DE1238122B - Kernreaktor - Google Patents

Kernreaktor

Info

Publication number
DE1238122B
DE1238122B DEU10350A DEU0010350A DE1238122B DE 1238122 B DE1238122 B DE 1238122B DE U10350 A DEU10350 A DE U10350A DE U0010350 A DEU0010350 A DE U0010350A DE 1238122 B DE1238122 B DE 1238122B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
moderator
hydrogen
reactor
mass
changed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DEU10350A
Other languages
English (en)
Inventor
Ronald Tunstall Ackroyd
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
UK Atomic Energy Authority
Original Assignee
UK Atomic Energy Authority
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by UK Atomic Energy Authority filed Critical UK Atomic Energy Authority
Priority to DEU10350A priority Critical patent/DE1238122B/de
Publication of DE1238122B publication Critical patent/DE1238122B/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C7/00Control of nuclear reaction
    • G21C7/26Control of nuclear reaction by displacement of the moderator or parts thereof by changing the moderator concentration
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)

Description

  • Kernreaktor Die Erfindung bezieht sich auf Kernreaktoren, bei denen zum Zweck der Regelung die Moderatormenge im Reaktorkern verändert wird, deren Reaktorkern aus einer ein moderierendes Element enthaltenden festen Masse und einer strömungsfähigen, in ihrer Menge veränderbaren Masse aus dem gleichen moderierenden Element, wie es in der festen Masse vorhanden ist, besteht. Ein solcher Kernreaktor ist bekannt (vgl. die deutsche Auslegeschrift 1020 417).
  • Es sind ferner Kernreaktoren bekannt, bei denen die Reaktivitätssteuerung durch Verschieben des Spektrums der Neutronenenergien im Reaktorkem erfolgt. Diese Spektralverschiebung bzw. Verschiebung des Spektrums wird durch Verändern der Abbremsfähigkeit eines Neutronenmoderators im Reaktorkern bewirkt. Bei einem Kernreaktor, welcher von M. C. E d 1 u n d (Nucleonics, August 1957, S. 66) vorgeschlagen worden ist, wird die Abbremskraft eines Wassermoderators durch Verändern des Verhältnisses von Leicht- zu Schwerwasser ün Moderator verändert. Andere strömungsfähige Moderatoren von veränderlicher Abbremskraft sind ebenfalls vorgeschlagen worden.
  • Allgemein ist das Mischen von verschiedenen Moderatoren bekannt. Ferner sind auch metallische Hydride und gasföriniger Wasserstoff bekannte Moderatoren (vgl. insbesondere die britische Patentschrift 614 156).
  • Die vorliegende Erfindung schafft einen Keinreaktor, bei dem die Neutronenmoderierung durch ein Gleichgewichtsgemisch von einerseits einem Aufnahmematerial, welches einen Neutronenmoderator enthält, und andererseits den gleichen Moderator in einer strömenden Phase erfolgt, wobei der Reaktor für die Veränderung der Gleichgewichtsbedingungen so angepaßt ist, daß der Moderatorgehalt des Aufnahmematerials verändert wird.
  • Erfindungsgemäß ist die feste Masse ein metallisches Hydrid oder Deuterid, das in einer der Gasadsorption fähigen Form vorliegt, und die veränderbare Masse ein wasserstoffhaltiges oder deuteriumhaltiges Gas.
  • Ein Kernreaktor mit einer veränderlichen Moderierung dieser Art kann so gebaut werden, daß er von Haus aus einen hohen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist, d. h. die Eigenschaft hat, bei Temperaturanstieg an Reaktivität zu verlieren. Diese Eigenschaft ergibt von selbst ein stabiles und sicheres System.
  • Zweckmäßig wird zur Veränderung der Gleich-Crewichtskonzentration des adsorbierten Wasserstoffs in der festen Moderatormasse die Temperatur der festen Masse und/oder der Gasdruck in dem wasserstoffhaltigen Gas verändert.
  • Ein Kernreaktor soll nun an Hand der Zeichnung näher erläutert werden.
  • Der Reaktor hat einen kugelförmigen Druckbehälter 11 mit einer Einlaßöffnung 12 und einer Auslaßöffnung 13, die sich zu unteren und oberen Kühlmittelräumen 14 bzw. 15 öffnen. Horizontale obere und untere Gitter 16 und 17 stützen aufrecht stehende Druckrohre 18, in welchen Brennstoffelemente 19 aus umhüllten spaltbarem Material angeordnet sind. Ein Kühlmittel-Strömungsmittel strömt durch die Rohre 18 und führt Wänne von den Elementen ab. Die Rohre in einer Moderatorkammer 21, deren Inneres oben und unten von den Gittern 16 und 17 so abgeschlossen ist, daß es gegen das Kühlmittel isoliert ist, sind von festem Moderatormaterial umgeben, das aus einem metallischen Hydrid besteht. In dem Moderator befindet sich ein toroidaler Sammelraum 22, welcher mit Öffnungen versehen ist, um das Strömen von Strömungsmittel-Moderator durch seine Wände hindurch zu ermöglichen. Der Sammelraum 22 wird durch eine Leitung 23 gespeist, welche ein einregelbares Kontrollventil 24 hat, durch welches der Druck in der Moderatorkammer zu verändern ist.
  • Schwerwasser unter Druck wird als Reaktorkern-Kühlmittel verwendet, und Zirkonhydrid als Moderator. Das Zirkonhydrid liegt in der Form von enggepackten Körnchen vor, welche mit Wasserstoff gesättigt sind, so daß ein Gleichgewichtsgemisch von Zirkonhydrid und Wasserstoff gebildet wird; der C Wasserstoff ist in einem gasförmigen Gemisch von Wasserstoff und einem inerten Trägergas, wie beispielsweise Helium, vorhanden. Der Sammelraum und die Leituno, 23 sind ebenfalls mit diesem gasförinigen Z, im Gemisch gefüllt. Mit Hilfe einer herkömmlichen Anlage, die mit der Leitung 23 und dem Ventil 24 verbunden ist, kann der Druck des gasförmigen Gemisches und somit der Partialdruck des Wasserstoffs innerhalb des Moderators verändert werden. Die Temperatur des Moderators in der Moderatorkammer ist von - der durchschnittlichen Kühli-Iiitteltemperatur in dem Behälter abhängio, C, Die Anteile von spaltbarem zu brätbarem Material in dem Behälter und von spaltbarein Material zu Moderator in dem Behälter sind so gewählt, daß der Reaktor einen hohen negativen Reaktivitätskoeffizienten der Moderatortemperatur hat. Dieser Koeffizient ist teilweise eine Folge der Auswirkung der Temperatur auf die Neutronenabbremskraft des Kühlmittels und teilweise eine Folge einer Entfernung von Wasserstoff aus dem Moderator mit zunehmender Moderatortemperatur, wobei der Druck des Wasserstoffs in der Moderatorkammer konstant gehalten wird. Die Neutronenabbremskraft des Hydridmoderators -in de -in Behälter hängt von dem Wasserstoffgehalt des Hydrids ab und nimmt somit ab, wenn die Moderatortemperatur erhöht wird, wobei der Wasserstoffdruck durch das Ventil 24 konstant gehalten wird.
  • Der ReaZtor hat außerdem einen positiven Koeffizienten der Reaktivität des Wasserstoffdrucks (d. h. dem Partialdruck des Wasserstoffs in dem gasförmigen Gemisch), weil der Wasserstoffgehalt des Hydridmoderators erhöht wird, wenn der Wasserstoffdruck zunimmt, wobei die Moderatortemperatur konstant gehalten wird.
  • Wenn der Reaktor kalt ist, wird er durch Verringem des Wasserstoffdrucks in der Moderatorkammer um einen solchen Betrag, daß die Abbremskraft des Hydrids nicht ausreicht, um -den kritischen .-Zustand aufrechtzuerhalten, unterkritisch gehalten. Der Reaktor wird dadurch in Gang gebracht, daß er auf seine Betriebstemperatur, beispielsweise durch Erhitzen des Kühlmittels in herkömmlicher Weise, erhöht wird. Der partielle Wasserstoffdruck in der -Moderatorkammer wird dann erhöht, bis die Ab---bremskraft des Hydridmoderators derart ist, daß der Reaktor kritisch ist. Danach kann infolge seines negativen Temperaturkoeffizienten der Reaktor mit konstantem Wasserstoffdruck derart gefahren werden, -daß er automatisch der Belastung folgt, zumindest für langsame Belastungsveränderungen. Er behält dann eine konstante mittlere Kühlmitteltemperatur bei, ungeachtet der Änderungen in der vom Reaktor ab-#gezogenen Leistung. Diese Konzeption ist wohlbekannt und braucht nur kurz beschrieben zu werden. Das Kühlmittel wird von dem Reaktor her durch einen Wärinetauscher in herkömmlicher Weise geleitet, und die ausgetauschte Wärme wird verwendet, um Dampf für die Gewinnung von Leistung, beispielsweise durch eine Turbine, zu erzeugen. Ein verstärkter Dampfbedarf verursacht ein Abfallen der Kühlmitteltemperatur an der Einlaßöffnung mit darauffolgendem Anstieg der Reaktivität des Reaktors und somit einen Anstieg der Kühlmitteltemperatur an der Auslaßöffnung. Der Reaktor stabilisiert sich bei diesem größeren Leistungsausgang mit einem größe-C ren Unterschied zwischen seinen Kühlmittelauslaß-und -einlaßtemperaturen, aber mit einer konstanten durchschnittlichen Kühlmitteltemperatur. Bei raschen Belastungsänderungen kann es erforderlich sein, herkömmliche Steuereleinente zu verwenden.
  • Während das Abbrennen des Brennstoffs im Reaktor fortschreitet, fällt die durchschnittliche Kühlmitteltemperatur ab. In Abständen wird diese durchschnittliche Temperatur dadurch erhöht, daß der Wasserstoffdruck in der Moderatorkammer erhöht wird, um eine größere Moderierung in dem Reaktor zu verursachen. Dieser Ausgleich des Reaktivitätsabfalls durch Erhöhen der Moderierung wird fortgesetzt, bis eine optimale Moderierung des Reaktors erreicht ist, woraufhin der Reaktor mit frischem Brennstoff beschickt wird.
  • Dieser Reaktor ist von Haus aus stabil infolge seines negativen Temperaturkoeffizienten bei konstantem Wasserstoffdruck. Darüber hinaus verursacht, da das Gasgemisch von Wasserstoff und inertem Trägergas sich bei einem Druck über Atmosphärendruck befindet, das Auslecken dieses Gemisches einen Abfall in dem partiellen Wasserstoffdruck und somit einen Abfall der Reaktivität, Ein Druckminderungsventil reicht aus, um einen ungesteuerten Anstieg der Reaktivität infolge eines übermäßigen Anstiegs des Drucks des Gasgemisches zu verhindern. Unter normalen Betriebsbedingungen kann der Reaktor durch eine Verringerung des partiellen Wasserstoffdrucks abgeschaltet werden. Es sind Vorkehrungen zum Injizieren eines »Giftes«, d. h. eines starken Neutronenabsorbers, in das Kühlmittel getroffen, um den Reaktor in einem Notfall rasch abzuschalten.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Kernreaktor, bei dem zum Zweck der Regelung die Moderatormenge im Reaktorkern verändert wird, dessen Reaktorkem aus einer ein moderierendes Element enthaltenden festen Masse und einer strömungsfähigen, in ihrer Menge veränderbaren Masse aus dem gleichen moderierenden Element, wie es in der-festen Masse vorhanden ist, besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Masse ein metallisches Hydrid oder Deuterid ist, das in einer der Gasadsorption fähi-Cren Form vorliegt, und die veränderbare Masse C ein wasserstoffhaltiges oder deuteriumhaltiges Gas ist.
  2. 2. Kernreaktor nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung der Gleich-,aewichtskonzentration des adsorbierten Wasser-D stoffs in der festen Moderatormasse die Temperatur der festen Masse und/oder der Gasdruck in dem wasserstoffhaltigen Gas verändert wird. C In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1033 810, 1020 417; französische Patentschrift Nr. 1158 320-, britische Patentschriften Nr. 614 386, 614 156-. Nueleonics, Vol. 15, 1957, Nr. 9, S. 22, und Vol. 14, 1956, Nr. 11, S. 147 bis 153.
DEU10350A 1963-12-18 1963-12-18 Kernreaktor Pending DE1238122B (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DEU10350A DE1238122B (de) 1963-12-18 1963-12-18 Kernreaktor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DEU10350A DE1238122B (de) 1963-12-18 1963-12-18 Kernreaktor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE1238122B true DE1238122B (de) 1967-04-06

Family

ID=7567188

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DEU10350A Pending DE1238122B (de) 1963-12-18 1963-12-18 Kernreaktor

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE1238122B (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB614156A (en) * 1939-05-01 1948-12-10 Centre Nat Rech Scient Apparatus for the production of energy by nuclear fission
GB614386A (en) * 1939-05-02 1948-12-15 Centre Nat Rech Scient Apparatus for the production of energy by nuclear fission
DE1020417B (de) * 1955-10-10 1957-12-05 Phil Heinz Maier Leibnitz Dr Verfahren zur Regelung der Reaktivitaet eines Reaktors
FR1158320A (fr) * 1955-10-10 1958-06-13 Dispositif de modification de la réactivité d'un réacteur nucléaire
DE1033810B (de) * 1955-07-18 1958-07-10 Stichting Reactor Centrum Kernreaktor mit keramischem Brennstoffmaterial

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB614156A (en) * 1939-05-01 1948-12-10 Centre Nat Rech Scient Apparatus for the production of energy by nuclear fission
GB614386A (en) * 1939-05-02 1948-12-15 Centre Nat Rech Scient Apparatus for the production of energy by nuclear fission
DE1033810B (de) * 1955-07-18 1958-07-10 Stichting Reactor Centrum Kernreaktor mit keramischem Brennstoffmaterial
DE1020417B (de) * 1955-10-10 1957-12-05 Phil Heinz Maier Leibnitz Dr Verfahren zur Regelung der Reaktivitaet eines Reaktors
FR1158320A (fr) * 1955-10-10 1958-06-13 Dispositif de modification de la réactivité d'un réacteur nucléaire

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE952919C (de) Atomkernreaktor
DE1168577B (de) Verfahren zum Steuern der Reaktivitaet eines Kernreaktors
DE1125087B (de) Schwerwassermoderierter, mit fluessigem Metall gekuehlter Kernreaktor
CH415881A (de) Verfahren zum Betrieb eines schnellen Brutreaktors und Brutreaktor zur Ausführung des Verfahrens
US3212984A (en) Method of varying the moderation in a nuclear reactor
DE1219598B (de) Regelvorrichtung fuer einen Kernreaktor
DE1279224B (de) Thermischer Kernreaktor
DE1514964A1 (de) Kernreaktor
US3247074A (en) Steam cooled reactor reactor arrangement
US3285822A (en) Nuclear reactor
WO1995004994A1 (de) Uranhaltiger kernbrennstoff-sinterkörper
DE1238122B (de) Kernreaktor
DE1464625A1 (de) Hochtemperatur-Kernreaktor
US3142624A (en) Nuclear reactor and method of operating same
DE1221373B (de) Einrichtung zum Regeln von Kernreaktoren
DE1105531B (de) Durch Graphit moderierter Kernreaktor mit positivem Temperaturkoeffizienten des Moderatoreinflusses auf die Reaktivitaet
DE2545013C2 (de) Kugelhaufenreaktor mit Ein-Zonen-Kern
AT221196B (de) Verfahren zum Betrieb eines Neutronen-Siedereaktors und Reaktor zu dessen Ausübung
DE4431290C1 (de) Kernreaktor mit im Reaktorcore befindlicher loser Schüttung
DE1464625C (de) Hochtemperatur-Kernreaktor
DE1539004C (de) Vorrichtung zum Regeln von Kernreaktoren
DE2129169A1 (de) Kernreaktor
GB983595A (en) Nuclear reactor control mechanism
AT211926B (de) Graphitmoderierter Kernreaktor
DE1514338C3 (de) Druckrohrreaktor