DE1149466B - Brennstoffelementgitter fuer kontrollstabgeregelte, heterogene Kernreaktoren - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

D 37130 Vmc/21g

ANMELDETAG: 27. SEPTEMBER 1961

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 30. MAI 1963

Die Erfindung bezieht sich auf einen durch bewegliche Kontrollstäbe geregelten heterogenen Kernreaktor, bei dem die Brennstoffelemente und die Regelstäbe innerhalb von Bohrungen angeordnet sind, die ein zweidimensionales, quadratisches oder hexagonales Stabgitter bilden und bei dem die Regelstäbe auf Gitterplätzen angeordnet sind.

Bei heterogenen Kernreaktoren sind die Brennstoffelemente meist in Form eines gleichmäßigen Stabgitters in den Bohrungen eines Moderatorkörpers angeordnet. Zur Regelung des Neutronenfiusses derartiger Reaktoren befinden sich im Moderator außerdem bewegliche Absorberstäbe. Für die Anordnung dieser Regelstäbe in bezug auf die Brennstoffelemente bestehen dabei zwei Möglichkeiten. Sie können auf Plätzen des Brennstoffelementgitters, d. h. in nicht mit Brennstoffelementen belegten Brennstoffkanälen oder auch auf Zwischengitterplätzen angeordnet werden. Neutronentechnisch ist die Anordnung auf Zwischengitterplätzen vorteilhafter, da bei dieser Anordnung insbesondere der thermische Neutronenfluß bei vollständig zurückgezogenen Regelstäben weniger beeinflußt wird. Aus Stabilitäts- und Festigkeitsgründen des Moderatoraufbaues müssen jedoch die Regelstäbe häufig in nicht mit Brennstoffelementen belegten Kühlkanälen, d. h. an Gitterplätzen des Brennstoffelementgitters untergebracht werden, und es muß in Kauf genommen werden, daß bei vollständig herausgezogenen Regelstäben der thermische Neutronenfluß infolge der dem Gitterplatz des Regelstabes zugeordneten Moderatormasse in den benachbarten Brennstoffelementen ansteigt. Dieser Anstieg wirkt sich insbesondere bei untermoderierten Reaktoren, einer Bauweise, die für kleine und leichte Reaktoren häufig zweckmäßig ist, sehr störend aus, da dadurch die Gefahr besteht, daß die in diesem Gebiet angeordneten Brennstoffelemente überhitzt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Brennstoffstabgitter zu schaffen, bei dem zwar die Kontrollstäbe auf Plätzen des Brennstoffstabgitters angeordnet sind, der störende örtliche Anstieg des thermischen Neutronenflusses bei herausgezogenen Regelstäben aber nicht mehr auftritt. Gemäß der Erfindung befinden sich daher zwar die Schwerpunkte der Regelstäbe genau an den Gitterpunkten, aber die Schwerpunkte der Brennelementstäbe sind jeweils von den Gitterpunkten weg in Richtung auf den ihnen nächst benachbarten Kontrollstab versetzt angeordnet. Damit wird erreicht, daß die Moderationswirkung bei herausgezogenen Kontrollstäben in allen Teilen des Reaktorkernes annähernd gleich ist.

Brennstoffelementgitter

für kontrollstabgeregelte, heterogene

Kernreaktoren

Anmelder:

Deutsche Babcock &Wilcox-Dampfkessel-

Werke Aktiengesellschaft,
Oberhausen (RhId.), Duisburger Str. 375

Arno Müller, Oberhausen (RhId.),
ist als Erfinder genannt worden

In den Abbildungen ist die Erfindung beispielsweise dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 ein hexagonales Gitter,
Fig. 2 ein quadratisches Gitter.
In Fig. 1 ist das regelmäßige Gitter durch die Gittergeraden 1, 2 und 3 bestimmt. Die Regelstäbe bzw. deren Kanäle 4 sind auf Gitterpunkten angeordnet. Die Brennstoffelemente bzw. deren Kanäle 5 sind dagegen um den Betrag X aus den Gitterpunkten in Richtung auf die benachbarten Regelstäbe versetzt angeordnet. Die Größe der Versetzung kann geometrisch in der Weise bestimmt werden, daß die dem Regelstabgitterpunkt zugeordnete Moderatormenge auf die umgebenden, den Gitterpunkten der umgebenden Brennstoffelemente zugeordneten Moderatormengen aufgeteilt wird und die Brennstoffelemente dann in den Schwerpunkten ihrer vergrößerten Moderatormengen angeordnet werden. In Fig. 1 ist diese Aufteilung für den Bereich eines Regelstabes eingezeichnet. Die schraffiert gezeichnete Regelstabzelle 6 ist in Sektoren unterteilt und auf die umliegenden Brennstoffzellen 7 aufgeteilt, so daß sich die stark gezeichnete Zellenaufteilung ergibt. Die Brennstoffelemente bzw. deren Kanäle liegen im Schwerpunkt dieser so vergrößerten Moderatorzellen.

Fig. 2 zeigt ein nach den gleichen Grundsätzen aufgebautes quadratisches Gitter. Hier kann das Versetzen X₁ und X₂ der Brennstoffelemente verschieden groß ausgeführt werden bzw. können auch die von den Regelstäben weiter entfernten Elemente auf den Gitterpunkten verbleiben, d. h. X₂ = 0 werden. Die vorteilhafteste Lage ergibt sich in jedem Fall aus einer genauen Neutronenflußberechnung.

309 598/235

Die Erfindung ist sowohl für feste als auch für flüssige Moderatoren anwendbar. Bei festen Moderatoren ist es zweckmäßig, die Einzelblöcke der Blockschichtung entsprechend dem durch die Gittergeraden 1 bis 3 festgelegten Gitter auszubilden und zum Gesamtblock zusammenzufügen, und die Versetzung^ bzw. X₂ durch außermittige Anordnung der Brennstoffkanäle in den Einzelblöcken herzustellen.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Heterogener Kernreaktor, bei dem die Brennelement- und Regelstäbe ein zweidimensionales Stabgitter bilden und die Regelstäbe auf Gitterplätzen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwar die Schwerpunkte der Regelstäbe sich genau an Gitterpunkten befinden, daß aber die Schwerpunkte der Brennelementstäbe jeweils von den Gitterpunkten weg in Richtung auf den ihnen nächst benachbarten Kontrollstab versetzt sind.

2. Heterogener Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwerpunkte der Brennelementstäbe jeweils im Flächenschwerpunkt einer Fläche liegen, welche sich aus der zu dem entsprechenden Gitterpunkt gehörenden Moderatorfläche und demjenigen ihr unmittelbar benachbarten Teil der zum Gitterpunkt des Regelstabes gehörenden Moderatorfläche zusammensetzt, welcher sich bei einer anteilmäßigen Aufteilung der zum Regelstab gehörender; Moderatorfläche auf die den Regelstab umgebenden Brennelemente ergibt.

3. Heterogener Kernreaktor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Moderatorblöcke des Gesamtblockes zentrisch zu den Gitterpunkten des gleichmäßigen Gitters liegen und die Kanäle für die Brennelemente in den Einzelblöcken außermittig angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
I. R. Dietrich u. H. W. Zinn, »Solid Fuel Reactors«, 1958, Reading, USA., S. 123.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 209 598/235 5.