DE1181829B

DE1181829B - Heterogener Kernreaktor mit stabfoermigen Brennelementen

Info

Publication number: DE1181829B
Application number: DESCH30071A
Authority: DE
Inventors: Dr Harry N Schludi
Original assignee: HARRY N SCHLUDI DR
Current assignee: HARRY N SCHLUDI DR
Priority date: 1961-08-01
Filing date: 1961-08-01
Publication date: 1964-11-19

Description

Heterogener Kernreaktor mit sbabförmigen Brennelementen Die Erfindung bezieht sich auf einen heterogenen Kernreaktor mit stabförmigen Brennelementen, die aus in Hüllen eingeschlossenem Spaltstoff bestehen und so ausgebildet sind, daß in einem die Längsachse des Brennstabes durchsetzenden Schnitt die Hüllenwandstärke und/oder der senkrecht zur Längsachse sich erstreckende Spaltstoffumfang in verschiedenen Höhen der Längsachse unterschiedlich ist.
Zur Verbesserung der Wärmeabgabe vom Hüllrohr zum Kühlmittel ist bereits bekannt, den Querumfang der Hüllrohre längs der Achse des stabförmigen Brennelementes zu ändern. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß während des Reaktorbetriebes die Temperatur des Hüllrohres an jedem Punkt in der Nähe des zulässigen Höchstwertes liegt. Eine bekannte Lösung besteht darin, einem Brennelement eine nach den beiden Enden sich verjüngende, zylinderkegelförmige Gestalt zu geben. Ein derartiges Brennelement hat daher die Eigenschaft, daß in verschiedenen Höhen der Längsachse des stabförmigen Brennelementes der senkrecht zur Längsachse sich erstreckende Spalts.toffumfang und/ oder die Hüllenwandstärke unterschiedlich ist.
Es sind verschiedene Vorschläge gemacht worden, um an allen Stellen des Reaktorkerns eine möglichst gleiche spezifische Wärmeleistung zu erzielen. Ein bekannter Vorschlag geht z. B. dahin, im Randgebiet des Reaktorkerns Brennstäbe mit einem höheren Anreicherungsgrad als im Innern des Reaktorkerns vorzusehen.
Ein weiterer bekannter Vorschlag sieht vor, die Brennstäbe im Reaktor nicht äquidistant voneinander anzuordnen, sondern ihren Gitterabstand von Stelle zu Stelle so zu bemessen, daß über den Reaktorquerschnitt die spezifische Wärmeleistung möglichst konstant ist.
Die hier beschriebene Erfindung sieht einen weiteren Schritt vor, um die an den verschiedenen Stellen des Reaktorkerns sich ergebende spezifische Wärmeleistung auf einem gewünschten Wert zu halten bzw. die örtlichen Schwankungen der Neutronenflußdichte zu kompensieren.
Gemäß der Erfindung weisen die in einer von den Brennstäben senkrecht durchsetzten Querschnittsebene des Reaktorkerns verschieden weit von der Reaktorkernmitte angeordneten Brennelemente untereinander unterschiedliche Hüllenwandstärke und/oder unterschiedlichen Spaltstoffumfang auf. Vorzugsweise weisen die in der Reaktormitte liegenden Brennstäbe einen geringeren Spaltstoffumfang und/ oder eine größere Hüllenwandstärke als die im Randgebiet des Reaktorkerns liegenden Brennstäbe auf. Um z. B. das Absinken der Neutronenflußdichte im Randgebiet des Reaktorkerns zu kompensieren, können die stabförmigen Brennelemente und ihre Hüllrohre so gewählt werden, daß bei gleicher Hüllwandstärke die im Randgebiet des Reaktorkerns angeordneten Brennstäbe einen größeren Spaltstoffumfang aufweisen als diejenigen im Reaktorkerninneren. Derselbe Effekt kann erreicht werden, wenn der Spaltstoffumfang bei sämtlichen Brennelementen gleich groß ist, die Hüllenwandstärke der im Randgebiet des Reaktorkerns liegenden Brennelemente jedoch geringer ist als die der im Inneren des Reaktorkerns liegenden Brennelemente.
Es ist auch möglich, beide vorgenannten Maßnahmen zu kombinieren, so daß in Richtung der Reaktorkernaußenbezirke die Hüllenwandstärke der einzelnen Brennelemente kleiner und deren Spaltstoffumfang größer wird.
Es ist zu beachten, daß der Querschnitt der Hüllrohre nicht notwendigerweise rund sein muß. Das Hüllrohr kann von Polygonform oder Prismenform sein. Im letztgenannten Fall ist das Spaltmaterial im Querschnitt plattenförmig. Der Reaktorkern selbst kann im Querschnitt kreisförmig oder auch von der Form eines regelmäßigen Vieleckes sein.
Ferner ist zu bemerken, daß der Erfindungsvorschlag auch mit den eingangs erörterten bekannten Maßnahmen zur Beeinflussung der örtlichen spezifischen Wärmeproduktion gekoppelt werden kann.
Die Erfindung ist in mehreren Ausführungsbeispielen in den nachfolgend erläuterten Figuren dargestellt.
F i g. 1 zeigt einen im Querschnitt kreisförmigen Reaktorkern, dessen Brennstoffelemente die Querschnittsebene senkrecht durchsetzen. Um hier den Abfall der Neutronenflußdichte in der Querschnittsebene in Richtung zur Behälterwandung 1 des Kernreaktors ganz oder teilweise zu kompensieren, können hier bei gleichem Spaltstoffumfang die innen liegenden Brennstäbe 3 eine größere Hüllenwandstärke haben als die im Randgebiet liegenden Brennstäbe 2.
F i g. 2 zeigt die umgekehrte Möglichkeit. Hier haben die die Ouerschnittsebene durchsetzenden Brennstäbe gleiche Hüllenwandstärke, dagegen nimmt die lichte Weite der Hüllrohre und damit der Spaltstoffumfang in Richtung zur Reaktorbehälterwand hin zu.
In F i g. 3 sind die auf Grund von F i g. 1 und F i g. 2 erläuterten Verfahren kombiniert. Die im Innenbereich des Reaktorkerns angeordneten Brennstäbe 3 haben Hüllrohre großer Wandstärke und kleiner lichter Weite, die im Randgebiet des Reaktorkerns angeordneten Brennstäbe 2 haben jedoch Hüllrohre kleiner Wandstärke und großer lichter Weite.

Claims

Patentansprüche: 1. Heterogener Kernreaktor mit stabförmigen Brennelementen, die aus in Hüllen eingeschlossenem Spaltstoff bestehen und so ausgebildet sind, daß in einem die Längsachse des Brennstabes durchsetzenden Schnitt die Hüllenwandstärke und/oder der senkrecht zur Längsachse sich erstreckende Spaltstoffumfang in verschiedenen Höhen der Längsachse unterschiedlich ist, d a -durch gekennzeichnet, daß in einer von den Brennstäben senkrecht durchsetzten Querschnittsebene des Reaktorkernes die verschieden weit von der Reaktoikernmitte angeordneten Brennelemente untereinander unterschiedliche Hüllenwandstärke und/oder unterschiedlichen Spaltstoffumfang aufweisen.
2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Reaktorkernmitte liegenden. Brennstäbe einen geringeren Spaltstoffumfang und/oder eine größere Hüllenwandstärke als die im Randgebiet des Reaktorkerns liegenden Brennstäbe aufweisen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 10$2 991; xNucleonics«, Vol 12, Nr.9, September 1954, S. 42 bis 45.