DE1225778B - Mit Natrium gekuehlter Kernreaktor - Google Patents

Mit Natrium gekuehlter Kernreaktor

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DE1225778B
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    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Description

  • Mit Natrium gekühlter Kernreaktor Die Erfindung bezieht sich auf einen Kernreaktor mit einem Reaktorgefäß, welches Natrium als Kühlmittel enthält, mit Abschirmvorrichtungen, die oben auf dem genannten Gefäß angeordnet sind, mit Vorrichtungen, die das Reaktorgefäß gegen die Abschirinvorrichtungen abdichten, mit einem Kerntank, einem in dem Tank angeordneten, nicht überzogenen Graphitmoderator, mit Vorrichtungen, die eine Vielzahl von Reaktionsrohren aufweisen, die den Tank durchqueren, um das Graphit von dem Natrium zu isolieren, mit Brennstoffelementen, die in den Reaktionsrohren angeordnet sind, wobei der Kerntank im Abstand von den Wänden und dem Boden des Reaktorgefäßes und unterhalb des Natriumspiegels ge- lagert ist, mit Neutronenabschinnvorrichtungen, die angrenzend an den Kerntank zwischen diesem und den Wänden des Gefäßes angeordnet sind und die einen an die Innenwand des Reaktionsgefäßes angrenzenden ringförmigen Raum begrenzen, mit Einströmfüllvorrichtungen unterhalb des Kerntanks zur Schaffung eines Durchgangs zwischen dem ringförmigen Raum und den Reaktionsrohren und mit Wärmeaustauschvorrichtungen, die von der erstgenannten Abschirmvorrichtung abnehmbar sind.
  • Kernreaktoren dieser Art sind bekannt (vgl. »Atomics«, Januar 1957, S. 7), wobei als Kühknedium flüssiges Natrium verwendet wird, das nach oben durch den Kerntank und von dort über Abschirmvorrichtungen nach unten durch den ringförmigen Raum zwischen den Abschirmvorrichtungen und dem Reaktorgefäß in Umlauf gesetzt wird. Dabei durchströmt das Kühlmedium in dem ringförmigen Raum angeordnete Wärmetauschervorrichtungen.
  • Es ist auch bekannt (vgl. »Atomics«, Januar 1957, S. 7), den Umlauf des Natriums durch elektromagnetische Pumpen zu bewirken, die innerhalb des Reaktorgefäßes angeordnet sind. Diese Pumpen befinden sich bei einem bekannten Kernreaktor zwischen den Wärmeaustauschern und dem Einströmfüllraum des Kerntanks.
  • Diese Art des Kühlmittelumlaufs und insbesondere die Anordnung der elektromagnetischen Pumpen innerhalb des Reaktorgefäßes hat den Nachteil, daß die Pumpen dem heißen, flüssigen Natrium ausgesetzt sind. Auch die Anordnung der Pumpen zwischen den Wärineaustauschern und den Einströmfüllöffnungen des Kerntanks ergibt keine wesentlichen Vorteile, da die Pumpen zwar dem kältesten Teil des umlaufenden Natriums ausgesetzt sind, jedoch bei Reparaturarbeiten schlecht zugänglich sind. Beim Auswechseln der Pumpen muß ein entsprechender Zugang zu dem ringförmigen Raum zwischen Ab- schirmvorrichtungen des Kerntanks und Reaktorge-fäß geschaffen werden, wobei das diesen Raum fül- lende Natrium äußerst hinderlich ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kernreaktor zu schaffen ' der durch die Art des Kühlmittelumlaufs und die Anordnung der den Umlauf bewirkenden Teile und Vorrichtungen die erwähnten Nachteile vermeidet.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch Vorrichtungen gelöst, um das Natrium über die Neutronenabschirmvorrichtungen nach unten durch den Wärmeaustauscher, quer durch den Einströmfüllraum und nach oben durch die Reaktionsrohre in Umlauf zu setzen, wobei diese Umwälzvorrichtungen elektromagnetische Pumpen aufweisen, die außerhalb des Gefäßes auf der Gefäßwand und zwischen dem Wärmeaustauscher und den Einströmfüllvorrichtungen gelagert sind.
  • Der Kernreaktor nach der Erfindung umfaßt einen Kerntank, in dem sich der Graphitmoderator innerhalb eines nichtrostenden Stahlgefäßes befindet. Die Reaktionsrohre, welche die Brennelementkanäle bilden, verlaufen durch dichtgepackte, hexagonale Graphitblöcke oder -balken und sind an das obere und untere Ende des Kerntanks geschweißt. Unterschiedliche Wärmeausdehnung der Reaktionsrohre ist mittels Balgelementen an dem oberen Teil jedes Rohres berücksichtigt. Diese Konstruktion vermeidet die Verwendung von einzeln gekapselten Moderatorelementen und führt zuverbesserter Neutronenökonomie und niedrigeren Herstellungskosten.
  • Nach der Erfindung wird das Natrium nach oben durch die Reaktionsrohre in einen oberen Natriumanfüllraum gepumpt. Natrium von dem oberen Anfüllraum überströmt ein Prall- oder Leitblech nach unten durch einen Wärmeaustauscher, der sich in einem ringförmigen Raum um Neutronenabschirmvorrichtungen innerhalb des Reaktionsgefäßes befindet. Das Natrium gelangt quer durch einen Eintrittsfüllraum unter dem Kerntank mittels elektromagnetischer Pumpen zurück. Somit ist das gesamte Natriumsystem auf das Reaktorgefäß beschränkt, wodurch sich Rohrleitungen und Durchführungen erübrigen. Dadurch werden auch Beanspruchungen erzeugende Düsen, Rohrleitungen, Ventile und ein besonderes Wärmeaustauschergehäuse vermieden. Die Wartung wird beträchtlich erleichtert. Der einzige Teil der Umwälzanlage für das Natrium, der in Berührung mit dem Kühlmittel steht, ist der Wärmeaustauscher. Die Zuverlässigkeit dieses Bauelementes wird durch seine Konstruktion, welche die Eigenschaft niedriger Beanspruchung hat, und die Tatsache unterstützt, daß eineEntfernungfürReparaturzwecke vorgenoinmenwerden kann, ohne dieNatrium-Rohrverbindungsstücke abnehmen zu müssen. Der Ausbau oder das Auswechseln der elektromagnetischen Pumpen ist sehr einfach, da sie außerhalb des Reaktorgefäßes angeordnet sind.
  • Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung beispjelsweise näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine Ausführungsform eines Kernreaktors nach der Erfindung, F i g. 2 einen teilweise im Schnitt dargestellten Grundriß des Kernreaktors, Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Wärmeaustauscher, F i g. 4 einen Schnitt durch die F i g. 3, Fig. 5 eine Seitenansicht des oberen Teiles der F i g. 4, Fig. 6 eine Seitenansicht des unteren Teiles der F i g. 4.
  • Die bevorzugte Ausführungsform derErfindung ist in Fig. 1 dargestellt und umfaßt einen Behälter10, der das Reaktorgefäß 12 umschließt. Vorrichtungen, die das Reaktorgefäß 12 gegen die Abschirmvorrichtungen 68 abdichten, umfassen Balgdichtungen 14 und 32, um eine Stickstoffatmosphäre aufrechtzuerhalten und Wärmeausdehnungen des Reaktorgefäßes aufnehmen zu können. Zwischen dem Behälter 10 und den Abschirmvorrichtungen 68 befindet sich ein Hohlraumfutter15. Ballasttanks (nicht gezeigt) sind in dem Raum 17 zwischen dem Reaktorgefäß 12 und dem Behälter 10 angeordnet. Falls in dem Reaktorgefäß 12 Leckstellen auftreten, wird das Natrium von dem Behälter 10 auf dem Niveau gehalten, das erforderlich ist, um natürliche Zirkulation zur Beseitigung von Nachglühwärme zu gewährleisten. Die aus Kohlenstoffstahl bestehenden Ballasttanks sind mit Ballast in Form von Steinen gefüllt und abgedichtet.
  • Ein Isolierfuß 16 umgibt die Wandungen des Behälters 10 und ist an diesem befestigt. Die in der Betonabschirmung 18 entstehende Wärme sowie irgendwelche durch die Isolierung geleitete Wärme wird von in den Beton eingebetteten Kühlschlangen 20 abgeleitet. Ein 0,508 mm dickes Kadmiumblech kleidet die Innenfläche der Betonabschirmung aus und dient zur Verminderung der Rückstreuung von in der Betonabschirmung thermalisierten Neutronen.
  • Eine Tragkonstruktion 22 ist für den Behälter 10 vorhanden, der das Reaktorgefäß 12 und den Keintank 19 trägt. Diese Tragkonstruktion besteht aus einer Anzahl Baustahlträger 24 (F i g. 2) mit 40,64 cm breitem Flansch, die in radialer Struktur unterhalb des Gefäßes 19 angeordnet sind. Senkrechte Schlitze 26, die in die Träger geschnitten sind, ermöglichen unterschiedliche Ausdehnung zwischen der Betonabschirmung und dem Behälter 10.
  • Das aus nichtrostendem Stahl bestehende Reaktorgefäß 12 enthält den Kerntank 19, die Neutronenabschirmvorrichtungen 28, den Wärmeaustauscher 29 und die Umwälzvorrichtung, die elektromagnetische Pumpen 30 aufweist.
  • An der oberen Seite dichtet-wie oben erwähntein Balg 32 das Reaktorgefäß 12 gegen die Abschirmvorrichtungen 68 und das Hohlraumfutter 15 ab, um zu verhindern, daß Natriumdampf und die Stickstoffatmosphäre entweichen. Er ermöglicht auch Wärmeausdehnung und -zusamrnenziehung des Reaktorgefäßes. Als Tragstützen für die neun elektromagnetischen Pumpen 30, die außerhalb des Reaktorgefäßes 12 auf der Gefäßwand gelagert sind, sind nichtrostende Stahlrahmen 34 vorgesehen, die an die Wandungen des Reaktorgefäßes geschweißt sind. Diese Tragstützen dienen auch als Führungen, so daß die Pumpen auf dem Reaktorbodenniveau installiert oder demontiert werden können. Die Einströmfüllvorrichtungen umfassen einen Füllraum 35, direkt unter jeder Pumpe, und Einströmrohre 36. Neun Ausströmdüsen aus nichtrostendem Stahl mit einem Durchmesser von 30,48 cm richten Natriumströmung von dem Füllraum 35 nach unten durch den Wärineaustauscher 29, durch das Einströmrohr»36 quer durch den Einströmfüllraurn 38 unter dem Kerntank 19 und nach oben durch die Reaktionsrohre.
  • Die Neutronenabschirmvorrichtungen 28 liegen angrenzend an den Kerntank 19 zwischen diesem und den Wänden des Reaktorgefäßes 12. Neun Schlitze 31 in dem Boden der Neutronenabschirmvorrichtungen 28 bilden einen Durchgang für die Einströmrohre 36 zu dem Einströmfüllraum 38. Der Boden des Reaktorgefäßes ist 19,05 mrn dick, und der obere Teil besteht aus 1,575 rnrn starkem Material, um unterschiedliche Ausdehnung zwischen der Innenwand und der Außenwand zuzulassen. Die Neutronenabschirmvorrichtungen 28 bestehen aus nichtrostendem Stahl und stellen eine insgesamt geschweißte Konstruktion dar. Diese Konstruktion istgefüllt mit 25,4 cm starkem Kohlenstoffstahl 39, worauf eine 21,59 cm starke Titanhydridmasse 40 und 19,05 mm starker Borstahl 41, der 1 % Bor enthält, folgen. Die verbleibenden Hohlräume 42 werden mit Natrium gefüllt, um Wärme an die Wandungen zu übertragen. Der Kohlenstoffstahl 39 in den Neutronenabschirmvorrichtungen dient zur Dämpfung von Neutronen mit größerer Energie als 1 MeV durch elastische Streuung und zur Absorption von thermischeu Neutronen von dem Kern und dem Reflektor. Die Titanhydridmasse 40 wird zum Moderieren von epithermischen Neutronen benutzt, und der Bohrstahl 41 absorbiert Neutronen, die von dem Titanhydrid thermalisiert sind.
  • Der Kerntank 19, der den Graphitmoderator 44 und Graphitreffektorblöcke 46 enthält, hat einen Durchmesser von 5,03 m und ist 5,79 m hoch. Der schalenförmige obere Kopf 48 und die Mantelwandungen des Kerntanks sind 19,5 mm dick, und der untere Kopf 50 ist 25,4 mm dick. Jeder Kopf enthält 187 Düsen auf einer 25,4-cm-Dreieckverteilung. Eine zusätzliche Düse 49 für eine Entlüftungs- und Auspumpleitung 62 befindet sich in dem oberen Kopf. Der Kerntank 19, der Einströmfüllraum 38 und die Reaktionsrohre 52 bestehen aus nichtrostendem Stahl des Typs 304 und bilden eine allseits geschweißte Konstruktion. Die Blöcke oder Balken des Graphitmoderators haben hexagonalen Querschnitt mit axial zentrierten Löchern für die Reaktionsrohre. Stützblöcke 53, die einstückige Teile der Düsen 51 des unteren Kopfes bilden, tragen die einzelnen Blöcke des Graphitmoderators an der Unterseite, wobei jeder Block oben von den oberen Düsen gestützt wird.
  • Die Graphitreflektorblöcke entsprechen den Blökken des Graphitmoderators, mit der Ausnahme, daß das Mittelloch wegfällt. Die Graphitreflektorblöcke werden von Blinddüsen getragen und sind oben miteinander verstiftet und an den Blöcken des angrenzenden Graphitmoderators befestigt. Der Kerntank 19 ist im Abstand von den Wänden und dem Boden des Reaktorgefäßes gelagert.
  • Jedes Reaktionsrohr 52 weist Balg- und Balgschutzelemente 54 und eine Eintrittsführung 55 auf. Die Reaktionsrohre erstrecken sich von der unteren Kopfdüse durch die obere Kopfdüse 51 und sind an dem Balg 54 angeschweißt. Balgelemente befinden sich zwischen den Reaktionsrohren in den oberen Kopfdüsen, um unterschiedliche Wärmeausdehnung zwischen dem Kerntank und den Reaktionsrohren zu ermöglichen. Schutzelemente, welche die Balgelemente umgeben, dienen dazu, das Natrium zum Stillstand zu bringen und W.ärmestöße abzuschwächen. Die Eintrittsführung 55 verläuft oberhalb des Reaktionsrohres und bildet einen Kanal zum Einfügen der Mundstückrohre in Regelstabbuchsen 57. Es stehen 168 Reaktionsrohre für den Brennstoff und eines für die Neutronenquelle zur Verfügung. Die übrigen 18 Rohre sind für die kombinierten Regel-und Sicherheitselemente bestimmt.
  • Ein Einströmfüllraum 38 unterhalb des Kerntanks 19'sorgt für Kühlmittelstromverteilung durch die 168Reaktionsrohre. Dieser Einströmfüllraum ist ein kurzer zylindrischer Tank aus 25,4 mm starkem nichtrostendem Stahl und ist an den Kerntank 19 angeschweißt.
  • Das Natrium in dem Einströmfüllraum steht unter einem inneren Druck von 2,8 kg/CM2. Um diese Druckbelastung aushalten zu können, sind derBoden des Einströmfüllraumes und der Boden des Kerntanks mittels Stäben 58 mit 25,4 mm Durchmesser in dreieckiger Verteilung miteinander verbunden.
  • Die Rohre für Regelelemente sind in gleicher Weise wie die Reaktionsrohre ausgebildet, mit Ausnahme der einzelnen Rohre 59 aus 50,8 mm starkem nichtrostendem Stahl, die sich von der Einströmdüse des Kerntanks 19 durch den Einströmfüllraum 38 in den Natriumsumpf 60 erstrecken, der den Kerntank 19 umgibt. Diese Anordnung ermöglicht natürliche Konvektionsabkühlung der Rohre für die Regelelemente.
  • Der Graphitmoderator 44 und die Graphitreflektorblöcke 46 werden gegen Berührung mit flüssigem Natrium bei geringfügigen Leckstellen in dem oberen Kopf des Kerntanks 19 oder in den Reaktionsrohren geschützt. Natriumleckverluste durch den oberen Kopf des Kerntanks oder den Balg 54 wird von dem Graphitmoderator, den Graphitreilektorblöcken 46 und den Reaktionsrohren 52 mittels eines Abdeckelementes 61 ferngehalten, das aus einem konischen Stahlkopf von 4,66 m Durchmesser und 4,76 mm Dicke besteht. Abflußrohre aus Zirkonium trennen den Graphitmoderator und die Graphitreflektorblöcke von den Reaktionsrohren. Irgendwelches Natrium, welches in den Kerntank sickert, fließt zu dem Tankboden ab, ohne den Graphitmoderator und die Graphitreflektorblöcke zu benetzen. Die 50,8 mm messende Auspumpleitung 62 beseitigt angesammeltes Natrium.
  • Zur Aufrechterhaltung einer statischen Heliumatmosphäre innerhalb des Kerntanks 19 ist eine 50,8 mm messende Entlüftungs- und Fülleitung 63 aus nichtrostendem Stahl vorgesehen. Der Kerntank wird unter einen Druck von etwa 0,70 kg/CM2 Mit Heliumgas gesetzt. Eine kleine Heliummenge wird intermittierend durch eine Nachweisleitung entnommen, die zu dem Boden des Kerntanks 19 verläuft. Falls ein Natriumleck vorhanden ist, würde das Natrium gegebenenfalls das Ende der Nachweisleitung bedecken, wodurch die Gasströmung unterbrochen wird und Füllung mit Natrium einsetzt. Die entstehende Druckdifferenz zwischen dem Kerntank und der Nachweisleitung würde das Pumpsystern zwecks Beseitigung der Sickerung automatisch in Gang setzen.
  • Die bevorzugteAnordnung derBrennstoffelemente 66 besteht aus einer Gruppe von 19 Brennstäben, einem dazwischen befindlichen Hängestab und einem Abschirmstopfen 67. Die Anordnung hängt in dem Reaktionsrohr und wird von den oben auf dem Reaktionsgefäß angeordneten Abschirmvorrichtungen 68 getragen, die als Beschickungsstimfläche dienen. Die Brennstoffstäbe bestehen aus Urankarbideinheiten mit 12,7 mm Durchmesser, die in einer Hülse aus nichtrostendem Stahl mit einem Innendurchmesser von 13,208 mm und einer Wandstärke von 0,254 nini eingeschlossen sind. Die Stäbe sind angenähert 4,27 m lang, wobei die unteren 3,66 m die Brennstoffelemente enthalten und die übrigen 0,610 m Raum für Spaltgasabgabe bilden. Eine Natriumbindung wird zwischen den Urankarbideinheiten in der Hülse verwendet. An die Hülse geschweißte Abschlußkappen dichten die Urankarbideinheiten in dem Natrium unter einem inaktiven Gas ab.
  • Jedes Brennstoffelement hängt von den Abschirmvorrichtungen 68 mittels eines Abschirmstopfens 67. Dieser besteht aus einem zylindrischen Stahlmantel, der an der Mittelebene des Abschirmabschnittes zur Abstützung und Verminderung der Strahlungsströmung abgestuft ist. Wärmeisolierung wird dadurch erzielt, daß das untere Ende des Stopfens mit 30,5 cm nichtrostender Stahlwolle gefüllt ist. 15,24 cm Stahlkomstrahlungsabschirmung befinden sich direkt über der Stahlwolle, und dichter Beton füllt den restlichen Raum zu dem Fußbodenniveau.
  • Ein Mundstückrohr 56 verläuft nach unten durch die Abschirmvorrichtung 68 und in jede Eintrittsführung des Kerntanks. Dieses Mundstückrohr dient drei Zwecken: 1. wirkt das Rohr als eine Führung, wenn Brennstoffelemente eingesetzt und herausgenommen werden, 2. bildet es eine Vorrichtung zum Vorbeiführen des Kühlmittelstromes an den Brennstoffelementen, da es eine veränderbare Eintrittsöffnung in dem Reaktionsrohr umfaßt, und 3. bildet das Rohr eine Stütze für zwei Thermoelementdrähte, die zum Messen der Natriumausströmtemperatur jedes Reaktionsrohres verwendet werden. Die Einführung von Kühlmittelströmung erfolgt durch eine rechteckige öffnung 65 in dem Mundstückrohr 56, das senkrecht angeordnet ist, um sich einer dreieckigen öffnung in der Eintrittsführung des Kerntanks anzupassen. Die effektive Öffnungsgröße oder derKühlmitteldurchfluß wird dadurch geändert, daß das Mundstückrohr mittels eines Schraubenschlüssels vom Reaktorboden aus gedreht wird.
  • Die Seitenwände des Kernreaktors tragen die Abschirmvorrichtungen 68, einen Wärmeaustauscherabführungsstopfeii 70 und einen Pumpenabführungsstopfen 72, die alle die Öffnung füllen und das Reaktionsgefäß gegen die Abschirmvorrichtungen abdichten. Die Oberflächen der Abschirmvorrichtungen und der Abführungsstopfen liegen in gleicher Höhe und bilden einen Teil des Reaktorraumbodens. Die radiale Neutronenabschirmvorrichtung 28 um den Ker.utank 19 herum schirmt das Natrium in den Wärmeaustauschern 29 gegen Neutronen ab.
  • Der Kerntank 19 lagert unterhalb des Natriumspiegels in dem Reaktorgefäß 12. Drei Wärmeaustauscher 29, die im gleichen Abstand zueinander in dem ringförmigen Raum zwischen der Neutronenabschirmvorrichtung und der Innenwand des Reaktorgefäßes 12 angeordnet sind, übertragen Wärme von dem Reaktor an das nicht radioaktive Natrium. Neun elektromagnetische Pumpen 30, d. h. drei für jeden Wärmeaustauscher, wälzen das Natrium nach oben durch die Reaktionsrohre 52 im Kerntank um, Natrium von dem Kerntank tritt (bei 649' C) in einen Sumpf oberhalb des Kerntanks ein und strömt -über die Neutronenabschirmvorrichtung 28 nach unten an dem Wärmeaustauscher 29 vorbei, wo es seine Wärme abgibt. Das Natrium verläßt den Wärmeaustauscher mit 330' C und strömt in die Ansaugseite der elektromagnetischen Pumpen 30. Es wird dann zu neun Einströmrohren 36 in dem Einströmfüllraum 38 unterhalb des Kerntanks ausgestoßen.
  • Neun Natriumpumpen sind so ausgebildet, daß sie Natrium bei 330' C gegen einen Staudruck von 2P8 kg/CM2 mit einer Geschwindigkeit von 12 869 1/ min pumpen. Jede Pumpe besteht aus einem geschichteten Siliciumstahlkern und einer Spulenkonstraktion, die auf der Außenseite der Reaktorgefäßwand angeordnet sind. Der Füllraum 35 wird von einem an die Inneilwand des Reaktorgefäßes angrenzenden - ringförmigen Raum 73 gebildet, der 19,05 mm breit ist und von den Neutroneiiabschirmvorrichtungen begrenzt wird.
  • Natrium tritt bei 6491 C in die Mantelseite jedes Wärmeaustauschers 29 an elf geeichten öffnungen 80 ein, die so bemessen sind, daß ein 50,8 cm Druckgefälle des Natriums entsteht, wenn bei Nennleistung gearbeitet wird (vgl. F i g. 4). Sechs am Boden jedes Wärmeaustauschers angeordnete Ausströradüsen 81 lenken das Natrium zu drei parallelarbeitenden elektromagnetischen Pumpen 30. Ein Füllraum ist auf der Ansaugseite der Pumpen vorgesehen, um die Natriumströmung von dem Wärmeaustauscher in das Einströmrohr 36 zu leiten. Dieser Füllraum hat zwei Düsen mit 21,59 cm Durchmesser, die den Ausströmdüsen der Wärmeaustauscher angepaßt sind. Diese Düsen sind an dem Füllraum mit einer Labyrinthdichtung befestigt, um eine mögliche Fehlausrichtung des Füllraumes und des Wärmeaustauschers sowie auch durch Wärmeausdehnung verursachte Bewegung zuzulassen, Das Natrium tritt in den Wärmeaustauscher durch die Rohre 82 ein. Die Rohre 82 endigen am Boden des Wärmeaustauschers in einer Sammelleitung 83, und das Natrium strömt nach oben durch 675 Rohre 84 mit 25,4 mm Durchmesser zu einer Sammelleitung 85 an der Oberseite. Das Bündel der Rohre 84 ist in eine Reihe U-Biegungen gebogen, zwischen denen sich eine Zwischenwand oder ein Leitblech 88 befmdet. Die Sammelleitungen an jedem Ende der Rohre tragen die Rohre, die sich sonst frei ausdehnen können. Die bevorzugte Ausführungsform des Wärmeaustauschers 29 ist in F i g. 4 dargestellt. Die Sammelleitung 85 ist an ein Ausströmrohr 86 für Natrium angeschlossen, das nach oben in den Abschirmstopfen 70 und dann zu einer Vorrichtung verläuft, die Dampf erzeugt oder durch das Verfahren gewonnene Wärme ausnutzt.
  • F i g. 5 und 6 zeigen einen Querschnitt des Wänneaustauschers nach F i g. 4. Das Rohr 82 ist von einem Abschirmrohr 87 umgeben, das sich über die Länge des Wärmeaustauschers 29 und nach oben durch den Abschirmstopfen erstreckt.
  • Die Anordnung der Wärmeaustauscher 29 in dem Reaktorgefäß ist derart, daß sie von dem Kerntank durch eine Neutronenabschirravorrichtung 28 geschützt sind. Sie weist zahlreiche Vorteile auf, die bei bekannten Reaktoranlagen, die außen angeordnete Wärmeaustauscher haben, nicht erreicht werden können. Diese Vorteile umfassen: 1. eine merkliche Verkleinerung der Abschirmung, da das radioaktive Kühlmittel innerhalb der normalen Reaktorabschirmung begrenzt ist; 2. eine merkliche Verminderung der Bauelemente, wie z. B. Ventile, überwachungseinrichtungen und Rohrnetze, mit daraus resultierenden Raumersparnissen; 3. das Kühlmittel ist gegen Kemstrahlung abgeschirmt; 4. der Wärmeübergang zu der Abschirmung ist verringert, da der Hauptteil des Natriums hoher Temperatur auf das mittlere Volumen des Reaktors beschränkt ist; 5. beim Versagen voii Pumpen kann man sich auf die natürliche Konvektionszirkulation des Natriums zur Beseitigung von Nachglühwärme verlassen, da der Natriumkühlmittelspiegel über dem oberen Ende der Neutronenabschirmvorrichtungen 28 liegt und ein Weg für natürliche Konvektionsströmung in dem Reaktorgefäß vorhanden ist, und 6. der Wärmeaustauscher wird von den Abschirmvorrichtungen, die oben auf dem Reaktorgefäß angeordnet sind, abnehmbar getragen, so daß Wartung und Ersatz erleichtert sind. 7 Die Abstützung für den Kerntank 19, die Neutronenabschirmvorrichtungen 28, das Reaktorgefäß 12 und den Behälter 10 erfolgt mittels der Tragkonstruktion 22 und des Betonfundamentes. Genaue Anordnung des Kerntanks und der Neutronenabschirmvorrichtungen wird dadurch erreicht, daß sie mit dem Reaktorgefäß verkeilt sind.
  • Oberhalb des Kerntanks befinden sich die Abschirmvorrichtungen 68. Diese sind aus dichtem Beton hergestellt, der in nichtrostendem Stahl des Typs 405 gekapselt ist. In einer 3,81 cm dicken Schicht aus gegossenem Blei 69 sind Wasserkühlschlangen eingebettet. Die Wärmeisolierung71, die aus einer Anzahl horizontaler, 0,787mm dicker, in einem Abstand von 25,4mm voneinander angeordneter nichtrostender Stahlbleche besteht, hängt an der unteren Fläche der Abschirmvorrichtungen68.
  • Die Abschirmvorrichtungen 68 dienen auch als eine Reaktorbrennstoffbeschickungsfläche mit 187 Öffnungen, die unmittelbar über den Reaktionsrohren in dem Kerntank liegen. Zusätzliche Öffnungen sind für die Anzeigevorrichtungen für den Natriumspiegel und Neutroneninstrumentierungsbuchsen vorgesehen.

Claims (1)

  1. Patentanspruch: Kernreaktor mit einem Reaktorgefäß, welches Natrium als Kühlmittel enthält, mit Abschirmvorrichtungen, die oben auf dem genannten Gefäß angeordnet sind, mit Vorrichtungen, die das Reaktorgefäß gegen die Abschirmvorrichtungen abdichten, mit einem Kerntank, einem in dem Tank angeordneten, nicht überzogenen Graphitmoderator, mit Vorrichtungen, die eine Vielzahl von Reaktionsrohren aufweisen, die den Tank durchqueren, um den Graphit von dem Natrium zu isolieren, mit Brennstoffelementen, die in den Reaktionsrohren angeordnet sind, wobei der Kerntank im Abstand von den Wänden und dem Boden des Reaktorgefäßes und unterhalb des Natriumspiegels gelagert ist, mit Neutronenabschirmvorrichtungen, die angrenzend an den Kerntank zwischen diesem und den Wänden des Gefäßes angeordnet sind und die einen an die Innenwand des Reaktorgefäßes angrenzenden ringförmigen Raum begrenzen, mit Einströmfüllvorrichtungen unterhalb des Kerntanks zur Schaffung eines Durchgangs zwischen dem ringförmigen Raum und den Reaktionsrohren und mit Wärmeaustauschvorrichtungen, die von der erstgenannten Abschirmvorrichtung abnehmbar getragen werden und in dem ringförmigen Raum angeordnet sind, gekennzeichnet durch Vorrichtungen, um das Natrium über die Neutronenabschirmvorrichtungen nach unten durch den Wärmeaustauscher, quer durch den Einströmfüllraum, und nach oben durch die Reaktionsrohre in Umlauf zu setzen, wobei diese Umwälzvorrichtungen- elektromagnetische Pumpen aufweisen ' die außerhalb des Gefäßes auf der Gefäßwand und zwischen demWärmeaustauscher und den Einströmfüllvorrichtungen gelagert sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Belgische Patentschriften Nr. 566 119, 566 705; britische Patentschrift Nr. 796 991; USA.-Patentschrift Nr. 2 810 689; »Atomics«, Januar 1957, S. 7.
DEN19246A 1959-11-27 1960-11-25 Mit Natrium gekuehlter Kernreaktor Pending DE1225778B (de)

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