DE1274749B - Fluessigkeitsmoderierter Versuchskernreaktor - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

G21c

Deutsche Kl.: 21g-21/20

Nummer: 1274 749

Aktenzeichen: P 12 74 749.8-33 (E 25628)

Anmeldetag: 4. Oktober 1963

Auslegetag: 8. August 1968

Die Erfindung bezieht sich auf einen flüssigkeitsmoderierten Versuchskernreaktor, der in einem topfförmigen Reflektor- und Abschirmungsgehäuse mit einem obenliegenden, drehbaren Abschlußstopfen angeordnet ist, mit einem die Moderatorflüssigkeit enthaltenden, von einem in der vertikalen Reaktorachse befindlichen Rohr durchquerten Tank ausgestattet ist und zum Messen des wirksamen Neutronenabsorptionsquerschnitts eines bestrahlten Brennstoffstabes oder -bündeis nach der Oszillationsmethode durch periodisches Einführen von zwei Probeelementen in das Innere des im Strahlungsbereich des Reaktors liegenden Rohres und durch Rückschluß aus dem Reaktivitätshub auf den Unterschied im Absorptionsquerschnitt zwischen den beiden Proben geeignet ist.

Es sind Oszillationsvorrichtungen bei Reaktoren bekannt (J. W. Chastain, US Research Reactor Operation and Use; USA.-Patentschrift 2 781307; Zeitschrift »Nucleonics«, Band 17, 1950, Nr. 2; Zeitschrift »Nuclear Instruments and Methods«, Band 13, 1961), in die gleichzeitig eine oder zwei Proben (eine Standardprobe und eine zu untersuchende Probe) im Innern eines Rohres, das sich bis zum Zentrum des Reaktors erstreckt, periodisch in den Reaktorkern eingeführt werden. Diese Ausführungsformen stellen Möglichkeiten der Messung nach der Oszillationsmethode dar, die allein auf eine einfache Materialprobe beschränkt sind.

Es sind auch ein Kernreaktor mit einem Tank für den flüssigen Moderator und einem als »Neutronenstrahl« dienenden zentralen Rohr und ein Reaktor für Strahlungsversuche (Directory of Nuclear Reactors, Band II, Research, Test and Experimental Reactors, Wien 1959; deutsche Auslegeschrift 1097 580) bekannt, dessen Tank — ebenso wie der Tank des zuvor erwähnten Reaktors — von einem zentralen Rohr durchsetzt ist, das als Strahlungskanal dient, und im Gegensatz zum zuvor erwähnten Rohr bis zum oberen Verschluß reicht, wo es befestigt ist. Diese Ausführungsformen bieten die Möglichkeit, Messungen nach der Oszillatormethode auf einen Brennstoffstab anzuwenden. Zur Durchführung dieser Messungen sollte der Stab vor und nach der Bestrahlung hin- und herbewegt werden. Ebenso sollte ein Standardstab hin- und herbewegt werden, um die Veränderungen des wirksamen Absorptionsquerschnittes des bestrahlten Stabes durch den Unterschied der dem Standardstab entsprechenden gegebenen Größen von denen des Stabes vor und denen des Stabes nach der Bestrahlung festzulegen.

Es ist ebenfalls ein Reaktor bekannt (Directory of Nuclear Reactors, Band II, 1959), dessen Tank Flüssigkeitsmoderierter Versuchskernreaktor

Anmelder:

Europäische Atomgemeinschaft (EURATOM),
Brüssel

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Müller-Börner

und Dipl.-Ing. H.-H. Wey, Patentanwälte,

1000 Berlin 33, Podbielskiallee 68

Als Erfinder benannt:

Roger Arhan, Arolo, Varese;

Pierre Bonnaure, Sesto Calende, Varese;

Victor Raievski, Varese;

Franco Sciuto, Sesto Calende, Varese (Italien)

Beanspruchte Priorität:

Belgien vom 5. Oktober 1962 (498 159)

mit einer den Reflektor durchsetzenden. Verlängerung zum Entleeren des Behälters und einer Schutzabschirmung versehen ist. Diese Ausführungsform gestattet aber nicht die Anwendung der Oszillationsmethode für einen Brennstoffstab. Die Oszillation eines Stabes direkt im flüssigen Moderator würde infolge der plötzlichen Bewegungen des Stabes WeI-len an der Oberfläche des Moderators hervorrufen, die die ganze Messung unmöglich machen.

Aufgabe der Erfindung ist eine Vorrichtung zu scharfen, die das Studium der Neutronennutzung eines Brennstoffstab-Systems mit dem Abbrand (»burn up«) bei großer Empfindlichkeit der Messung gestattet, wobei die Analyse auf einen einzigen Stab des Systems beschränkt ist und eine Ausdehnung der Messung auf eine große Zahl von Bewegungszyklen vermieden wird, sowie die Notwendigkeit, eine große Zahl von bestrahlten Elementen zu wählen, entfällt.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Reaktor erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Rohr in an sich bekannter Weise frei gegenüber dem Tank mit seinem oberen Ende am Stopfen befestigt ist und der Tank in ebenfalls an sich bekannter Weise eine den Boden des Reflektors und der Ab-

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schirmung durchsetzende, rohriörmige Verlängerung getaucht ist und sich in die Kammer 14 unterhalb des

zum Entleeren des Tanks aufweist, wobei diese Ver- Reaktors hinein verlängert.

längerung das Rohr mit einem ringförmigen Zwi- Das Rohr 12, dessen oberes Ende sich auf der auf

schenraum auf einer Länge umgibt, welche minde- der Achse des Reaktors angeordneten feststehenden

stens gleich der Stärke des Bodens des Reflektors 5 Dichtung 15 abstützt, geht in das Innere der zylin-

und der Abschirmung zuzüglich der Länge eines von drischen Verlängerung 16 des Tanks hinein, durch

zwei im Innern des Rohres übereinander angeord- dessen Deckel 17 es unter Führung in einer Dich-

neten, gleichen, hin- und herbewegbaren Brennstoff- tung 18 hindurchragt. Im Inneren dieser Verlänge-

stäben oder-bündeln ist, deren einer bzw. eines die rung 16, die aus einem den Reflektor 11 und die Ab-

unbestrahlte Vergleichsprobe und deren anderer bzw. io schirmung 19 durchragenden Rohr in der Mitte des

anderes die zu untersuchende, bestrahlte Probe ist. Bodens des Tanks 13 besteht, ist der zylindrische

Zweckmäßigerweise wird das Rohr mit seinem Hohlkörper 20 angeordnet, dessen oberer Teil 21 aus

oberen Ende an einer feststehenden, abdichtenden dem gleichen Material wie der Reflektor 11 und

Stütze gehalten und durchdringt mit seinem unteren dessen unterer Teil 22 aus Beton besteht, um im

Teil einen Abschlußdeckel der Verlängerung an 15 Inneren des Rohres 16 in unmittelbarer Nähe des

einer Dichtung. Dabei kann im Innern des ringför- Rohres 12 sowohl den Reflektor als auch die Ab-

migen Zwischenraumes ein das Rohr eng umgeben- schirmung wiederherzustellen,

der Hohlzylinder angeordnet sein, dessen oberer Teil Das Rohr 16 und der Zylinder 20 sind durch

aus Reflektormaterial und dessen unterer Teil aus den ringförmigen Raum 23 voneinander getrennt, der

Abschirmungsmaterial besteht. 20 die Verbindung zwischen dem Tank und der Lei-

Ein so ausgestatteter Reaktor gestattet dank der tung 24 des Kreislaufes herstellt, in dem das Sicher-

Anordnung des zentralen Rohres, das am Stopfen heitsventil für die Entleerung des Tanks angeordnet

und ebenso an der Verlängerung die dieses Rohr ist.

und zwei weitere Abschnitte umgibt, im Hinblick auf Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung ist die den Tank frei aufgehängt ist und das Innere wenig- 25 Veränderung des wirksamen Absorptionsquerschnitstens in der Länge eines Stabes unterhalb des Re- tes des bestrahlten Brennstoffelementes 8 proportioflektors durchsetzt, die Anwendung und Ausdeh- nal der Amplitude der durch den abwechselnden nung der Oszillationsmethode für einen Stab oder Austausch der Stäbe 8 und 9 in dem Kern des ein Stabbündel aus bestrahlten Brennstoff. Reaktors erzeugten und sich aus den hin- und her-Dabei ergeben sich im wesentlichen die Vorteile, 30 gehenden Bewegungen jedes einzelnen dieser Stäbe daß die gleichzeitige Oszillation eines bestrahlten ergebenden Modulation des Neutronenflusses. Dies und eines unbestrahlten Stabes und die Oszillation wird erreicht durch die Bewegungen der Einheit 7, von Stabbündeln beliebiger Art und Größe möglich die nach oben zu dem Herausziehen des bestrahlten sind. Stabes 8 aus dem Tank 13 und zur gleichzeitigen Mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung ergibt ₃₅ Einnahme der von diesem Stab in dem Kern des sich weiter eine größere Empfindlichkeit. Der Unter- Reaktors eingenommenen Stellung durch den unschied des Neutronenverhaltens der zwei Stäbe, näm- bestrahlten Stab 9 sowie nach unten zum Einführen lieh des bestrahlten und des unbestrahlten oder des des Stabes 8 führt, der die von dem Stab 9 einge-Stabes vor und nach der Bestrahlung, ist gering, so nommene Stellung einnimmt, wobei der aus dem daß der Fehler bei der Niveaumessung des Modera- ₄₀ Tank heraustretende Stab 9 während seiner Stilltors einen beachtlichen Einfluß haben kann. Durch Standszeiten außerhalb des Reaktors in der Verlängleichzeitige Oszillation wird dieser Fehler ausge- gerung 16 unterhalb des Reaktors untergebracht ist. schaltet. Die Hebe- und Senkbewegungen der Stäbe, die in Die Erfindung wird nachstehend an Hand der bezug auf die Haltezeiten von sehr kurzer Dauer sind, beispielsweise, jedoch nicht beschränkend, eine ihrer 45 werden sehr rasch ausgeführt, so daß man den Aus-Ausführungsformen darstellenden Zeichnung, deren tausch der Stäbe unter Vermeidung von Übergangseinzige Figur einen schematischen Schnitt durch Situationen erzielt, bei denen sich zwei Brennstoffeinen Reaktor mit flüssigem Moderator zur Durch- stababschnitte mit unterschiedlichen Eigenschaften führung des Hin- und Herbewegungsverfahrens nach in bezug auf Neutronen gleichzeitig in dem Kern des der Erfindung veranschaulicht, näher erläutert. 50 Reaktors befinden.

Die Figur zeigt die auf dem drehbaren Deckel 2 Das die Stäbe 8 und 9 voneinander trennende Grades Reaktors angebrachte hin- und herbewegbare phitstück 10 dient zum Wiederherstellen des unteren Vorrichtung 1, den Motor 3 und den Ubertragungs- Reflektors, damit während der Stillstand- oder Halte- und Umkehrmechanismus 4 für die Bewegung der zeit des Stabes 8 in dem Kern des Reaktors der ReVorrichtung, der das periodische Heben und Senken 55 flektor durchgehend ist.

einer den in dem Deckel 2 angebrachten Durchlaß 6 Es sei bemerkt, daß das Rohr 12, in dessen Innedurchquerenden Haltestange 5 bewirkt. ren die Einheit 7 hin- und herbewegt wird, dazu Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung setzt dient, Wellen auf der Oberfläche der Moderatorsich das an der Stange 5 aufgehängte hin- und her- flüssigkeit zu verhindern, die durch die plötzlichen bewegbare Element 7 aus dem bestrahlten Brenn- 60 Bewegungen der Einheit auf der Oberfläche der Mostoffstab 8 und dem mit dem Brennstoffstab 8 über- deratorflüssigkeit Wellen entstehen, wodurch jede einstimmenden nicht bestrahlten Brennstoffstab 9 zu- Messung unmöglich würde.

sammen, die starr miteinander verbunden sind. Diese Das Rohr 12 kann auch bei anderen Hin- und beiden Stäbe sind durch das Graphitstück 10 mit Herbewegungsversuchen, bei denen die Neutroneneiner Länge gleich der Dicke des unteren Reflektors 65 fluß-Modulation mittels einer pulsierenden Neutroll des Reaktors voneinander getrennt und im Inne- nenquelle erzielt wird, verwendet werden, ren des senkrechten Rohres 12 angeordnet, das in In diesem Falle kann man nämlich im Inneren des das in dem Tank 13 vorhandene Schwerwasser ein- Rohres 12 von unten nach oben in den Kern des

Reaktors ein zweites Rohr einführen, das eine durch aus einer mit dem Rohr verbundenen elektrostatischen Beschleunigungsvorrichtung stammende Impulse geladener Teilchen beschossene Targetscheibe oder auch eine mit einer Einstellvorrichtung verbundene Neutronenquelle enthält.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Flüssigkeitsmoderierter Versuchskernreaktor, der in einem topfförmigen Reflektor- und Abschirmungsgehäuse mit einem obenliegenden, drehbaren Abschlußstopfen angeordnet ist, mit einem die Moderatorflüssigkeit enthaltenden, von einem in der vertikalen Reaktorachse befindlichen Rohr durchquerten Tank ausgestattet ist und zum Messen des wirksamen Neutronenabsorptionsquerschnitts eines bestrahlten Brennstoffstabes oder -bündeis nach der Oszillationsmethode durch periodisches Einführen von zwei Probeelementen in das Innere des im Strahlungsbereich des Reaktors liegenden Rohres und durch Rückschluß aus dem Reaktivitätshub auf den Unterschied im Absorptionsquerschnitt zwischen den beiden Proben geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (12) in an sich bekannter Weise frei gegenüber dem Tank (13) mit seinem oberen Ende am Stopfen (2) befestigt ist und der Tank (13) in ebenfalls an sich bekannter Weise eine den Boden des Reflektors (11) und der Abschirmung (19) durchsetzende, rohrförmige Verlängerung (16) zum Entleeren des Tanks aufweist, wobei diese Verlängerung das Rohr (12) mit einem ringförmigen Zwischenraum

(23) auf einer Länge umgibt, welche mindestens gleich der Stärke des Bodens des Reflektors (11) und der Abschirmung (19) zuzüglich der Länge eines von zwei im Innern des Rohres (12) übereinander angeordneten, gleichen, hin- und herbewegbaren Brennstoffstäben oder -bündeln (8, 9) ist, deren einer bzw. eines (9) die unbestrahlte Vergleichsprobe und deren anderer bzw. anderes (8) die zu untersuchende, bestrahlte Probe ist.

ίο

2. Versuchsreaktor nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß das Rohr (12) mit seinem oberen Ende an einer feststehenden, abdichtenden Stütze (15) gehalten ist und mit seinem unteren Teil einen Abschlußdeckel (17) der Verlänge-

i_S rung (16) an einer Dichtung (18) durchdringt.

3. Versuchsreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern des ringförmigen Zwischenraumes (23) ein das Rohr (12) eng umgebender Hohlzylinder (20) angeordnet ist, des-

ao sen oberer Teil (21) aus Reflektormaterial und dessen unterer Teil (22) aus Abschirmungsmaterial besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
a₅ Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 097 580;
USA.-Patentschrift Nr. 2 781 307;
Nucleonics, Vol. 6, 1950, Nr. 2, S. 5 bis 17;
J. W. Chastain, »U. S. Research Reactor Operation and Use«, 1958, S. 251;

Nuclear Instruments and Methods, Vol. 13, 1961, Nr. 1, S. 35 bis 42;

Directory of Nuclear Reactors, Vol. II, Research, Test and Experimental Reactors, Wien, 1959, S. 271, bis 279.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen