DE1285630B - Siedewasserkernreaktor - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Siedewasser- fügig angereichertes Uran und vermindert die Brennkernreaktor, in dem der aktive Kern aus einem stoff- und Kapitalisten sowie die Größe des Druck-Kochkesselbereich und einem Dampfüberhitzer- gefäßes. Es wird verbesserte nukleare Stabilität bereich besteht, bei dem im Kochkesselbereich erhalten, da keine große Dichteänderung des Mode-Wasser als Moderator und Kühlmittel dient, der 5 rators erfolgt.

Moderator im Überhitzerbereich fest ist und sowohl Die Verwendung eines festen Moderators in dem

im Kochkesselbereich als auch im Oberhitzerbereich Überhitzerbereich bringt noch eine Anzahl weiterer Brennelemente angeordnet sind. Vorteile gegenüber Wasser als Moderator mit sich.

Bekannte wassergekühlte Kernreaktoren haben Der feste Moderator kann ohne weiteres die Temsich infolge der ausgezeichneten Bremseigenschaften io peratur des Wasserdampfes oder höhere Temperatudes Wasserstoffes und der zufriedenstellenden Kühl- ren annehmen, wodurch die Notwendigkeit zur kennwerte des Wassers als günstig erwiesen. Zu den Isolation zwischen dem Dampf und dem Moderator Nachteilen der wassergekühlten Reaktoranlagen ge- sowie auch für Kühlung des Moderators wegfällt, hört jedoch die praktisch bedingte Begrenzung der Dies vereinfacht die Kernkonstruktion und verminmaximalen Wasser- oder Dampftemperaturen auf 15 dert Wärmeverluste. Die Beseitigung der Isolation unterhalb etwa 316° C. Somit liegen die Dampf- zwischen Dampf und Moderator dient weiterhin bedingungen in Kraftanlagen mit wassergekühlten dazu, die Neutronenwirtschaftlichkeit durch Beseiti-Reaktoren beträchtlich unter den Bedingungen der gung von Neutronenfangstoff zu verbessern. Ändenormalen Praxis in modernen herkömmlichen Kraft- rangen der Temperatur eines festen Moderators anlagen. Die Gesamtwirkungsgrade solcher Anlagen 20 haben keine große Wirkung auf das Bremsvermögen sind entsprechend niedrig. wie bei der Verwendung von Wasser als Moderator.

Überhitzung ist eine Möglichkeit zur Verbesserung Außerdem ist kein Druckausgleichssystem zwischen der Dampfqualität, sowohl mit Öl und Kohle be- dem Dampf und dem Moderator erforderlich, heizte Überhitzer als auch nukleare Überhitzer sind Die französische Patentschrift 1141064 beschreibt

bei Kernreaktoren angewendet worden. Bei nukle- 25 einen Siedewasserkernreaktor, bei dem der Modearer Überhitzung ist der Überhitzer ein aktiver rator im Überhitzerbereich fest ist. Jedoch umhüllt Bereich des Brennelemente enthaltenden Reaktor- der Moderator als einheitlicher Ring den gesamten kerns. Bisher wurde Wasser als am besten geeigneter Verdampferbereich und ist von Bohrungen durchModerator für den Überhitzerbereich in wasser- setzt, die Rohre aufnehmen, in derem Inneren der gekühlten Reaktoren infolge der Einfachheit des 30 zu überhitzende Dampf an Brennelementen vorbei-Umgangs mit einer einzigen Flüssigkeit betrachtet. strömt. Falls die Umhüllung des Moderators aus Jedoch ist dabei eine Anzahl Nachteile vorhanden. irgendeinem Grande leckt, muß der gesamte Mode-Falls Wasser für den Moderator verwendet wird, rator entfernt und ersetzt werden, muß es von dem zu überhitzenden Dampf isoliert Aus der USA.-Patentschrift 2 798 848 ist es be-

werden, um Wärmeverlust aus dem überhitzten 35 kannt, einen Reaktorkern aus stabförmigen, einzeln Dampf zu verhindern. Da in jedem Fall beträcht- auswechselbaren Brennelementen zusammenzusetzen, liehe Wärmemengen als Moderator im Überhitzer- in deren Innerem in einem Bad aus flüssigem Natrium bereich verwendeten Wasser absorbiert ist, muß es pillenförmige Körper aus festem Moderatormaterial umgewälzt und außerhalb gekühlt werden. Falls die mit Abstand übereinandergeschichtet sind. Die Wärme an eine gesonderte Kühlmittelströmung 40 Moderatorpillen weisen Nuten auf, in die Brennstoffabgeleitet wird, ist ein zusätzliches Rohr- und Pump- ringe eingelegt sind, sowie eine zentrale Bohrung system erforderlich. Weiterhin müssen ziemlich für den Durchtritt des flüssigen Natriums. Die bekomplizierte Dichtungen und Durchflußwege für kannten Brennstoff-Moderator-Elemente besitzen an das Wasser vorgesehen werden. Ein anderer Nachteil ihrer oberen Stirnfläche Öffnungen für den Austritt des Wassermoderators besteht darin, daß die erfor- 45 der Spaltgase und werden in ein flüssiges Kühlmittel derliche Wärmeisolation zwischen dem Wasser und eingetaucht.

dem Dampf dazu führt, die Neutronenwirtschaft- Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei

lichkeit des Systems infolge Neutronenabsorption einem Siedewasserkernreaktor unter Verwendung zu verhindern. Ein fester Wärmeisolierstoff, der von festem Moderator im Überhitzerbereich, die bei einen kleinen Wirkungsquerschnitt für Neutronen hat 50 der bekannten Ausbildung des Moderators als ein- und gleichzeitig widerstandsfähig gegen Strahlen- heitlichem Ring auftretenden Nachteile hinsichtlich schaden sowie undurchlässig für Wasserdampf ist, der Auswechselbarkeit bei Leckfehlern zu vermeiden, wurde bisher noch nicht entwickelt. Wenn dünne Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß der

Wände zur Trennung des Dampfes und des flüssigen feste Moderator im Überhitzerbereich die Form von Moderators verwendet werden, müßten der Mode- 55 einheitlichen, einzeln auswechselbaren Blöcken hat, ratorbereich und der Dampfbereich im Überhitzerteil von denen jeder einzelne einen dampfführenden auf etwa gleichem Druck gehalten werden, um ein Kanal umschließt, in dem die Brennelemente ange-Bersten oder Zusammenstürzen der Wände zu ver- ordnet sind. Wenn die Menge spaltbaren Materials meiden. Schließlich rufen bei der Verwendung von in jedem Brennelement im wesentlichen gleich ist, Wasser als Moderator Änderungen der Moderator- 60 ergibt sich eine gleichmäßige radiale Leistungstemperaturen große Änderungen der Moderator- verteilung.

dichte und des Bremsvermögens hervor, wodurch Der feste Moderator kann aus Graphit, Beryllium

nukleare Unstabilitäten entstehen. (Metall oder Oxyd) und Metallhydriden ausgewählt

Die Benutzung eines Überhitzers mit einem festen werden. Die Graphittechnik ist weit fortgeschritten, Moderator liefert demgegenüber sehr hohe ther- 65 jedoch ist die erforderliche Kerngröße größer als mische Wirkungsgrade in der Größenordnung von bei den anderen Stoffen, Berylliumoxyd ist interes-40%, ermöglicht die Anwendung von Dampf- sant, weil es unplattiert oder nicht überzogen in einer turbinen üblicher Konstraktion, erfordert nur gering- Wasserdampfatmosphäre verwendet werden könnte.

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Jedoch ist die Technologie des Berylliumoxyds noch Schutzumhüllung oder -auflage vorgesehen werden, nicht so weit fortgeschritten, und die Kosten würden Vier mögliche Herstellungsverfahren können benutzt größer sein als für die anderen festen Stoffe. Das werden, und zwar In-situ-Hydrierung eines geHydrid wird bevorzugt, weil die größere Bremsdichte kapselten Zirkoniumformstückes, gemeinsame Ausvon Wasserstoff zu einer kleineren Kerngröße führt. 5 oder Strangpressung des Hydrids mit der Umhüllung, Die Verwendung von Metallhydrid ermöglicht auch Kontaktlegierungshartlöten und isostatische Druckeine räumlich unterschiedliche Wasserstoffdichte in bildung der Umhüllung oder Auflage an dem Hydrid, dem Moderator. Auf diese Weise kann beträchtliche Der oben beschriebene Siedewasserkernreaktor Flußausgleichung in radialer und axialer Richtung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erreicht werden, indem die Wasserstoffdichte ge- ίο erläutert. Es zeigt

wohnlich in radialer und axialer Richtung in ab- Fig. 1 eine teilweise als Schnitt dargestellte nehmender Konzentration eingestellt wird. Es wird Gesamtansicht einer Ausführungsform des Überbemerkt, daß der Begriff »Hydrid« sowohl das leichte hitzersiedewasserreaktors,

Wasserstoffisotop der Masse 1 als auch das schwere F i g. 2 einen vergrößerten Schnitt der unteren Deuteriumisotop der Masse 2 umfaßt. Bei dem Deute- 15 Gitterplatten des Reaktors der Fig. 1,

rid werden infolge seines kleineren Neutronenfang- F i g. 3 einen teilweise als Ansicht dargestellten

querschnitts die Anforderungen an die Brennstoff- Schnitt durch F i g. 2,

anreicherung verringert, und es kann wenigstens F i g. 4 einen teilweise als Draufsicht gezeichneten

in gewissen Teilen des Kerns natürliches Uran ver- Schnitt durch den Kern des Reaktors nach der wendet werden. 20 Fig. 1,

Das Metallhydrid kann aus den zuvor betrachteten F i g. 5 einen vergrößerten Schnitt eines Quadran-

oder anderen zur Anwendung bei Kernreaktoren ten der Fig. 4 zur Darstellung der Reaktorkern-

benutzten Metallhydriden gewählt werden. Der anordnung,

Metallteil dieser Hydride hat vorzugsweise einen F i g. 6 eine vergrößerte Einzelheit aus F i g. 5,

verhältnismäßig geringen Einfangquerschnitt für 25 F i g. 7 eine teilweise geschnittene perspektivische

thermische Neutronen. Ferner sind diese Hydride Ansicht eines Brennelementes,

bei erhöhten Temperaturen verhältnismäßig stabil. F i g. 8 eine perspektivische Ansicht der Über-

Zu den verwendbaren Hydriden gehören die Hydride hitzerbrennstäbehalterung des in F i g. 7 dargestellten

des Lithiums, Kalziums, Yttriums, Niobiums, Vana- Brennelementes,

diums, Tantals, Titans und Zirkoniums. Zirkonium- 30 F i g. 9 ein schematisches Strömungsschaubild zur hydrid ist das am besten bekannte und am meisten Veranschaulichung der Arbeitsweise der Reaktorangewandte Hydridsystem, und seine Anwendung anlage,

wird infolgedessen bevorzugt. Zirkoniumhydrid hat Fig. 10 einen Grundriß einer anderen Ausfüh-Oxydationseigenschaften, die sich nur wenig von rungsform des Überhitzerbereiches des Reaktors und denen des Zirkoniums selbst unterscheiden. Massives 35 Fig. 11 einen Schnitt durch Fig. 10.
Zirkoniumhydrid hat eine bessere Wärmeleitfähigkeit Gemäß F i g. 1 hat der Reaktor einen Kern 1 in als Zirkonium und eine höhere Wasserstoffdichte als Form eines geraden Kreiszylinders mit einem zentral gesättigter Wasserdampf bei 316⁰C. Daher sind angeordneten Überhitzerbereich 2, einem ringförmikleine Kerngrößen, die bisher nur mit wassermode- gen Kochkesselbereich 3 und einem umgebenden rierten Reaktoren erreicht wurden, bei der Verwen- 4° Reflektor 4. Obgleich sich der Überhitzerbereich dung von Zirkoniumhydrid als Moderator möglich. darstetllungsgemäß in der Mitte befindet, kann er ZrH₂ hat auch die doppelte endgültige Festigkeit auch am Rand des Kernes angeordnet werden. Wenn von "Zirkonium, obgleich es spröde ist. Obgleich man den Uberhitzerbereich an den Kernrand verlegt, massives Zirkoniumhydrid bessere konstruktive und wo der Neutronenfluß am schwächsten ist, ergibt Wärmeübertragungseigenschaften als pulverisiertes 45 sich gute Neutronenwirtschaftlichkeit. Jedoch hat die ZrH₂ besitzt, ist das pulverisierte Material beträcht- zentrale Anordnung eine Anzahl Vorteile. Die lieh billiger. Zum Schutz von Zirkoniumhydrid gegen zentrale Anbringung sucht den radialen Fluß ausOxydation und Wasserstoffverlust bei erhöhten Tem- zugleichen und somit den gesamten maximalen bis peraturen muß es plattiert oder überzogen oder in durchschnittlichen Abbrand zu vermindern. Die einer reduzierenden Atmosphäre gehalten werden. 5° Isolation des Überhitzungsbereiches wird leicht Eine große Anzahl Metalle und Metallegierungen erreicht, weil nur eine Grenzwand mit einem kleinen sowie Keramik-Metall-Gemische sind zum Plattieren Flächenbereich isoliert werden muß. Die Umwälzung oder Umhüllen von Zirkoniumhydrid verfügbar, oder Rückführung des Kesselwassers wird ohne ein wobei die Verwendung einer speziellen Zusammen- durch den Überhitzerbereich verlaufendes Rohrsetzung nicht wesentlich ist. Bei Anwendungsfällen 55 system erzielt. Schließlich ist die für den Überhitzermit hohen Temperaturen (von mehr als 871° C) bereich erforderliche Durchflußfläche verhältniskönnen Molybdän, Titan und Nickel-Chrom-Legie- mäßig kleiner.

rungen mit ausreichender Oxydationsbeständigkeit Wasser 5 wird als Moderator in dem Kochkesselbenutzt werden. Für Temperaturen in dem Bereich bereich und als Reflektor verwendet. Zirkoniumvon 538 bis 649° C, d. h. in dem hauptsächlich 60 hydrid ist der feste Moderator in dem Überhitzerinteressierenden Bereich, können Zirkoniumlegierun- bereich. Der in dem Kochkesselbereich erzeugte gen und die austenitischen oder ferritischen nicht- Wasserdampf gelangt durch Naßreiniger oder Dampfrostenden Stähle, im besonderen die 300-Reihe, wie abscheider nach oben in einen Dampfdom oder z. B. die Typen 304 und 347, in sehr zufrieden- -sammler 6 und, wie durch Strömungspfeile markiert stellender Weise als direkte Schutzumhüllung ver- 65 ist, in den zentral angeordneten Überhitzerbereich, wendet werden. Wenn es infolge der auftretenden In diesem zusammenhängenden Kanal strömt er Temperaturen erwünscht ist, kann auch eine metal- nach unten in eine Dampf- oder Trockenkammer 8 lurgische Bindung zwischen dem Moderator und der und verläßt den Kern durch Dampfausströmleitun-

gen 9. Das Speisewasser wird von unten nach oben
durch den Kochkesselbereich des Kerns mittels vier
Pumpen in äußeren Schleifen umgewälzt. Das Speisewasser wird durch eine Einströmleitung 10 zugeführt
und durch eine Ausströmleitung 11 abgeleitet, nachdem es durch Mitreißseparatoren 12 verlaufen ist.
Von der gesamten Reaktorleistung werden angenähert 25°/o in dem Überhitzerbereich und der Rest
in dem Kochkesselbereich entwickelt. Der Druckbehälter 13 ist aus mit nichtrostendem Stahl plattier- io bereich lagert, ist mit einer verjüngten hohlen Düse ten Kohlenstoffstahl hergestellt. Eine Ausnahme 34 verschweißt, die in dem unteren Abschnitt 35 der bildet das Austrittsende der Überhitzerdüse 14, das unteren Gitterplatte sitzt. Das Regelstabführungsrohr vollständig aus nichtrostendem Stahl besteht. Die 30 erstreckt sich in den unteren Abschnitt 35 der Innenwand des Drackbehälters ist auch mit nichtrostendem Stahl überzogen. Zwei Wärmeabschirmungen 15 und 16, die 25,4 mm bzw. 50,8 mm dick
sind, erstrecken sich um angenähert 25,4 mm oberhalb und unterhalb des Kerns 1 und trennen den
Druckbehälter von dem Kern. Eine weitere Wärmeabschirmung 17 befindet sich in der Nähe des Druck- ao 15 und 16, die Wassereinströmleitungen 10 und die behälterdeckel 18 und trennt diesen von dem Über- Dampf ausströmleitungen 9 sowie der ein Ganzes bilhitzerbereich 2. In der vorliegenden Konstruktion hat dende Kern, der aus dem Kochkesselbereich 3 und der Kernbehälter einen Außendurchmesser von
3,05 m, eine Gesamthöhe von 10,67 m und eine
Wandstärke von 12,7 cm. Der gesamte Druckbehäl- 25
termantel befindet sich im wesentlichen auf der
Temperatur des siedenden Wassers. Der Überhitzerbereich 2 ist von dem Kochkesselbereich 3 durch
einen Isolierbereich 19 getrennt. Die Dampfkammer 8

und die Dampfausströmleitung 9 haben einen Isolier- 30 Isolierbereich 19 zwischen dem Kochkessel- und mantel 20, der gesättigten Dampf enthält, der aus Überhitzerbereich ist deutlich in der vergrößerten,

tretende gesättigte Dampf einen Feststoffgehalt von nur 0,005 Teilchen/10^ß haben.

Die Einzelheiten der Verdampferbrennelemente im Kochkesselbereich und der Regelstabführungs-5 rohre, die in der zweiteiligen unteren Gitterplatte 23 sitzen, sind in F i g. 2 und 3 dargestellt. Das Verdampferbrennelement 22 verläuft durch den oberen Abschnitt 32 der unteren Gitterplatte. Der Rahmen des Brennelements 33, der den aktiven Brennstoff-

Gitterplatte, wo es bei Wärmeausdehnung oder -zu-15 sammenziehung ungehindert gleiten kann. Die Führungsrohre erstrecken sich nicht in den aktiven Kern. In diesem werden die Regelstäbe von den Brennelementen geführt, wie weiter unten erläutert ist. Der Druckbehälter 13, die Wärmeabschirmungen

dem Überhitzerbereich 2 besteht, sind in Fig. 4 deutlich erkennbar.

Aus F i g. 5, die einen vergrößerten Quadranten des in F i g. 4 dargestellten Kerns zeigt, ist ersichtlich, daß das Kerngitter etwa 256 Räume oder Maschen hat, von denen 60 der Überhitzerbereich 2 einnimmt. Der Gitterabstand beträgt 12,7 cm. Der

dem Kochkesselbereich abgezapft wurde. Der die Dampfleitung umgebende Isoliermantel 20 hat einen Faltenbalg 21 für Wärmeausdehnungszwecke. Die Isolation verhindert Wärmeverluste des überhitzten Dampfes an dem Kochkesselbereich und im besonderen von der Dampfkammer 8 an das kalte Speisewasser.
Die Verdampferbrennelemente 22 im Kochkesselabgebrochen gezeichneten Teilzeichnung der F i g. 6 erkennbar. Die Wandung 36 des Überhitzerbereiches und die Wandung 37 des Kochkesselbereiches sind durch gewellten nichtrostenden Stahl 38 getrennt. Die Wellung oder Riffelung verleiht den dünnen Wandungen zusätzliche Festigkeit und nimmt jede Druckdifferenz auf, die aus Druckabfällen in den Wasser- und Dampfströmungskreisen resultiert. Ge

bereich ruhen auf einer zweiteiligen unteren Gitter- 40 sättigter Dampf, der in den Überhitzerbereich von platte 23, die aus einem unteren Teil 35 und einem dem Kochkesselbereich aus eintritt, bildet eine oberen Teil 32 besteht, die die Brennelemente aus- ruhende Isolierschicht zwischen dem Überhitzerrichtet und den größten Teil des Kerngewichtes bereich und dem Kochkesselbereich. In dem darträgt. Die obere Gitterplatte 25 in dem Kochkessel- gestellten speziellen Konstruktionsbeispiel sind das bereich drückt zusammen mit dem Verbindungsstab 45 Brennelement im Überhitzerbereich und das Brerm-26 und der Feder 27 die Verdampferbrennelemente element im Kochkesselbereich quadratisch ausnach unten gegen die Reibungsbelastung des nach
oben strömenden Wassers. Die Überhitzerbrennelemente im Überhitzerbereich sitzen auf einer ein

gebildet.

Das Verdampferbrennelement 22 für den Kochkesselbereich und das Überhitzerbrennelement 39

zigen unteren Gitterplatte 24, welche die Decke der 50 für den Überhitzerbereich bestehen in jedem Fall

Dampfkammer 8 bildet. Die Regelstäbe 28 werden von unten angetrieben, treten in den Druckbehälter durch den Druckbehälterboden 29 ein und werden an der unteren Gitterplatte 23 in Führungsrohren 30 vorbeigeführt, die sich in dem Anfüllraum 31 unterhalb des Kerns zwischen dem Druckbehälterboden 29 und der unteren Gitterplatte 23 befinden.

Die Dampfabscheidung oder Feuchtigkeitsentfernung aus dem gesättigten Dampf wird auch durch

grundsätzlich aus einer Anzahl von parallelen, zylindrischen Brennstoffstiften oder -bolzen 40. Der grundlegende Unterschied zwischen den beiden Brennelementarten ist der feste Moderatorblock 41, der die Brennstoffbolzen in dem Überhitzerbrennelement umgibt. Jedoch ist der Stift- oder Bolzentyp des Brennstoffelementes kein kritischer Faktor, und es können andere Brennstoffelementformen, wie z. B. die bekannten Platten- oder MTR-Typ-Elemente,

übliche Dampfreinigungsvorrichtungen bewirkt, wie 60 oder hohle, zylindrische Elemente mit gleich gutem

die Mitreißseparatoren 12 und die Naßreiniger oder Dampfabscheider 7, die sich im Inneren des Druckbehälterdeckels 18 befinden, oder in Dampf abscheidern erzielt, die außerhalb des Druckbehälters ange-

Erfolg angewandt werden. In gleicher Weise kann das Überzugs- und Baumaterial sowie die Form des Spaltstoffes in weitem Rahmen gewählt werden. Weitere Einzelheiten hinsichtlich des Brennelementes

ordnet sind. Bei einer Wasserreinheit von 1,0 Tei- 65 werden weiter unten gegeben.

len/10⁶ (maximal) im Kesselbereich und einem Die Regelstäbe 28 sind kreuzförmig ausgebildet,

Wassertransport durch die Reinigungsvorrichtung von 0,5% würde der in den Überhitzerbereich ein-

und die dargestellte spezielle Reaktorkonstruktion hat 42 Regelstäbe, welche die Leistung regulieren

und den Reaktor stillsetzen können. 14 Stäbe befinden sich in dem Überhitzerbereich und 28 in dem Kochkesselbereich. Wie man aus Fig. 1 erkennt, erstrecken sich die Stabantriebe von dem Boden des Kerntanks in einen unterhalb des Reaktors liegenden Raum. Die Antriebseinrichtung kann aus einer großen, jetzt verfügbaren Anzahl geeignet ausgewählt werden. Eine zufriedenstellende Antriebsanlage benutzt einen hydraulischen Nullausgleich, der eine Kolbenanordnung gegen einen mechanischen Anschlag hält, und eine einfache Schraubenvorrichtung, die bei Belastungen von nahezu Null arbeitet. Die Kolbenanordnung bewirkt eine Notabschaltung, falls der Reaktordruck oder der Betriebsspeicherdruck fällt. is

Das Überhitzerbrennelement 39 ist in Fig. 7 und 8 dargestellt. Der Brennstoff ist geringfügig (zu etwa 2%) angereichertes Urandioxyd, das als eine kleine gesinterte, feste Tablette (von 12,7 mm Länge und mit 11,56 mm Durchmesser) hergestellt ist. Je- «· doch ist die Brennstoffart nicht kritisch; jede Art von Spaltstoff, wie z. B. Uran- oder Plutoniummetall, Legierungen (z.B. Uran—Thorium, Uran—Molybdän, Uran—Zirkonium, Uran—Aluminium usw.) und keramische Stoffe (z. B. Karbide, Nitride usw.) *5 kann verwendet werden. In gleicher Weise kann der Umhüllungs- und Baustoff in zufriedenstellender Weise aus wasserkorrosionsfesten Materialien von verhältnismäßig niedrigem Einfangquerschnitt für thermische Neutronen ausgesucht werden. Gut geeignete Stoffe sind beispielsweise Aluminiumlegierungen, wie Aluminium—Aluminiumoxyd, Zirkonium und seine Legierungen, Nickel, Titan. Niobium sowie Nickel-Chrom-Legierungen.

Eine Anzahl Brennstofftabletten sind in einem Mantel 42 aus nichtrostendem Stahl mit einer Wandstärke von 0,51 mm eingeschlossen. Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, hat jeder resultierende Brennstoffzylinder einen Schraubenteil 43, auf den ein weiterer solcher Brennstoffzylinder geschraubt wird, und die Brennstoffzylinder werden dann miteinander durch ein Armkreuzgitter 44 verbunden, so daß ein Gesamtbrennstoffstift oder -bolzen 40 entsteht. Die Brennelemente enthalten 36 solche 3.05 m langen Bolzen in einem quadratischen Brennstoffkanal mit einer Seitenlänge von 88,9 mm. Die Bolzen sind an ihren Enden mit einer Brennstofftragplatte 45 verbunden. Ein einheitlicher auswechselbarer 15,24 mm starker Moderatorblock 41 aus Zirkoniumhydrid, der mit 0.254 mm starkem nichtrostendem Stahl 46 plattiert oder überzogen ist. umgibt die 36Brennstoffbolzen bildrahmenförmig und bildet einen dampfführenden Durchflußkanal. Der äußere Rahmen 47 des Überhitzerbrennelementes besteht in dieser Ausführungsform ebenfalls aus nichtrostendem Stahl. Jedoch kann auch jedes der obenerwähnten Metalle verwendet werden. Durch Ausbildung einer öffnung an der unteren Gitterplatte wird eine kleine Dampfmenge auch zwischen den einzelnen Überhitzerbrennelementen umgeleitet, um angemessene Abkühlung des Moderators zu gewährleisten. Die dargestellten Überhitzerbrennelemente ermöglichen im Bedarfsfall die Entfernung des Moderators aus dem Kern.

Gesättigter Dampf tritt in das Überhitzerbrennelement durch einen Einströmkanal 48 in dem oberen Abschlußelement 49 oberhalb des Kerns ein und verläßt dieses durch eine Öffnung 50 in dem verjüngten, hohlen unteren Abschlußelement 51, das eine Führung 52 hat, um die Brennstoffbeschickung zu unterstützen. Die durchschnittliche Dampfdurchflußleistung ist 138,26 mkg/sec, und die maximale Temperatur der Umhüllung oder Auflage beträgt angenähert 704° C in dem heißesten Kanal.

Die Außenfläche des Brennelements ist in ihrer Länge bei 53 für den Durchgang von Regelstäben eingekerbt oder ausgespart, und das Überhitzerbrennelement führt somit den Regelstab in dem Kern. Eine Hubwinkelstütze 54 ist mit der Brennstofftragplatte 45 verbunden, und eine Feder 55 ist zwischen der Brennstofftragplatte 45 und dem oberen Abschlußelement 49 angeordnet, um irgendeine Ausdehnung der Brennstofftragplatte aufzunehmen. Ein Gasraum 56 ist oberhalb des Zirkoniumhydridmoderators zur Ausdehnung von Wasserstoff, der sich aus dem Moderator gelöst hat, oder anderer Gase vorgesehen. Der Gasraum kann mit Wasserstoff oder einem inaktiven Gas gefüllt sein. Zusätzliches Zirkoniumhydrid 57 oder anderer Bremsstoff befindet sich in dem oberen Abschlußelement und übt eine axiale Reflektorfunktion aus.

Das Arbeitsströmungsschaubild der Reaktoranlage ist in F i g. 9 dargestellt. Es wird bemerkt, daß ein Siedewasserreaktor mit direktem Arbeitskreislauf dargestellt ist, bei dem die gesamte Wärme durch Sieden, auf das Überhitzen folgt, entfernt wird, wobei der überhitzte Dampf ohne Verwendung eines Zwischenwärmeaustauschers direkt zu der Turbine verläuft. Jedoch kann auch ein Siedewasserreaktor mit indirektem Arbeitskreislauf mit den oben beschriebenen Merkmalen hergestellt werden, wobei zusätzlich zu dem siedenden Wasser ein Teil des erhitzten Kochkesselwassers zu einem Wärmeaustauscher gelangt.

Die folgende Tabelle gibt weitere Einzelheiten des oben beschriebenen Reaktors:

Tabelle

1. Reaktor

Nennwärmeleistung 420 000 kW

Temperatur des einströmenden
Wassers 287^C C

Rückführung (Kessel) 12.5:1

Sattdampftemperatur bei einem
absoluten Druck von 87,5 kg/cm² 300° C

Temperatur des ausströmenden
Dampfes 510⁰C

Gesamtdampfdurchflußgeschwindigkeit bei Nennleistung 77 111 kg/h

Höhe des Kerns 3,05 m

Durchmesser des Kerns 2,74 m

Anzahl der Brennelemente im
Kochkesselbereich 196

Anzahl der Brennelemente im
Uberhitzerbereich 60

Anzahl der Brennstoffbolzen pro
Brennelement 36

Kritische Beschickung 500 kg U-235

υθ.,-Beschickung bei Nennleistung ". 33 800 kg

809 6481556

9 ίο

Brennstoffanreicherung bei Nor- schriebenen Ausführungsform, bei der das massive

malbetrieb - 2 betr. U-235 ZrH₂ ein Teil des Brennelementes selbst ist. In der

Anzahl derRegel-Sicherheitsstäbe 42 vorljegneden Ausführungsform sind Brennelemente

^e (nicht gezeigt) in den Dampffühmngskanälen ange-

Mittlerer Ausströmgeschwindig- ₅ ordnet, die von Dampfführungsrohren 60 gebildet

keitsdurchschnitt (Brennelement werden. Wasserstoffgasdruck witd durch eine Lei-

im Kochkesselbereich) 3,96 m/sec tung 61 hindurch auf Zirkoniumhydridpulver 58 aus-

Ausströmgeschwindigkeitsdurch- geübt, um den Druck des überhitzten Dampfes auf

schnitt (Brennelement im Über- *^e Dampfführungsrohre auszugleichen. Dies ermög-

hitzerbereich) 33,53 m/sec w licht die Verwendung dünnwandiger Dampff ührungs-

_ . . . „ , . rohre und hält die Wasserstoffkonzentration des

Gewicht des Zirkoniumhydnds m Hvdrides aufrecht

dem Kern 725,75 kg ^y

Claims (1)

1. __..,. . _ Patentansprüche:
   2. Dampfturbine und Generator ₁₅

   Elektrische Nennutzleistung .... 150 000 kW _r ^L Siedewasserkernreaktor in dem der aktive

   ° Kern aus einem Kochkesselbereich und einem

   Abgegebene elektrische Brutto- Dampfüberhitzerbereich besteht, bei dem im

   leistung 165 000 kW Kochkesselbereich Wasser als Moderator und

   Dampfdruck an der Turbine .... 84,0 kg/cm² - *> Kühlmittel dient, der Moderator im Überhitzer-

   . bereich fest ist und sowohl im Kochkesselbereich

   Dampftemperatur an der Turbine 510 C ^_{5 auch im} Überhitzerbereich Brennelemente

   SpeisewassertemperaturamReak- angeordnet sind, dadurch gekennzeich-

   tor 191⁰C net, daß der feste Moderator im Überhitzer-

   as bereich die Form von einheitlichen, einzeln aus-

   Ein anderer Überhitzerbereich ist in Fig. 10 und wechselbaren Blöcken hat, von denen jeder ein-

   dargestellt, wobei pulverisiertes ZrH₂ verwendet zelne einen dampf führenden Kanal umschließt,

   wird. Das ZrH₂-PuIVeT 58 ist in einem Behälter 59 in dem die Brennelemente angeordnet sind,

   eingeschlossen, durch den Dampfführungsrohre 60 2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

   verlaufen, so daß ein Kern des Röhrenheizkörpertyps 30 zeichnet, daß die Menge spaltbaren Materials in

   entsteht. Dieser unterscheidet sich von der oben be- jedem Brennelement im wesentlichen gleich ist.

   Hierzu 3Bbtt Zeichnungen