einandergrenzenden Elementen entstehen, wenn diese

   Die einzelnen Elemente 12 weisen zwei gleiche, zu einer Schicht zusammengesetzt sind, ebene, einander gegenüberliegende Oberflächenteile 14 Benachbarte Schichten 13 des Kernes sind seitlich und einen konstanten -Querschnitt parallel zu diesen 40 geringfügig gegeneinander versetzt, wie aus Fig. 1 Flächen auf. Die Endflächen und der Querschnitt sind und 2 ersichtlich ist, so daß die Stoßflächen zwischen in erster Näherung sechseckig, die Seiten dieser Sechs- benachbarten Elementen in benachbarten Schichten ecke sind jedoch nicht gerade, sondern zickzackförmig, nicht miteinander fluchten. Der ganze Kern wird wobei die einzelnen Stücke, wie aus Fig. 2 ersichtlich durch einen üblichen, nicht dargestellten Rahmen zuist, zu der virtuellenj geraden Sechseckseite um + 45 sammengehalten.

   oder —30° geneigt sind. Die geraden Stücke sind Ein derartig aufgebauter Kern neigt unter Queralle gleich lang, so daß die Seiten des Querschnitts belastungen viel weniger zu Brüchen als ein Kem eine regelmäßig gezahnte Form aufweisen. Es ist ähnlicher Gestalt, der aus einem einzigen kompakten offensichtlich, daß die Vorsprünge 15 eines Elementes Moderatorblock besteht.

   in die Vertiefungen 16 eines anderen Elementes ein- 50 Es ist einleuchtend, daß die beschriebene Form der greifen, wenn zwei Elemente nebeneinandergestellt Bauelemente nur ein Beispiel einer der vielen mögwerden, außerdem paßt in den von den aneinander- liehen Formen ist, die ein Zusammensetzen und Aufgrenzenden Seiten zweier benachbarter Elemente ge- einanderstapeln von gleichartigen Elementen ermögbildeten Winkel ein drittes Element hinein, da die licht, so daß benachbarte Elemente zusammenpassen Elemente ja in erster Näherung sechseckig sind. Auf 55 und sich berühren; natürlich können auch andere diese Weise können beliebig viele Elemente zur BiI- Mittel als die beschriebenen Verbindungsstücke in dung einer kontinuierlichen Schicht gewünschter den Brennstoffkanälen zur gegenseitigen Festlegung Größe aneinandergefügt werden (s. Fig. 2). der einzelnen Schichten zueinander in seitlicher Rich-

   Da alle Elemente gleich groß sind, haben die ein- tung verwendet werden, zelnen Schichten 13 eine ebene obere und untere Be- 60
   grenzungsfläche, so daß neue Schichten aufgebaut

   werden können. PATENTANSPRÜCHE:

   Die Höhe der Elemente und die Abmessung der

   Diagonale des Sechseckes können etwa 20 cm be- 1. Reaktorkern für insbesondere mobile Atomtragen. In jedem Element sind neunzehn regelmäßig 65 kernreaktoren mit einer Anzahl aufeinanderangeordnete Brennstoffkanäle 17 (Fig. 4 und 5) vor- liegender Schichten aus nebeneinander angeordgesehen, die einfach lius Bohrungen bestehen, die sich neten, unter sich gleichartigen, von Brennstoffvon der einen pkrall©len-Endfläehe 14. senkrecht zu und Kühlkanälen durchsetzten, im Querschnitt

   vieleckigen Moderatorblöcken, deren Mantelflächen Vorsprünge und Vertiefungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (IS) an den Mantelflächen eines Moderatorblockes in entsprechende Vertiefungen (16) in den Mantelflächen angrenzender Moderatorblöcke eingreifen.
2. 2. Reaktorkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Moderatorblöcke (12) einen in erster Näherung sechseckigen Querschnitt aufweisen und daß jede Sechseckseite mehrere Vorsprünge und Vertiefungen aufweist, die im Querschnitt eine Zickzacklinie bilden, deren einzelne Teilstücke gegenüber der virtuellen Sechseckseite einen Winkel von etwa 30 ° einschließen.
3. 3. Reaktorkern nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenn&toffkanäle (17) in den Moderatorblöcken (12) der übereinanderliegenden Schichten in an sich bekannter Weise miteinander fluchten.
4. 4. Reaktorkern nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Moderatorblöcke von Schicht zu Schicht in waagerechter Richtung gegeneinander versetzt sind.
5. 5. Reaktorkern nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle (24) in den Moderatorblöcken an den Ecken aneinandergrenzender regulärer Sechsecke liegen.
6. 6. Reaktorkern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwände der Brennstoffkanäle mit achsparallelen Nuten (18) versehen sind.
7. 7. Reaktorkern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Moderatorblöcke einer Schicht gegenüber den Moderatorblöcken der angrenzenden Schicht gegen Verschiebungen in seitlicher Richtung in an sich bekannter Weise durch Verbindungsstücke (22) festgelegt sind, die in aneinander angrenzende Enden zweier Brennstoffkanäle hineinreichen.
8. 8. Reaktorkern nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Moderatorblock in an sich bekannter Weise durch mehrere getrennte Verbindungsstücke (22) mit Moderatorblöcken in der angrenzenden Schicht verbunden ist.

   so In Betracht gezogene Druckschriften:

   Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1756 800;
   britische Patentschrift Nr. 782 888;
   »Nucleonics«, März 1956, S. 37;
   »Technische Mitteilungen«, Januar 1958, S. 9;
   »Proceedings of the Second United Nations International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy«, VoI 8, 1958, S. 426.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen