DE1281594B - Heterogener Siedekernreaktor - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

G21d

Deutsche Kl.: 21g-21/24

Nummer: 1281594

Aktenzeichen: P 12 81 594.0-33 (E 29944)

Anmeldetag: 23. August 1965

Auslegetag: 31. Oktober 1968

Die Erfindung bezieht sich auf einen heterogenen Siedekernreaktor, dessen Reaktorkern im unteren Teil eines gasdichten, druckfesten, allseitig geschlossenen und an seinem oberen Ende kuppelartig ausgebildeten Behälters angeordnet ist, dessen Kühlmittel den Reaktorkern von unten nach oben durchströmt, in diesem verdampft, im oberen Teil des Reaktorbehälters kondensiert und von dort innerhalb des Reaktorbehälters zur Unterseite des Reaktorkerns zurückströmt und bei dem innerhalb des Reaktorgefäßes Mittel zum Erzwingen des Kühlmittelumlaufes vorgesehen sind.

Ein derartiger Reaktor ist aus der französischen Patentschrift 1362 881 bekannt.

Es ist üblich, die in einem Kernreaktor erzeugte Wärme mit Hilfe eines durch das Reaktorgefäß hindurchgeleiteten Wärmeträgers nach außen abzuführen und dort im allgemeinen einem Wärmeaustauscher zur weiteren Verwendung zuzuführen. Der abgekühlte Wärmeträger wird anschließend wieder in den Reaktor zurückgespeist und von neuem durch den Reaktorkern geleitet. Die Umwälzung des Wärmeträgers geschieht durch Pumpen.

Aus der britischen Patentschrift 785 886 ist ein Kernreaktor bekannt, bei dem jedes im Kern angeordnete Brennelement von einem beidseitig abgeschlossenen Rohr umgeben ist, das aus dem Kern nach oben herausragt und mit seinem oberen Ende in einen Wärmeaustauscher eintaucht. Jedes der Rohre enthält eine Flüssigkeit, die von den am unteren Ende des Rohres angeordneten Brennelementen verdampft wird und am oberen in den Wärmeaustauscher hineinragenden Ende Wärme abgibt.

Zur Vermeidung von leistungsverzehrenden Pumpen in Kernreaktoren ist ferner bekannt, in Reaktoren für Weltraumfahrzeuge sogenannte »Wärmeröhren«, auch »heat pipes« genannt, zu verwenden. Es handelt sich dabei um beidseitig geschlossene Röhren, in denen am einen Ende eine Flüssigkeit verdampft, am anderen Ende der Dampf kondensiert wird und der Rücktransport des Kondensats an das Verdampferende durch Kapillarkräfte bewirkt wird (vgl. die Zeitschrift »Journal of Applied Physics«, Juni 1964, S. 1990/1991). Dieser Zeitschrift ist die Anregung zu entnehmen, die Komponenten des Reaktorkerns, also besonders die Brennstoffelemente, aber gegebenenfalls auch die Moderator- und Reflektorelemente, mit Wärmeröhren zu bestücken, sie gegebenenfalls sogar als Wärmeröhren auszubilden und die im Reaktor entstehende Wärme durch die Röhren frei in den Raum abzustellen. Es ist ferner bekannt, Wärmeröhren zentral von innen her zu be-Heterogener Siedekernreaktor

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:

Dipl.-Ing. Peter Fiebelmann, Besozzo, Varese

(Italien)

heizen, z.B. durch Kernbrennstoff, und nicht, wie bisher üblich, von außen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Prinzip der zentral geheizten Wärmeröhre mit Kapillarstruktur auf einen ganzen Reaktor zu übertragen.

Zur Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen, daß an der Innenwand des Reaktorgefäßes vertikal verlaufende, von der Kuppel in den unteren Teil des Reaktorgefäßes reichende Kapillaren angeordnet sind, die entweder mit einem am Boden des Reaktorgefäßes befindlichen Kapillarstruktureinsatz in Verbindung stehen oder mit ihren unteren Enden in das am Boden des Reaktorgefäßes sich ansammelnde Kondensat eintauchen, und daß die Kuppel des Reaktorgefäßes außen von einer Kühleinrichtung umgeben ist.

Dadurch wird einerseits der Vorteil des pumpenlosen Betriebes beibehalten, andererseits an der konventionellen Struktur der Komponenten des Reaktorkerns nicht geändert. Es wird also das Reaktorgefäß als Wärmeröhre ausgebildet und betrieben, und der Reaktorkern wird als Verdampfer des im Gefäß eingebrachten Wärmeträgers gestaltet und betrieben. Es entsteht so eine einzige große Wärmeröhre, die zugleich Dampfsammelräum und Kondensator ist und in der der Reaktorkern das rückfließende Kondensat kontinuierlich verdampft, wobei dann das Reaktorgefäß in jedem Falle die notwendigen Kapillaren für den Kondensattransport aufweisen muß.

Die Konzeption eignet sich besonders für angereicherte schnelle Reaktoren und schnelle Brüter mit

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Flüssigmetallkühlung, insbesondere für Reaktoren in Fig. 1 für Betrieb auf der Erde im Senkrecht-Weltraumfahrzeugen. schnitt,

Bei einem als Großraumwärmeröhre ausgebildeten Fig. 3 ein Kernbrennstoffaufnahmerohr (Kapülar-

Reaktor ist das Reaktorgefäß zweckmäßig allseitig rohr) mit Füllung, teils geschnitten, teils in Außengeschlossen, an der Innenwand ganz oder teilweise 5 ansicht,

mit von oben nach unten verlaufenden Kapillaren Fig. 4 einen kreissektorartigen Ausschnitt aus

ausgestattet und unmittelbar als Wärmeaustauscher dem Waagerechtschnitt durch das Kapillarrohr nach geschaltet. Auch die Kernbrennstoff- und gegebenen- F i g. 3, entlang der Linie IV-IV, falls die Moderator- und Reflektorelemente des Fi g. 5 eine Variante zu F i g. 4,

Reaktorkerns sind an der Außenseite ganz oder teil- io Fig. 6 einen Horizontalschnitt durch einen Sektor weise mit von oben nach unten verlaufenden Kapil- des Reaktorkerns, entlang der Linie VI-VI der Fig. 2, laren ausgestattet. Die Elemente sind in der üblichen F i g. 7 eine Variante zu F i g. 6,

Stabgitterpackung, jedoch unter. Belassung von Fi g. 8 die konstruktive Gestaltung von Reflektor

Dampfaustrittsspalten, im unteren Teil des Reak- und Regelstab nach F i g. 7 im Bereich des Reaktortorgefäßes zum Reaktorkern zusammengesetzt. 15 kerns und

Mit den unteren Enden sind alle Kernkompo- Fig. 9 einen kreissektorartigen Ausschnitt aus

nenten kapillar an die Kondensatrückflußstruktur dem Waagerechtschnitt durch die Darstellung nach angeschlossen, oder sie tauchen in einen am Boden F i g. 8, entlang der Linie VIII-VIII, des Rekatorgefäßes belassenen Kondensatstand ein. Gemäß dem Schaltungsprinzip der Fig. 1 wird das

Als Wärmeträger bzw. Kühlmedium wird eine bei 20 Reaktorgefäß 1 als Wänneröhre ausgebildet und behoher Temperatur aber niedrigem Druck siedende trieben, und der Reaktorkern 2 wird als Verdampfer Substanz, im vorliegenden Falle Lithium, benutzt. des im Gefäß eingebrachten Wärmeträgers 3 gestaltet

Zweckmäßigerweise wird das Reaktorgefäß als und betrieben. Der Wärmeröhrencharakter des Reakzylindrischer Behälter ausgebildet, dessen Stirnwände torgefäßes liegt in der öffnungslosen Geschlossenheit Halbkugelschalen sind. Die Kapillaren sind entweder 25 des Gefäßes mit seinen Kapillarrillen 4 an der Innenais Rillen direkt in die Innenwandung eingearbeitet, wandung und in der Nutzung des unteren Gefäßteiles oder sie werden durch kapillare Auskleidung gebil- als Verdampferzone sowie des oberen Gefäßteiles als det, die die Innenwand des Behälters bedeckt. In Kondensationszone. In der Verdampferzone befindet jedem Falle sollen die Kapillaren bzw. der Kapillar- sich der Reaktorkern 2, in der Kondensationszone raum senkrecht von oben nach unten verlaufen, be- 30 der Kühler 5. Im Gefäß entwickelt sich die übliche ginnend im Scheitelpunkt der oberen Halbschale und Zweiphasenumlaufströmung, bei der der Wärmeendend im Scheitelpunkt der unteren Halbschale. träger dampfförmig aus dem Reaktorkern zur Kon-An sich könnender Reaktorkern und seineElemente densationszone aufsteigt und das Kondensat von; dort in· unmittelbarem Kontakt mit der Wärmeträgerflüssig- an den Gefäßwänden wieder herunter zum Reaktorkeit stehend im Reaktorgefäß untergebracht werden. 35 kern zurückfließt (vgl. die Pfeile im Gefäß). Dann müssen aber insbesondere für die Be- und Ent- In F i g. 2 ist das oben erläuterte Schaltungsprinzip ladung des Kerns Schleusen im Gefäß vorhanden für einen schnellen Reaktor mit Brutmantel konsein. Vorzuziehen ist eine Lösung, bei der für alle struktiv näher ausgeführt. Zunächst bezeichnet 1 das Elemente des Reaktofkerns hohle, von außen her zu- Reaktorgefäß, 8 die Kapillarauskleidung an der gängliche Einstülpungen des Gefäßbodens vorhanden 40 Gefäßinnenwand, 9 die rohrförmigen Taschen zur sind, die in ihrer Gesamtheit einen kompletten Reak- Aufnahme der Elemente der Spaltzone, 10 die rohrtorkern einschließlich Moderator- und Reflektorteil förmigen Taschen zur Aufnahme der Elemente der repräsentieren und in die die betreffenden Elemente Brut- bzw. inneren Reflektorzone, 11 die Bodenplatte als Einschübe eingesetzt sind. Aus dem Boden des des Reaktorgefäßes, 12 einen Kapillarstruktureinsatz Reaktorgefäßes ragen also eine nach Zahl, Position 45 am Boden des Reaktorgefäßes, 6 Sammel- und Ver- und Form der Komponenten des Reaktorkerns ent- teilerspalt zwischen 11 und 12, 13 die thermische sprechende Anzahl fingerhutartiger Taschen oder Abschirmung unterhalb der Bodenplatte, 14 eine Fächer auf, deren Mündungen im Gefäßboden liegen. Kammer zur Aufnahme der Lademaschine 15, welche Die Taschen nehmen die Kernbrennstoff- sowie ge- als zylindrisches Gefäß exzentrisch um die Symmegebenenfalls die Moderator- und Reflektorelemente 5° trieachsel6 drehbar gelagert ist, 17, 18 Ein- und wie auch die Regel- und Kontrollorgane des Reak- Austrittsschleusen der Lademaschinenkammer und tors auf und sind entsprechend durch lösbare Stopfen der Lademaschine, 19 den seitlichen Reflektormantel verschlossen. Gegenüber der erstgenannten Version, des Reaktors, 20 die seitliche thermische Abschirbei der die Hüllen der Realktorkomponenten selbst mung des Reaktorkerns, 21 eine Anzahl ringförmig die Kapillaren besitzen, sind jetzt die Hüllen der 55 um den Reaktorgefäßoberteil verlaufender Wärme-Komponenten glatt ausgeführt, während die Außen- tränsportkammern, 22 einen glockenartigen Kühlwände der Taschen die Kapillaren tragen. Der unver- spalt zur Abführung oder sonstigen Ausnutzung der meidliche Spalt zwischen den Hüllen der Reaktor- Kondensationswärme, 23, 24 Ein- und Äustrittskomponenten und der Innenwand der Taschen wird stutzen des Kühlspaltes, 25 die thermische Abschirmit Helium zur besseren thermischen Ankupplung ⁶o mung des Reaktorgefäßoberteiles, 26 Rohre zur ausgefüllt. Aufnahme der Regelstäbe, 27 eine Bühne zur Mon-Die näheren Einzelheiten der oben beschriebenen tage der Regelstabantriebsmotoren 28 und deren Reaktorkonzeption sowie Ausführungsbeispiele dazu Übersetzungsgetriebe, 29 Bolzen zur Verbindung von werden nachstehend an Hand der Zeichnung erläu- Reaktorgefäß und Ladekammer durch Flanschvertert. Es zeigt 65 bindung, la einen dichtgesohweißten Stutzen zur Fi g. 1 die Reaktorkonzeption in ihrem Schaltungs- eventuellen Druckkorrektur im Reaktorgefäß, und prinzip, 30, 31 die Traglager- und -stützen der gesamten Fig. 2 eine Ausführungsform des Reaktors nach Reaktoreinheit. '

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Aus Gründen der Vereinfachung der Darstellung rohrförmigen Taschen zur Aufnahme der genannten sind am Gefäßoberteil nur für eine Seite die Wärme- Elemente — im folgenden Kapillarrohre genannt — transportkammern und die angrenzenden Bauten dar- eingelassen. Sie ragen mit der Unterseite ein Stück gestellt worden. Weiter wird die Reaktoreinheit aus der metallischen Abschlußplatte 34 des Gefäßes noch von einem zweiten Gefäß umschlossen, und auf 5 heraus und sind im übrigen an der Bodenplatte 11 dieses Gefäß folgt noch die biologische Abschirmung. gasdicht verschweißt. Wie ersichtlich, sind die Kapil-Der vorliegende Reaktor ist für den Betrieb auf larrohre des Kerns als Fingerhutrohre ausgebildet, der Erde (im Schwerefeld) bestimmt. Eine Vorstel- deren obere Enden durch eine distanzhaltende Verlung vom Umfang der Anlage gibt die nachfolgende strebung 35 miteinander verbunden sind. Die Auf-Datenaufstellung des Reaktors, der für eine ther- io nahmerohre 26 der Regelstäbe hingegen, die auch als mische Leistung von 2 MW ausgelegt ist. Die Daten Abschaltstäbe betrieben werden können, durchstoßen sind nicht optimiert und nur überschlägig berechnet. den Oberteil des Reaktorgefäßes 1 sowie die Wärmetransportkammern 21 und führen zu den Antriebs-

Gefäßhöhe etwa 130 cm Stationen. Auch die Aufnahmerohre der Regelstäbe

Gefäßdurchmesser etwa 64 cm ₁₅ besitzen Kapillaren, wie erwähnt. Die Regelstabrohre

Gesamthöhe _und die Kapillarrohre bestehen aus Zr-INB.

(Gefäß und Ladekammer) .... etwa 300 cm Dj_e Wärmetransportkammern 21 in F i g. 2 bilden, Anzahl der Brennstoffelemente .. 318 jede für sich, Wärmeröhren. Sie enthalten demgemäß Anzahl der Brutstoffelemente ... 204 eine Kapillarstruktur sowie eine Quantität Wärme-Anzahl der Regelstäbe 12 ₂₀ trägermedium. Sie haben die Aufgabe, die Wärme-

Kernbrennstofftyp UC, hoch ange- belastung der Reaktorgefäßwand (etwa 130 Watt/cm2)

reichert mit U 235 verlustarm auf leichter ausnutzbare Werte (etwa 50 (oder UC-ZrC, bis 70 Watt/cm²) herabzusetzen. Jede Wärmetranshoch angereichert) portkammer ist mit einem Stutzen ausgestattet (vgl. Kernbrennstoffbeladung ₂₅ stutzen 36), über den der für die jeweilige Wärme-

des Reaktorkerns 135 kg belastung günstige Kammerbetriebsdruck stationär

Verhältnis Kernbrennstoffvolumen eingestellt werden kann. Auf diese Weise ist es auch

zu Reaktorvolumen etwa 45 Vo möglich, die Kondensation im Reaktorgefäß, insbe-

Brutstofftyp UO₂, nicht ange- sondere die Lage der Kondensationszone festzulegen.

reichert ₃₀ Zur Ausnutzung der Wärme im Kühlspalt 22 kom-

Durchmesser _men bei den gegebenen Temperaturen (etwa 1000° C)

der Kernbrennstoffzone etwa 31 cm praktisch nur Gase, z.B. Stickstoff, in Frage. Der

Gefäßbetriebsdruck 200 Torr Spalt könnte aber auch zur Durchführung chemischer

Wärmeleistung an der Oberfläche Reaktionen dienen. Der Kapillareinsatz 12 am Bo-

der Aufnahmerohre der Kern- _{35 den} des Reaktorgefäßes besteht aus Wolfram mit

brennstoff elemente etwa 46 Watt/cm² _einer p_orosität von > 50%. Er kann auch aus einer

Temperatur im Inneren Packung radial oder vertikal geschichteter dünner geder Brennstoffelemente 1300° C _{rippter Drä}hte von 0,3 bis 0,5 mm Durchmesser beTemperatur an der Oberflache _stehen. _Für den Betrieb des Reaktors im Schwereder Taschen zur Aufnahme _{40 feld sind} Kapillaren an der Innenwand des Reaktorder Brennstoffelemente (bzw. gefäßes prinzipiell nicht erforderlich. Die Behälter-Dampftemperatur) etwa 1156 C _wand könnte glatt ausgeführt werden. Die Kapillaren

Warmetrager Lithium _{bieten aber auch hier zwei} wesentliche Vorteile:

Erstens ist eine Kapillarkondensation möglich; zwei-

Das Reaktorgefäß 1 besteht aus Zr-INb. Es 45 tens wird das Kondensat gleichmäßig und praktisch kommt auch eine hochwarmfeste Legierung auf tropffrei zurückgeführt. Für Weltraumanwendungen Nickelbasis in Frage, doch muß dann die Innenwan- muß demgegenüber eine Kapillarbeldeidung der obendung zum Schutz gegen Korrosion mit einer Zr-I NB- genannten Art oder audh eine Struktur mit direkt in die Schicht versehen werden. Bei Zr-INB als Wand- Wandung eingearbeiteten Rillen vorgesehen werden, material ist die Außenwand zweckmäßig noch mit 5° Die Lademaschine des Reaktors ist auf dem Schultereiner Plattierung aus einer Legierung unedler Metalle lager 37 drehbar gelagert und über die drei Arme 38 ausgestattet. Der Kühlspalt 22 ist durch drei senk- für die jeweilige Ladeposition mit der oberen Wand recht auf der Spaltwand und radial nach außen ent- der Lademaschinenkammer 15 verriegelbar. Um die lang der Gefäßwölbung verlaufende Trennwände in Außenwand der Lademaschinenkammer ist ein Kühldrei Sektoren unterteilt, die eigene Ein- und Aus- 55 mantel 39 gelegt, der über die Ein- und Austrittsrohre trittsstutzen besitzen. Die Bolzen 29 der Flansch- 40, 41 mit strömendem Kühlwasser beaufschlagt wird, verbindung von Ladekammer und Reaktorgefäß sind Ferner steht die Kammer mit einer Leitung 42 zur an der Bodenplatte verschweißt und durch Kappen Versorgung mit Helium in Verbindung. Das Helium-32 gasdicht abgedeckt. Zwischen die Flanschkurven gas füllt nicht nur die Lademaschinenkammer, sonist eine thermische Isolierung 33 eingefügt. 6o dem auch — wie erwähnt — die Kapillar- und

Im folgenden werden einige Besonderheiten der Brenn-, Brutstoff- und Regelelemente.

Reaktionseinbauten näher beschrieben. Im folgenden wird nun ein Kapillarrohr des Brenn-

Der Kapillareinsatz 12 am Boden des Reaktor- stoffkerns an Hand der F i g. 3 bis 5 näher beschrie-

gefäßes, ferner die erwähnte Bodenplatte 11 und ben.

schließlich die darunter befindliche thermische Iso- 65 Gemäß Fig. 3 ist das einzelne Kapillarrohr als

lierschicht 13 sind vielfach gelocht. Zahl und Ort der zylindrisches, oben geschlossenes fingerhutartiges

Löcher entspricht Zahl und Ort der Brennstoff-, Rohr ausgebildet und an der Außenseite mit einer

Brut- und Regelelemente. In die Löcher sind die Vielzahl achsparalleler Kapillarrillen 43 ausgestattet.

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Bei einem Außendurchmesser von 14,5 mm sind ins- Ähnlich wie die Kapillarrohre der Spaltzone sind

gesamt 169 Kapillarrillen vorhanden. Wie dazu auch die Kapillarrohre der Brutzone ausgebildet und Fig. 4 besonders deutlich zeigt, sind die Kapillar- gefüllt. Bei einem Außendurchmesser von 28 mm rillen direkt in die Rohrwand eingeschnitten und von weisen sie 340 Kapillarrillen der beschriebenen Form rechteckigem Querschnitt. Die Tiefe der Kapillaren 5 auf. Als Brutstoff dient UO₂.

beträgt 0,4 mm, die Breite 0,15 mm; die Teilung ist Der Horizontalschnitt durch den gesamten Reak-

zu 0,25 mm gewählt. torkern nach F i g. 6 zeigt Verteilung und Gruppie-

Das Kapillarrohr enthält mehrere artverschiedene rung der Kapillarrohre der Spaltzone und des Brut-Füllungen. Es werden sechs Zonen A bis F unter- mantels. Es sind jeweils drei Rohre auf den Ecken schieden. Die Zone A enthält einen Körper aus Re- io eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet. In der Spaltflektormaterial, z. B. BeO, die Zone B enthält den zone beträgt die Rohrdistanz 16,5 mm, von Mitte zu eigentlichen Brennstoff 44, die Zone C enthält einen Mitte in der Brutzone beträgt sie 32 mm. Die doppelt Körper 45 wieder aus Reflektormaterial (eventuell umrandeten Positionen stellen die Aufnahmerohre 26 auch UC-ZrC, nicht angereichert), die Zone D ent- der Regelstäbe dar. Für Reaktoren in Weltraumfahrhält einen Füllkörper 46 aus Strukturmaterial, z. B. 15 zeugen wird ein Gitter von der in Fig. 7 dargestell-Nb-Zr, die Zone E enthält einen Körper 47 aus ther- ten Form vorgeschlagen. Bei gegenüber F i g. 6 unmisch isolierendem Material, und die Zone F enthält veränderter Spaltzone wird der Brutmantel durch den automatisch bedienbaren Rohrverschluß 48. einen mehrteiligen, d. h. aus mehreren sektorartigen

Das Brennstoffelement 44 ist mit einer Schutzhülle metallisch umhüllten Blöcken 55 bestehenden Re-49 aus Zr-INb ausgestattet. Zwischen Hülle und Ka- 20 flektor ersetzt. Die Blöcke weisen innen mit Längspülarrohr ist der Spalt 50 von 0,1 mm belassen, der kapillaren versehene, zur Kühlung dienende Kanäle mit dem erwähnten Heliumgas ausgefüllt ist. Als 56 auf; Kanäle 57 zur Aufnahme von Befestigungs-Kernbrennstoff dient UC oder UC-ZrC. ankern und Kanäle 58 zur Aufnahme der Aufnahme-Die Rohrzone D erstreckt sich über die Boden- rohre 26 der Regelstäbe. Die seitlichen Begrenzungsplatte 11, den SammeJ- und Verteilerspalt 6 und den 35 wände der Blöcke weisen ebenfalls zur Achse des Kapillareinsatz 12. Reaktorgefäßes 1 parallele Kapillaren auf, die der

Den Füllzonen A bis F des Kapillarrohres entspre- Reflektorkühlung dienen. ■

ehen Kapillarfunktionszonen a, b, c an der Rohr- Fällt bei einer Ausfuhrungsform des obenbeschrie-

außenseite. Zunächst sei bemerkt, daß sich die Ka- benen Reaktors die Lademaschine weg, so sind die pillaren nicht über die ganze Länge des Rohres er- 30 dargestellten Gitterelemente nicht mehr die Kapillarstrecken, sondern nur bis zur Bodenplatte 11 reichen. rohre, sondern die Brutstoff-, Kernbrennstoff-, Mode-Die Kapillarrohre an dieser Stelle und ferner am un- rator- und Reflektorelemente selbst. Sie sind durchteren Rand der Bodenplatte sind mit der Platte ver- führungslos in das Reaktorgefäß eingebaut. Infolgeschweißt, dessen sind nunmehr ihre Hüllen selbst, mit Kapil-Die Kapillarfunktionszone α entspricht lage- und 35 laren versehen. Bei den Brennstoffelementen und den ausdehnungsmäßig der Füllzone .,4. Da in dieser Zone Regelstabrohren 26 liegen die Kapillaren an der die obere Reflektorabdeckung liegt, ist die Verdamp- Außenseite, bei den Reflektorblöcken zusätzlich noch fung in den betreffenden Kapillaren nur sehr schwach. an den Wänden der durch die Blöcke hindurchgehen-Die Zone α wirkt somit als Flüssigkeitsvorrat für den den Kanäle.

Fall drohender Austrocknung der Kapillaren der Ver- 40 Sowohl das Reaktorgitter nach F i g. 6 als auch das dampferzone. Die Kapillarfunktionszone b stellt die Gitter nach Fig. 7 weist eine sektorartige Gruppieeigentliche Verdampfungsstrecke dar. Sie korrespon- rung der Elemente zur Gitterachse auf. Insgesamt diert mit der Füllzone B, in der das Kernbrennstoff- werden sechs Gruppen gebildet, die sechs radial verelement liegt. Die Kapillarfunktionszone c schließlich laufende Spalte 59 frei lassen. Am Grunde des Gitters ist Ansaugteil des Kapillarrohres. Sie weist ebenfalls 45 bilden die Spalte Bewässerungsrinnen, die eine gleichnur eine geringe Verdampfungsrate auf. Aus der mäßige Versorgung des Kapillareinsatzes mit Lithiumunterschiedlichen Rohrfüllung resultiert ein Selbst- kondensat sichern.

reguliereffekt der Kapillarversorgung, sei es von oben Im folgenden seien noch die F i g. 8 und 9 be-

oder von unten her. Insgesamt ist der aktive Teil des schrieben, aus denen insbesondere die Gestaltung des Reaktorkerns allseitig mit Reflektormaterial um- 50 Kühlspaltes zwischen Reflektorblock 55 und Regelgeben, stabrohr 26 hervorgeht. Es bezeichnet 61 den Regel-Jedes Kapillarrohr hat eine Höhe von etwa 60 cm, stab, 26 das Aufnahmerohr des Regelstabes, 63 den gemessen von der Bodenplatte. Von dieser Länge ent- Ringspalt zwischen Stab und Rohr, 64 die Reflektorfallen 15 cm auf den Ansaugteil c (also 10 cm auf den wand im Bereich des Regelstabes, ausgebildet als Kapillareinsatz 12 einschließlich Verteilerspalt 6 und 55 Rohr, 65 den Ringspalt zwischen Reflektorwand 64 5 cm auf den Reflektorkörper 45), weitere 30 cm auf und Aufnahmerohr 26 und 66, 67 die obere und den Verdampferteil b (also das Brennstoffelement) untere Wandung des Reflektorblockes, und 15 cm auf Vorratsteil α (also den oberen Reflek- Wie Fig. 9 besonders deutlich zeigt, sind die torkörper). Rohre 64 und 26 an einander zugekehrten Seiten mit In der Kapmanrohrvariante nach Fig. 5 ist gezeigt, 60 Längskapillaren ausgestattet, durch die sich das Kondaß die Elemente an Stelle von Rillen auch mit einer densat des im Reaktor verwendeten Kühlmediums porösen Schicht 51 aus Metallschwamm, z. B. W, bewegt. Der frei gelassene Ringspalt 65 dient als ausgestattet werden können, wobei der Schwamm Dampfraum. Der Spalt 63 zwischen dem Regelstab durch Längsdrähte 52 unter Bildung des Kapillar- 61 und dessen Aufnahmerohr 26 ist glatt gehalten raumes53 von der Hülle distanziert ist. Die Metall- 65 und mit Helium zur Wärmeabfuhr gefüllt. Das beschwammschicht wird zweckmäßig in einer Stärke sagte Rohr ist am unteren Ende in der gleichen Weise von.0,3 mm oder mehr und der Draht in einer Dicke ausgeführt und befestigt, wie die Rohre zur Aufvon 0,1 mm oder mehr ausgeführt. nähme des Brennstoffes; jedoch ist der Ansaugteil 68

des Rohres etwas kürzer gehalten. Der Ansaugteil ist kapillar an den in F i g. 2 mit 12 bezeichneten Kapillarstruktureinsatz angeschlossen.

Die Wärmetransportkammern weisen in einer anderen Ausführungsform eine flaschenhalsartige Quer-Schnittgestaltung auf, so daß -kuhlrippenartige Gebilde von der Art der Kühlrippen eines Explosionsmotors entstehen. Die Rippen werden dann tangential oder frontal von Kühlgas angeströmt.

Ferner kann oberhalb des Reaktorkerns ein konischer, mit der Öffnung nach oben weisender Fangteller eingebaut werden, welcher herabtropfendes Kondensat vom Reaktorkern fernhält. Da der Teller im Dampfstrom liegt, wird das von ihm aufgefangene Kondensat wieder zur Verampfung gebracht.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Heterogener Siedekernreaktor, dessen Reaktorkern im unteren Teil eines gasdichten, druckfesten, allseitig geschlossenen und an seinem oberen Ende kuppelartig ausgebildeten Gefäßes angeordnet ist, dessen Kühlmittel den Reaktorkern von unten nach oben durchströmt, in diesem verdampft, im oberen Teil des Reaktorgefäßes kondensiert und von dort innerhalb des Reaktorgefäßes zur Unterseite des Reaktorkerns zurückströmt und bei dem innerhalb des Reaktorgefäßes Mittel zum Erzwingen des Kühlmittelumlaufes vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenwand des Reaktorgefäßes (1) vertikal verlaufende, von der Kuppel in den unteren Teil des Reaktorgefäßes reichende Kapillaren (4) angeordnet sind, die entweder mit einem am Boden des Reaktorgefäßes befindlichen Kapillarstruktureinsatz (12) in Verbindung stehen oder mit ihren unteren Enden in das am Boden des Reaktorgefäßes sich ansammelnde Kondensat eintauchen, und daß die Kuppel des Reaktorgefäßes außen von einer Kühleinrichtung (5) umgeben ist.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillaren entweder als Rillen oder als Kanäle einer gerippten oder porösen Auskleidung (8) entlang der Gefäßwände, beginnend "im Scheitelpunkt der oberen Kuppel und endend an dem Kapillarstruktureinsatz (12) der Bodenplatte (11) des Reaktorgefäßes (1) ausgebildet sind.

3. Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine — nach Zahl, Position und Form den Elementen des Reaktorkerns entsprechende und in ihrer Gesamtheit den Reaktorkern (2) ausmachende — Anzahl von außen zugänglicher, fingerhutartiger Taschen (9, 10), die den Kernbrennstoff, gegebenenfalls auch den Moderator und Reflektor, in Gestalt auswechselbarer Einschübe aufnehmen, mit ihren Mündungen in der Bodenplatte (11) des Reaktorgefäßes (1) befestigt ist und daß die Taschen (9, 10) an ihrer Außenwand mit Kapillaren ausgestattet sind.

4. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Dampfraum des Reaktorgefäßes (1) oberhalb des Reaktorkerns (2) ein konisch nach unten zugespitzter Fangteller mit Kapillarstruktur an der kernabgewandten Seite angeordnet ist.

5. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung (5) aus am Reaktorgefäß (1) außen anliegenden Wärmetransportkammern (21), in denen Kapillarstrukturen angeordnet sind und die Wärme durch Verdampfung und Kondensation von Flüssigkeit transportiert wird, und einem diese umgebenden Kühlkanal (22) besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1362 881.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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