DE1221373B

DE1221373B - Einrichtung zum Regeln von Kernreaktoren

Info

Publication number: DE1221373B
Application number: DEB69903A
Authority: DE
Inventors: Milton Carl Edlund; Donald Carroll Schluderberg
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 1961-12-08
Filing date: 1962-12-07
Publication date: 1966-07-21
Also published as: CH408224A; BE625856A; GB1031158A; US3247072A; NL286447A; ES283196A1

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

G21d

Deutsche KL: 21g-21/31

Nummer: 1 221373

Aktenzeichen: B 69903 VIII c/21 g

Anmeldetag: 7. Dezember 1962

Auslegetag: 21. Juli 1966

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Regeln von Kernreaktoren, die aus einem gesonderten, durch den Reaktorkern führenden Kreislauf besteht, in dem ein aus nicht mischbaren Komponenten bestehendes wasserstoffhaltiges Mehrstoffsystem strömt, dessen Wasserstoffgehalt durch Verändern des Mengenverhältnisses der Komponenten geändert wird.

Derartige Einrichtungen sind bekannt. Sie haben aber den Nachteil, daß sie offensichtlich nicht imstände sind, den Druck im Moderatorkreislauf während der ganzen Lebensdauer des Reaktors konstant zu halten. Deshalb besteht das Mehrstoffsystem der eingangs genannten Einrichtung erfindungsgemäß aus einer Mischung eines wasserstoffhaltigen Dampfes mit einem oder mehreren Gasen.

Es ist vorteilhaft, daß die Mischung aus Wasserdampf einerseits und Helium oder Kohlendioxyd andererseits besteht. Durch Änderung der Zusammensetzung des Gemisches kann die H₂-Konzentration variiert werden, ohne daß der Gesamtdruck im Kreislauf geändert wird. Hierin liegt ein wesentlicher Unterschied gegenüber dem bereits bekannten Verfahren zur Änderung der H₂-Konzentration im Moderatormedium.

Die Abbildung zeigt eine schematische Darstellung des Reaktors und der konstruktiven Einrichtung zur Durchführung des Regelverfahrens. Der Reaktorkern 1 befindet sich in dem Reaktordruckbehälter 2, welcher in einen Kühlraum und Moderatorraum unterteilt ist. Der Kühlraum ist der durch die Rohre 3 sowie die außerhalb der Rohrplatten 4 und 5 befindlichen Räume 6 und 7 gebildete Raum, welcher über die Leitungen 8 und 9 in Verbindung mit einer Pumpe 10 in bekannter Weise an einen Wärmeaustauscher 11 des Primärkühlkreislaufes angeschlossen ist, welcher die Wärme zur Nutzbarmachung weitergibt. Der Moderatorraum besteht aus dem zwischen den Rohrplatten 4 und 5 die Rohre 3 von außen umgebenden Raum. Der Kernbrennstoff selbst ist innerhalb der Rohre 3 angeordnet.

Der Moderatorraum ist über die Ein- und Austrittsleitungen 12 und 13 unter Zwischenschaltung einer Pumpe 14 vom Moderatormedium beaufschlagt. Es ist ein weiterer Wärmeaustauscher 15 vorgesehen. Er dient in bekannter Weise zur Abfuhr der Wärme des Moderatormediums, so daß man Temperatur und Druck des Mediums bei bestimmter Leistung des Reaktors konstant halten kann. Das Moderatormedium selbst bzw. das entsprechende Gemisch aus Dampf und Gas wird durch die Leitung 16 zugeführt, in welcher eine entsprechende Einrichtung zum Regeln von Kernreaktoren

Anmelder:

The Babcock & Wilcox Company,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. Dr. E. Karstedt, Patentanwalt,

Oberhausen, Lipperheidstr. 30

Als Erfinder benannt:
Milton Carl Edlund,
Donald Carroll Schluderberg,
Lynchburg, Va. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 8. Dezember 1961
(158 022)

Mengenmeßvorrichtung 17 angeordnet ist, und gelangt über die Pumpe 14 in den Reaktordruckbehälter 2. Ferner ist in dem Moderatorkreislauf eine Auslaßleitung 18 mit einer entsprechenden Mengenmeßvorrichtung 19 von der Austrittsleitung 13 abgezweigt.

Die Mengenmeßvorrichtungen 17 und 19 müssen eine genaue Mengenzuteilung ermöglichen zum Moderatorkreislauf zwecks regelbarer Variierung der Konzentration des Moderatormittels im Moderatorraum.

Als Primärkühlmittel kann ein beliebiges Medium verwendet werden, z. B. Gas, Dampf, schweres Wasser, flüssiges Metall oder ähnliche Medien. Für das Moderatormittel eignet sich jeder beliebige wasserstoffhaltige Dampf, dem das entsprechende Inertgas beigemischt werden kann. Dieser Dampf wird bei etwa 370° C und 224 atü in den Moderatorraum des Reaktors eingeführt. Dampf mit diesen Kennwerten hat eine genügende Konzentration von Wasserstoffatomen, um die eingangs erwähnte Neutronenmoderation zu ermöglichen.

Als Gase in dem Gemisch kommen in Frage: Helium oder CO₂. Beim Anfahren des Reaktors würde der Partialdruck des Dampfes im Moderatorkreislauf beispielsweise in der Größenordnung von 126 atü liegen und der entsprechende Partialdruck

609 590/309

des Inertgases bei 105 atü, was einem Gesamtdruck von 231 atü entspricht. Man kann den Moderatoreffekt entsprechend variieren unter Einhaltung eines konstanten Gesamtdruckes, z. B. durch Vergrößerung des Partialdruckes des Dampfes bei entsprechender Absenkung des Partialdruckes des Inertgases. Zur Not- oder Sicherheitsabschaltung des Reaktors durch Absenkung des Druckes im Moderatorkreislauf über ein Sicherheitsventil 20 in der Auslaßleitung 18 ist es erforderlich, daß der Moderator unter allen Betriebsbedingungen dampfförmig bleibt.

Beim Anfahren werden zunächst der Reaktor und die mit diesem verbundenen Moderator- und Kühlmittelkreisläufe auf Betriebstemperatur gebracht durch Zufuhr von Wärme von einer entsprechenden, in der Abbildung nicht gezeigten Fremdquelle. Der Umlauf des Kühlmittels und der Moderatormischung erfolgt mittels der Pumpen 10 und 14. Wenn der Reaktor seine Betriebstemperatur erreicht hat, wird über die Mengenmeßvorrichtung 17 durch die Eintrittsleitung 12 zusätzücher Moderatordampf in den Moderatorkreislauf eingeführt, wodurch die Dampfdichte des Moderatormediums innerhalb des Reaktorkernes vergrößert wird. Dies hat eine vergrößerte Neutronenmoderation zur Folge bis zu dem Punkt, in dem der kritische Zustand des Reaktors erreicht ist. Kühlmittel wird sodann dem Kühlkreislauf in entsprechenden Mengen zugeführt, um den gewünschten Druckunterschied zwischen Moderator und Kühlkreislauf einzuhalten. Wenn dieser Zustand erreicht ist, wird die äußere Fremdwärmequelle nicht weiter benötigt. Nach den Betriebserfordernissen wird dann weiter Dampf bzw. Gemisch von Dampf und Inertgas dem Moderatorkreislauf zugeführt, wodurch die Dampfdichte, die Neutronenmoderation und die Leistung des Reaktors erhöht werden. Der Wärmeaustauscher 11 im Primärkreislauf beginnt dann nach und nach mit der Abführung der im Reaktor erzeugten Wärme zur Nutzbarmachung in der angedeuteten Art und Weise.

Vorteilhaft ist eine Kombination des beschriebenen Regelverfahrens mittels Moderatordampfes mit einem üblichen Moderator aus Graphit oder einem ähnlichen Material. Eine derartige Anordnung würde einem graphitmoderierten, gasgekühlten Reaktor entsprechen, wie er zum Stand der Technik gehört, bei dem der Graphitmoderator die Grundmoderierung übernimmt, ohne dabei den Reaktorkern in kritischen Zustand zu bringen. Die Endregelung der Moderierung des Reaktors erfolgt dann durch den wasserstoffhaltigen Moderatordampf. Auf diese Weise ist gleichfalls eine variable Regelung möglich sowie die Abschaltung der Kettenreaktion durch Veränderung der Dichte des Moderatordampfes.

Die vorliegende Erfindung kann auch mit Vorteil beim Betrieb und der Regelung von schnellen Reaktoren verwendet werden. Hierbei hat der Reaktor einen zentralen Kernbereich, in welchem Spaltreaktionen stattfinden durch die beim Spaltvorgang erzeugten schnellen Neutronen. Ein solcher Schnellreaktorbereich ist von einem thermischen Mantel umgeben, welcher seinerseits von einem Neutronenreflektor umgeben ist. Während der Schnellreaktorbereich keine Neutronenmoderation benötigt, wird er durch die Variierung der Neutronenmoderation innerhalb des Bereiches des thermischen Mantels geregelt. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß die Menge der in den SchneUreaktorbereich reflektierten Neutronen bestimmt wird durch die Anzahl der Neutronen, die durch Moderierung in dem thermischen Bereich verlangsamt werden und

ίο thermische Spaltreaktionen eingehen. Ein derartiges Verfahren der Neutronenmoderation gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Schnellreaktor ermöglicht eine höhere Neutronenausbeute zur Nutzbarmachung, als dies mit den anderen Moderierungsverfahren möglich ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Regeln von Kernreaktoren, die aus einem gesonderten, durch den Reaktorkern führenden Kreislauf besteht, in dem ein aus nicht mischbaren Komponenten bestehendes wasserstoffhaltiges Mehrstoffsystem strömt, dessen Wasserstoffgehalt durch Verändern des Mengenverhältnisses der Komponenten geändert wird?

dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrstoff system aus einer Mischung eines wasserstoffhaltigen Dampfes mit einem oder mehreren Gasen besteht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus Wasserdampf einerseits und Helium oder Kohlendioxyd andererseits besteht.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in bekannter Weise ein Wärmeaustauscher (15) im Moderatorkreislauf vorgesehen ist zur Abfuhr der Wärme der Moderatormischung.

4. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Notabschaltung im Moderatorkreislauf ein Ablaßventil (20) in der Auslaßleitung (18) vorgesehen ist.

5. Verfahren zum Regeln mit einer Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Moderatorkreislauf beim Ändern der Stoffzusammensetzung konstant gehalten wird.

6. Anwendung der Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 und des Verfahrens nach Anspruch 3 zur Regelung von schnellen Kernreaktoren.

7. Kernreaktor mit einem Graphitmoderatorblock und einer Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Graphitmoderator die Grundmoderierung, bei der der Kernreaktor noch nicht kritisch ist, bewirkt und daß das Mehrstoffsystem die Endmoderierung übernimmt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1020 417;
französische Patentschriften Nr. 1158 320,
248 538.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen