DE1191499B

DE1191499B - Atomic nuclear reactor with fissile material particles that can be swirled up by a controllable coolant flow

Info

Publication number: DE1191499B
Application number: DES66381A
Authority: DE
Inventors: Dr Techn Hermann Dusek; Manhattan Beach; Dr Phil Paul Kuttner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1959-12-22
Filing date: 1959-12-22
Publication date: 1965-04-22

Description

Atomkernreaktor mit durch eine regelbare Kühlmittelströmung aufwirbelbaren Spaltstoffpartikeln Die Erfindung bezieht sich auf einen Atomkernreaktor mit durch eine regelbare Kühlmittelströmung innerhalb eines Reaktorgefäßes aufwirbelbaren und innerhalb desselben verbleibenden Spaltstoffpartikeln, die sich im abgeschalteten Zustand des Reaktors auf einem Siebboden ablagern.Atomic nuclear reactor with a controllable coolant flow that can be swirled up Fissile material particles The invention relates to an atomic nuclear reactor with through a controllable coolant flow can be fluidized within a reactor vessel and within the same remaining fissile material particles, which are in the switched off Store the condition of the reactor on a sieve tray.

Es ist eine heterogene Atomkernreaktoranordnung bekannt, bei welcher der Spaltstoff im Ruhezustand des Reaktors in Form regelmäßiger oder unregelmäßiger Teile auf dem perforierten trichterförmigen Boden des Reaktorkessels liegt. Durch die Kühlmittelströmung werden diese Spaltstoffpartikeln aufgewirbelt, so daß erst durch die hierbei entstehende Verteilung zwischen dem Spaltstoff und dem auch als Moderator wirkenden Kühlmittel der kritische Zustand des Reaktors erreicht wird. Da der siebartige Boden trichterförmig gestaltet ist, sammeln sich bei Stillegung der Moderatorzirkulation die Brennstoffpartikeln in der Zentralzone an, was speziell bei angereichertem Brennstoff aus Sicherheitsgründen zu vermeiden ist.A heterogeneous atomic nuclear reactor arrangement is known in which the fissile material in the idle state of the reactor in the form of regular or irregular Parts lies on the perforated funnel-shaped bottom of the reactor vessel. By the coolant flow, these fissile material particles are whirled up, so that only by the resulting distribution between the fissile material and the also as Moderator acting coolant the critical state of the reactor is reached. Since the sieve-like bottom is funnel-shaped, collect when it is closed of the moderator circulation the fuel particles in the central zone, which is special is to be avoided with enriched fuel for safety reasons.

Es sind weiterhin Atomkernreaktoren mit einem ebenen Siebboden bekanntgeworden. Durch diesen wird wohl eine etwas gleichmäßigere Ablage der Spaltstoffpartikeln ermöglicht, jedoch ist auch hier nicht die vollkommene Gewähr zur Vermeidung kritischer Ansammlungen gegeben, da Störungen in der Ablagerung z. B. durch Fehler in der Kühlmittelzuführung nicht mit Sicherheit vermieden werden können.Nuclear reactors with a flat sieve bottom have also become known. This will probably result in a somewhat more even deposit of the fissile material particles enabled, but here, too, the complete guarantee of avoidance is more critical Given accumulations, since faults in the deposit z. B. due to errors in the coolant supply cannot be avoided with certainty.

Weiterhin ist zur Durchwirbelung des gesamten Reaktorvolumens mit Spaltstoffpartikeln eine verhältnismäßig große Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels erforderlich, ganz abgesehen davon, daß es schwierig ist, eine statistisch gleichmäßige Verteilung des Spaltstoffs zu erreichen, was natürlich auch seine Auswirkungen auf die Ablagerung hat. Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Nachteile bei dem eingangs genannten Atomkernreaktor dadurch, daß erfindungsgemäß der Siebboden die Form eines aufrecht stehenden, geraden Kreiskegelmantels aufweist. Dadurch wird beim Abschalten des Reaktors eine ringförmige Ausbildung der Spaltstoffansammlung auf dem Siebboden erzwungen und auf diese Weise eine kritische Ansammlung mit Sicherheit vermieden. In der gleichen Richtung wirkt die weiterhin vorgeschlagene Anordnung mehrerer derartiger Siebböden in Etagen übereinander sowie die Anordnung radialer Zwischenwände bzw. koaxialer Zylinder innerhalb des Reaktorgefäßes.It is also used to swirl the entire reactor volume Fissile material particles have a relatively high flow rate of the coolant required, quite apart from the fact that it is difficult to obtain a statistically uniform To achieve distribution of the fissile material, which of course also its effects the deposit has. The present invention avoids these disadvantages in the Atomic nuclear reactor mentioned at the outset, characterized in that, according to the invention, the sieve tray the Has the shape of an upright, straight circular cone jacket. This will when the reactor is switched off, an annular formation of the accumulation of fissile material Forced on the sieve bottom and in this way a critical accumulation with certainty avoided. The arrangement also proposed acts in the same direction several such sieve trays in floors one above the other and the arrangement of radial Partition walls or coaxial cylinder within the reactor vessel.

Die F i g. 1 bis 5 erläutern das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung, wobei F i g. 1 die bisher bekannte Ausführungsform eines derartigen Reaktortyps schematisch darstellt. Darin ist der Reaktorkessel mit 2, der trichterförmige Siebboden mit 3 und die darauf befindlichen Spaltstoffpartikeln mit 4 bezeichnet. Am oberen Ende des Reaktorkessels befindet sich eine siebartige Sperre 7, damit nicht Spaltstoffpartikeln aus dem Reaktorkessel herausgespült werden können. Aus dieser Skizze ist deutlich ersichtlich, daß im Ruhezustand eine Zusammenballung von Spaltstoffpartikeln in der Mitte des Siebbodens stattfindet.The F i g. 1 to 5 explain the basic principle of the present invention, FIG. 1 schematically shows the previously known embodiment of such a reactor type. The reactor vessel is denoted by 2, the funnel-shaped sieve bottom is denoted by 3 and the fissile material particles located on it are denoted by 4. At the upper end of the reactor vessel there is a sieve-like barrier 7 so that no fissile material particles can be flushed out of the reactor vessel. From this sketch it can be clearly seen that in the resting state there is an agglomeration of fissile material particles in the middle of the sieve bottom.

Die weiteren F i g. 2 bis 5 stellen verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Bei diesen wird eine Konzentration des Spaltstoffmaterials in der Mitte vermieden, so daß sich der Sicherheitsgrad des Reaktors erhöht. In F i g. 2 weist der Reaktorkessel 2 nicht mehr einen trichterförmigen, sondern einen kegelförmigen siebartigen Boden auf. Bei Stillstand der Moderatorzirkulation rollen dadurch die Brennstoffpartikeln auseinander und bilden eine ringförmig verteilte Anordnung. Diese verbürgt dann - speziell bei Verwendung von angereicherten Brennstoffen - eine größere Sicherheit als eine gehäufte Lagerung. Durch die Anordnung der Löcher in diesem siebartigen Boden kann außerdem die Kühlmittelströmung innerhalb des Reaktorkessels beeinfiußt werden. Da die Spaltstoffteilchen während des Betriebes über den gesamten Reaktorraum aufgewirbelt werden müssen, ist eine erhebliche Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels erforderlich. Diese hohe Strömungsgeschwindigkeit kann durch die Anordnung gemäß der Erfindung in F i g. 3, in welcher mehrere siebbodenartige Trennwände etagenartig übereinander angeordnet sind, vermieden werden. In jeder Etage befindet sich ein Teil des benötigten Spaltstoffmaterials, das sich im Ruhezustand ähnlich wie in F i g. 2 in den Randzonen der Siebböden ablagert und damit unerwünscht hohe Spaltstoffansammlungen noch weiter vermindert. Gleichzeitig müssen die einzelnen Spaltstoffpartikeln während des Betriebes nur um einen Teil der Kesselhöhe aufgewirbelt werden. Dies bedeutet, daß die Kühlmittelströmung und damit die Pumpleistung wesentlich geringer gehalten werden kann.The other F i g. 2 to 5 illustrate different exemplary embodiments of the present invention. In these, a concentration of the fissile material in the middle is avoided, so that the degree of safety of the reactor is increased. In Fig. 2, the reactor vessel 2 no longer has a funnel-shaped but rather a conical, sieve-shaped bottom. When the moderator circulation comes to a standstill, the fuel particles roll apart and form a ring-shaped arrangement. This then guarantees - especially when using enriched fuels - greater security than accumulated storage. By arranging the holes in this sieve-like base, the coolant flow within the reactor vessel can also be influenced. Since the fissile material particles have to be whirled up over the entire reactor space during operation, a considerable flow rate of the coolant is required. This high flow rate can be achieved by the arrangement according to the invention in FIG. 3, in which a plurality of sieve bottom-like partition walls are arranged in layers one above the other, can be avoided. On each floor there is a part of the required fissile material, which is similar to that in FIG. 2 is deposited in the edge zones of the sieve trays, thus further reducing undesirably high levels of fissile material. At the same time, the individual fissile material particles only have to be whirled up by part of the boiler height during operation. This means that the coolant flow and thus the pump power can be kept significantly lower.

F i g. 4 zeigt in Ergänzung zu F i g. 2 eine Anordnung gemäß der Erfindung, in welcher zusätzlich koaxiale Trennwände 5 im Reaktorkessel eingebaut sind.F i g. 4 shows in addition to FIG. 2 shows an arrangement according to the invention, in which additional coaxial partitions 5 are installed in the reactor vessel.

In ähnlicher Weise kann in Weiterbildung der Erfindung eine Anordnung gemäß F i g. 5 vorteilhaft sein, in der radiale Trennwände 6 vorgesehen sind. Durch die Unterteilung des Reaktors in mehrere radiale und/oder koaxiale Zonen kann in jeder Zone für sich der Brennstoff nachgefüllt bzw. ausgetauscht werden, so daß damit die Möglichkeit einer genau kontrollierbaren Beschickung gegeben ist.In a similar way, in a further development of the invention, an arrangement according to FIG. 5 be advantageous in the radial partition walls 6 are provided. By dividing the reactor into several radial and / or coaxial zones, the fuel can be refilled or exchanged individually in each zone , so that the possibility of precisely controllable charging is given.

Die Beschickung selbst kann nach den üblichen Methoden erfolgen, jedoch kann auch eine von außen steuerbare vertikale oder radiale Bewegung der siebartigen Böden oder Wände für diesen Zweck vorgesehen werden.The charging itself can be done by the usual methods, however can also be an externally controllable vertical or radial movement of the sieve-like Floors or walls can be provided for this purpose.

Diese verschiedenartigen Trennwände können außerdem vorteilhaft ganz oder teilweise mit Hohlräumen versehen werden, um geeignete Stoffe zur Regelung des Atomreaktors hindurchzupumpen.These various partition walls can also be advantageous throughout or partially provided with cavities in order to regulate suitable substances of the nuclear reactor to pump through.

Gegenüber der bekannten Anordnung nach F i g. 1 ist es weiterhin möglich, die Kühlmittelströmung in verschiedenen Zonen des Reaktors durch nicht gezeichnete Mittel verschieden stark zu halten und damit eine günstige Verteilung der Brennstoffpartikeln und somit eine gewünschte Flußverteilung zu erzielen.Compared to the known arrangement according to FIG. 1 it is still possible the coolant flow in different zones of the reactor through not shown To keep funds differently strong and thus a favorable distribution of the fuel particles and thus to achieve a desired flow distribution.

Selbstverständlich sind auch noch andere Ausführungsformen des Erfindungsgedankens denkbar, insbesondere können auch Kombinationen verschiedener Aufteilungsprinzipien zweckmäßig sein.Of course, other embodiments of the inventive concept are also possible conceivable, in particular combinations of different distribution principles can also be used be appropriate.

Claims

Claims: 1. Atomic nuclear reactor with a coolant flow that can be regulated fluidizable within a reactor vessel and remaining within the same Fissile material particles that are located on a sieve tray when the reactor is switched off deposit, so that the sieve bottom takes the form having an upright, straight circular cone jacket.

2. Nuclear reactor according to claim 1, characterized in that there are additional, one on top of the other in floors Sieve trays of the same type are provided.

3. Atomic nuclear reactor according to the claims 1 and 2, characterized in that to even out the deposition of fissile material several radial partitions are provided within the reactor vessel.

4. Nuclear reactor according to claims 1 to 3, characterized in that to make the Fissile material deposit partitions in the form of coaxial cylinders within the Reactor vessels are provided.

5. Atomic nuclear reactor according to claims 3 and 4, characterized in that at least a part of these walls with cavities for Admission of control substances is provided.

6. Atomic nuclear reactor according to the claims 1 to 5, characterized in that to even out the deposition of fissile material coaxial partitions and / or radially in front of the longitudinal axis of the vessel outwards to the vessel wall there are extending partitions. Considered publications: German Auslegeschrift No. 1026 452; British Patent Nos. 792113,749 064; "Atompraxis", 1959, issue 12, pp. 502/503; Mechanical Engineering, 1958, issue 12, p. 80.