DE1292763B - Schwimmbecken-Kernreaktor - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwimm- becken-Kernreaktor schematisch dargestellt, bei dem becken-Kernreaktor, bei dem die Reaktorspaltzone im Schwimmbecken ein die Spaltzone aufnehmendes im Innern eines vertikalen Gehäuses liegt, das etwa in Gehäuse vorgesehen ist, das an seinem unteren und der Mitte am Boden des Schwimmbeckens angeord- oberen Ende offen ist und von einem Kühlmittelnet ist und eine seitliche obere sowie eine untere Öff- 5 strom von unten nach oben durchströmt wird, wobei nung für den Kreislauf des Kühlströmungsmittels auf- das Kühlmittel durch eine Leitung im Boden des weist und von einer Kühlwassermenge im Kreislauf Schwimmbeckens zugeführt und durch eine Leitung durchflossen ist, der von dem Kreis des Schwimm- seitlich im Schwimmbecken oberhalb der Spaltzone beckenwassers unabhängig ist, wobei kein Bruchteil abgeführt wird. Jedoch ist bei diesem bekannten dieser ein stark aktiviertes Wasser aufweisenden Kühl- io Schwimmbecken-Kernreaktor die Spaltzone und das mittelmenge des erstgenannten Kreislaufes an die Gehäuse an dem unteren Ende eines Gerüsts anfreie Oberfläche des Schwimmbeckenwassers gelangt. gebracht, welches an seinem oberen Ende an einem Kernreaktoren dieser Art sind aus der Österreich!- Verschlußdeckel befestigt ist, der oben auf dem sehen Patentschrift 205 613, dem Directory of Nuclear Schwimmbecken aufliegt und die obere Öffnung des Reactors, Vol. III, 1960, S. 156, und dem ORNL- 15 Schwimmbeckens vollständig überdeckt. Auch bei 2240 Report vom 8. Februar 1957, S. 7 und 8, be- diesem bekannten Schwimmbecken-Kernreaktor ist kannt. es nicht möglich, wie beim Erfindungsgegenstand

Bei dem aus der österreichischen Patentschrift jederzeit Proben der Spaltzone zuzuführen oder die 205 613 bekanntgewordenen Forschungsreaktor ist Elemente in der Spaltzone jederzeit auszuwechseln, die Spaltzone in einem vollständig geschlossenen so Es ist dort vielmehr erforderlich, den die obere öff-Druckbehälter untergebracht, welcher wiederum in nung des Schwimmbeckens abschließenden Deckel dem Wasser eines Schwimmbeckens angeordnet ist. mit dem daran angebrachten Gerüst, an dem die An dem Druckbehälter sind Kühlmitteleinlaß- und Spaltzone befestigt ist, hochzuheben. Da jedoch bei -auslaßrohre angebracht, die zu außerhalb des diesem bekannten Kernreaktor noch eine weitere Schwimmbeckens gelegenen Einrichtungen führen. 25 Leitung von außerhalb oben in das Wasser des Bei dem auf Seite 156 des Directory of Nuclear Schwimmbeckens hineingeführt ist, welche etwas Reactors, Vol. III, 1960, dargestellten Schwimm- oberhalb der Spaltzone in dem Wasser des Schwimmbecken-Kernreaktor ist die Spaltzone in einem all- beckens endet und durch die ein Kühlmittel unter seitig geschlossenen Gehäuse in dem Wasser des Druck in den oberhalb der Spaltzone gelegenen Teil Schwimmbeckens angeordnet. Das Kühlmittel wird 30 des Schwimmbeckenwassers eingebracht wird, besteht dem Reaktor über von außerhalb des Schwimm- die Gefahr, daß eine Durchwirbelung des in dem beckens kommenden Leitungen zugeführt. Schwimmbecken befindlichen Wassers stattfindet, so

Bei dem auf den Seiten 7 und 8 des ORNL-2240 daß das aktivierte Wasser nach oben an die Ober-Report vom 8. Februar 1957 dargestellten Schwimm- fläche des Schwimmbeckenwassers steigt. Auch in becken-Kernreaktor ist die Spaltzone ebenfalls in 35 diesem Fall würden wahrscheinlich zusätzliche Maßeinem vollständig geschlossenen Gehäuse in dem nahmen nach Abheben des Verschlußdeckels mit Wasser des Schwimmbeckens angeordnet, wobei wie- dem Spaltzonengerüst erforderlich sein, um die Bederum durch von außen kommende Leitungen, welche dienungspersonen zu schützen, an dem Reaktorgehäuse angeschlossen sind, diesem Demgegenüber ist bei dem Schwimmbecken-Kern-

das Kühlmittel zugeführt wird. 40 reaktor gemäß der Erfindung jederzeit Zugang zu der

Bei diesen bekannten Schwimmbecken-Kernreak- Spaltzone möglich, ohne daß irgendwelche zusätztoren ist es nicht möglich, in die Spaltzone direkt liehen Arbeiten durchgeführt werden müssen. Proben Proben einzuführen. Außerdem ist eine eventuell können jederzeit durch das Wasser des Schwimmvorzunehmende Auswechselung der Elemente der beckens in die nach oben offene Spaltzone eingeführt Spaltzone sehr umständlich, da hierzu offensichtlich 45 werden, und es ist auch jederzeit ein Auswechseln der das Wasser des Schwimmbeckens abgelassen und das in der Spaltzone enthaltenen Elemente möglich, hochradioaktive, die Spaltzone durchströmende Kühl- Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung

mittel ebenfalls abgeschaltet und aus der Spaltzone betreffende Merkmale sind in den Unteransprüchen entfernt werden muß, bevor, nach einer Deaktivie- aufgeführt.

rung der Spaltzone, Arbeiten im Innern des Spalt- 50 Einige Ausführungsformen der Erfindung werden zonengehäuses durchgeführt werden können. im folgenden beispielsweise an Hand der Zeichnung

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe be- beschrieben; in dieser zeigt

steht darin, einen Schwimmbecken-Kernreaktor der Fi g. 1 eine schematische Ansicht eines Schwimmeingangs genannten Gattung in der Weise zu verbes- becken-Kernreaktors gemäß der Erfindung, sern, daß Proben od. dgl. jederzeit in die Spaltzone 55 Fig. 2 eine Einzelansicht des oberen Teiles der von außerhalb einführbar sind und daß auch even- Spaltzone des Reaktors in vergrößertem Maßstab, tuell erforderliche Auswechselungen der Elemente der F i g. 3 in vergrößertem Maßstab eine Einzelansicht

Spaltzone jederzeit durchgeführt werden können. einer abgewandelten Ausführungsform eines Ge-

Diese Aufgabe wird bei dem Schwimmbecken- häuses mit größeren Querabmessungen als die Reak-Kernreaktor der eingangs genannten Art dadurch ge- 60 torspaltzone,

löst, daß erfindungsgemäß das Gehäuse in an sich F i g. 4 eine weitere abgewandelte Ausführungsbekannter Weise an seinem oberen Ende mit einer form, bei welcher die Kühlmittelmenge im umgekehrüber den gesamten Querschnitt der Spaltzone reichen- ten Sinne strömt wie bei den Anordnungen nach den den horizontalen Öffnung versehen ist, durch die das F i g. 1 und 2 sowie nach F i g. 3, Innere des Gehäuses direkt mit dem oberen Teil des 65 Fig. 5, 6 und 7 weitere Ausführungsformen des Schwimmbeckens in Verbindung steht. Schwimmbecken-Kernreaktors gemäß der Erfindung.

Es ist zwar auf Seite 12 des Directory of Nuclear Zunächst wird auf die F i g. 1 und 2 Bezug ge-

Reactors, Vol. HL. 1960, bereits ein Schwimm- nommen. In Fig. 1 ist der gesamte Aufbau eines

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Schwimmbecken-Kernreaktors mit der Spaltzone 1 dann wieder bei 26 in das Schwimmbecken einzu-

des Reaktors dargestellt, welche von einem Ge- treten.

häuse 2 umgeben ist, das in einem mit einer Wasser- Das Gehäuse 2 kann zur freien Oberfläche des

menge 4 gefüllten Schwimmbecken 3 angeordnet Schwimmbeckens verlängert sein. In diesem Fall ist ist. 5 es notwendig, die Entaktivierung des Wassers im

Das Kühlwasser wird im oberen Teil der Spalt- oberen Teil unabhängig von der des Schwimmzone 1 mit einer Durchflußmenge Q durch Verteiler- beckens zu gewährleisten. Das Einführungsstück 21 kästen 5 eingeführt, deren Einzelheiten in F i g. 2 wird dann zum oberen Teil des Gehäuses 2 geführt, dargestellt sind. Je nach den erwünschten Strömungs- so daß eine große ruhige Wasserfläche entsteht, bedingungen kann die Anzahl der Verteilerkasten io welche an ihrer freien Oberfläche ständig erneuert ausgewählt werden. wird.

Die Kästen besitzen jeweils ein Gitter 7, welches F i g. 3 stellt eine Abwandlung dar, bei welcher die mit öffnungen versehen ist, deren Querschnitt zum Erfindung auf einen Reaktor mit einem Gehäuse anunteren Teil hin zunimmt, so daß die oberen Öff- gewandt ist, dessen Querschnitt deutlich größer als nungen den kleinsten Querschnitt und die unteren 15 die Spaltzone des Reaktors ist, so daß man im Reak-Öffnungen den größten Querschnitt aufweisen. Klap- tor zu behandelnde Elemente in den freien Zwischenpen 8 ermöglichen es, dem aus den Verteilerkasten raum zwischen der Spaltzone und den Gehäuseaustretenden Strahl die gewünschte Richtung zu wänden einführen kann, wo eine hohe Aktivität geben. Die Klappen sind in der Richtung einstellbar herrscht.
und in bestimmten Fällen auch herunterklappbar. 20 Nach F i g. 3 ist die Spaltzone 28 des Reaktors in

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 weist einem Gehäuse 2 angeordnet, das einen größeren

das Gehäuse 2 über den Einführungskästen 5 eine Querschnitt als die Spaltzone aufweist, so daß ein

Verlängerung 9 auf, in der mit Klappen 8 versehene ringförmiger Raum 30 zwischen der Spaltzone 28 und

Öffnungen 10 ausgebildet sind. den Wänden des Gehäuses vorhanden ist. Das Ge-

Die Anordnung der Belastungs- und Richtungs- 25 häuse ist oben offen, wobei die Strömung der Kühlverteilung der Strömungsfäden ermöglicht es, eine wassermenge unter den gleichen Bedingungen wie bei Geschwindigkeits-Verteilungskurve zu erhalten, bei dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 1 und 2 verweicher die Durchflußmenge im unteren Teil der läuft.

Kästen ein Maximum hat und der Druck am Punkt 0 Bei diesem Schwimmbecken-Kernreaktor gemäß

geringer als der Druck am Punkt 0' ist. 30 der Erfindung können sehr leicht Hüllen 31, in denen

Die in dieser Weise gelenkte Strömung ermöglicht sich Patronen 32 mit den zu behandelnden Elementen

es, daß die Kühlwasserdurchflußmenge von oben befinden, durch die obere öffnung des Gehäuses in

nach unten in die Spaltzone des Reaktors gemäß den den ringförmigen Raum 30 eingeführt werden, wobei

Pfeilen / strömt, wobei jedes Eindringen dieses hoch- der Boden der Hüllen 31 in Löcher 33 eines Gitters

aktiven Kühlwassers in die Wassermenge 4 des 35 34 derart eingeführt wird, daß das Kühlmittel bei 35

Schwimmbeckens verhindert wird. entlang der Wände der Probe gemäß den Pfeilen /j

Die durch eine Pumpe U angesaugte Kühlwasser- verläuft, und durch die Löcher 33 des Gitters ausmenge Q durchströmt die Spaltzone des Reaktors und tritt. Die Hüllen 31 können unabhängig oder an der fließt aus diesem durch die Öffnung 41 über ein Rohr Oberfläche des Schwimmbeckens durch Rohrleitun-12 in eine Entgasungseinrichtung 13 und einen 40 gen, Meßkreise usw. verbunden sein. Die nicht verWärmeaustauscher 14, worauf sie durch das Rohr wendeten Löcher des Gitters sind mittels Stopfen 36 15, einen Sammelbehälter 16, die Leitungen 17 und verschlossen. Die Rückführungsleitungen 17 für das die Verteilerkasten 5 wieder oben in die Spaltzone Kühlwasser könnten durch eine konzentrische Hülle eintritt. des Gehäuses 2 ersetzt werden, welche vom Boden

Um zu gewährleisten, daß sich bei dieser Ausfüh- 45 des Schwimmbeckens ausgeht und das Kühlwasser bis

rungsform nicht eine Strömung im Sinne Spaltzone— zu den Verteilerkästen leitet.

Schwimmbecken einstellt, wird stromabwärts von Bei den Ausführungsbeispielen nach den F i g. 1, 2

dem Wärmeaustauscher 14 mittels einer Leitung 18 und 3 wird das Kühlmittel oben in das Gehäuse ein-

und einer Pumpe 19 eine geringe Kühlwassermenge q geführt und nach dem Hindurchströmen durch die

abgezapft, welche ein Ansaugen einer gleichen 50 Spaltzone unten aus dem Gehäuse abgezogen.

Wassermenge aus dem Wasser 4 des Schwimm- Bei den gleichen Ausführungsbeispielen könnte

beckens im Sinne Schwimmbecken—Spaltzone durch jedoch auch eine umgekehrte Strömungsrichtung be-

die obere Öffnung des Gehäuses hervorruft. züglich der dargestellten verwirklicht werden, d. h.,

Die aus dem Kühlkreislauf durch die Leitung 18 das Kühlmittel könnte durch die Öffnung am

abgezapfte geringe Wassermenge q wird in einem 55 Boden des Gehäuses eingeführt und oben abgezogen

lonenaustauscherbett 20 behandelt, um die Entakti- werden.

vierung zu gewährleisten. Sie wird dann bei 21 oben Bei der Ausführungsform nach F i g. 4 ist eine der-

in das Schwimmbecken durch eine Rohrleitung 22 artige umgekehrte Strömungsvorrichtung vorgesehen,

eingeführt, so daß die systematische Entaktivierung Gegenüber der Ausführungsform nach F i g. 2 sind

der Wassermenge 4 des Schwimmbeckens gewähr- 60 Klappen 8' von der Form eines umgekehrten V und

leistet ist. eine obere Verlängerung 5' für die Verteilerkasten 5

Das Schwimmbecken kann einen weiteren Ent- hinzugefügt, so daß eine Strömungsverteilung entaktivierungskreis aufweisen, der durch eine Pumpe 23 steht, wie sie durch die Pfeile /, f_v f₂ f₃, /₄ dargestellt gebildet ist, die eine geeignete Wassermenge q' vom ist. Die Erzeugung eines Wirbels /₂, f₃ mit der AbBoden des Schwimmbeckens durch eine Rohrleitung 65 wärtsströmung f₃ im oberen Teil des Gehäuses hat die 24 abzieht. Die Wassermenge q' gelangt in ein Ionen- Wirkung, daß das Entweichen von Kühlmittel aus der austauscherbett 27, wo sie entaktiviert wird, sowie in Spaltzone nach oben verhindert wird,
einen Wärmeaustauscher 25, wo sie gekühlt wird, um Bei dieser Anordnung können zusätzliche Klappen

8" und 8"' zur besseren Führung der Rücklaufströmung angeordnet werden.

Die Wirbel f₂, f₃ bieten den weiteren Vorteil, daß zwischen dem wärmen aktiven Wasser der Spaltzone und dem kalten Wasser des Schwimmbeckens eine Misch-Zwischenzone gebildet wird.

In Fig. 5 ist eine weitere Abwandlung des Schwimmbecken-Reaktors dargestellt. Die Spaltzone des Reaktors wird durch ein Gitter 40 getragen, das in einem Gehäuse 2 angeordnet ist, welches unten eine Öffnung 41 aufweist. Das Gehäuse selbst ist in dem Schwimmbecken 3 angeordnet, welches mit einer Wassermenge 4 gefüllt ist.

Das Kühlmittel wird über die Leitung 76 aus dem Schwimmbecken durch eine Pumpe 42 über das Gitter 40 und die Öffnung 41 angesaugt. Es gelangt in einen Entaktivierungsbehälter 43 und einen Wärmeaustauscher 44 und tritt am Rande des Schwimmbeckens durch einen ringförmigen Auslaß 45 wieder in das Schwimmbecken ein. ao

Es sind Klappen 46 vorgesehen, durch die die Strömung der bei 45 zugeführten Durchflußmenge derart geführt wird, daß die Ansaugung in die Spaltzone 1 des Reaktors gemäß den Pfeilen F erfolgt, ohne daß ein Bruchteil der Kühlmittelmenge nach oben an die freie Oberfläche 47 des Schwimmbeckens gelangt. Es wird somit eine ruhige Wasser-Schutzfläche 48 vor der freien Oberfläche erhalten.

Um die ruhige Wasser-Schutzschicht 48 an der Oberfläche des Schwimmbeckens systematisch zu entaktivieren, wird stromabwärts von dem Wärmeaustauscher 44 über eine Leitung 49 und eine Pumpe 50 eine geringe Wassermenge abgezapft, welche in einem Ionenaustauscherbett 51 behandelt und über eine Rohrleitung 52 und einen ringförmigen Auslaß 53 oben in das Schwimmbecken zur freien Oberfläche hin eingeführt wird.

Bei dem erwähnten Ausführungsbeispiel hat das Gehäuse 2 einen größeren Querschnitt als die Spaltzone 1, so daß ein ringförmiger Raum 54 gebildet wird, welcher z. B. die Einführung und Anordnung von Hüllen 55 mit Elementen gestattet, an denen Versuche durchgeführt oder andere sonstige interessante Manipulationen in der die Spaltzone umgebenden aktiven Zone ausgeführt werden können.

F i g. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform des Schwimmbecken-Reaktors gemäß der Erfindung.

Nach F i g. 6 ist die Spaltzone 1 des Reaktors in einem Schwimmbecken 3 angeordnet, welches mit einer Wassermenge 4 gefüllt ist. Die Spaltzone wird von einem Gitter 60 im unteren Teil getragen, an welchem die Ansaughülle 61 des Kühlmittelkreislaufs geschlossen ist. - ..-.·-.

Das Kühlmittel wird aus dem Schwimmbecken durch eine Pumpe 62 über das Gitter 60 durch die Öffnung 41 und die Leitung 76 angesaugt und gelangt in einen Entaktivierungsbehälter 63 sowie einen Wärmeaustauscher 64 und wird durch einen ringförmigen Auslaß 65, welcher die Durchflußmenge auf den Umfang verteilt, wieder in das Schwimmbecken eingeführt.

Durch einen Schirm 66 wird die in das Schwimmbecken durch den Auslaß 65 eingeführte Kühlmittelmenge gemäß den Pfeilen F zur Spaltzone 1 gelenkt und ein Aufsteigen in die ruhige Wasser-Schutzschicht 67 oberhalb des Schirmes 66 verhindert.

Der Schirm besteht aus Plexiglas, um eine gute Sicht in das Innere des Schwimmbeckens zu ermöglichen. Der Schirm 66 weist in seinem Mittelteil eine Öffnung 68 auf, deren Querschnitt geringfügig größer als der des Gitters 60 ist, um die Zugänglichkeit zu der Spaltzone 1 und ihrer unmittelbaren Umgebung nicht zu behindern. Auf diese Weise können ohne Schwierigkeit die Brennstoffelemente ausgetauscht und alle interessanten Manipulationen ausgeführt werden, z. B. die Einführung und Ersetzung von Hüllen 69 mit in der die Spaltzone umgebenden aktiven Zone zu behandelnden Elementen.

Um die ruhige Wasser-Schutzschicht 67 über dem Schirm 66 zu entaktivieren, wird stromabwärts von dem Austauscher 64 über eine Leitung 70 und eine Pumpe 71 eine geringe Wassermenge abgezapft, weiche in einem Ionenaustauscherbett 72 behandelt und über eine Rohrleitung 73 und einen ringförmigen Auslaß 74 oben in das Schwimmbecken wieder eingeführt wird.

F i g. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die geneigten Klappen 75 mit dem profilierten Schirm 66 gleichlaufen, um die Strömung des Kühlwassers zur Spaltzone hin zu begünstigen.

Aus den an Hand der Fi g. 6 und 7 beschriebenen Ausführungsbeispielen ergibt sich, daß eine ruhige entaktivierte Wasser-Schutzschicht 67 zur freien Oberfläche des Schwimmbeckens 3 über dem Schirm erzielt wird, wobei jedes Eindringen von aktivem Wasser in die Schicht verhindert wird und ein freier Zugang zu der Spaltzone gewährleistet ist. Es können mehrere Schirme 66 in verschiedenen Höhen zwischen dem oberen Teil der Spaltzone und der freien Oberfläche des Schwimmbeckens angeordnet werden.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Schwimmbecken-Kernreaktor, bei dem die Reaktorspaltzone im Innern eines vertikalen Gehäuses liegt, das etwa in der Mitte am Boden des Schwimmbeckens angeordnet ist und eine seitliche obere sowie eine untere Öffnung für den Kreislauf des Kühlströmungsmittels aufweist und von einer Kühlwassermenge im Kreislauf durchflossen ist, der von dem Kreis des Schwimmbeckenwassers unabhängig ist, wobei kein Bruchteil dieser ein stark aktiviertes Wasser aufweisenden Kühlmittelmenge des erstgenannten Kreislaufes an die freie Oberfläche des Schwimmbeckenwassers gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) in an sich bekannter Weise an seinem oberen Ende mit einer über den gesamten Querschnitt der Spaltzone (1, 28) reichenden horizontalen Öffnung versehen ist, durch die das Innere des Gehäuses (2) direkt mit dem oberen Teil des Schwimmbeckens (3) in Verbindung steht.

2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oberen Öffnung des Gehäuses aus dem Schwimmbecken (3) von dessen Umfang her Kühlmittel zugeführt wird.

3. Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreislauf des Kühlmittels eine Leitung (12, 15, 76) außerhalb des Schwimmbeckens (3) aufweist, welche die untere öffnung (41) des Gehäuses (2) mit einer öffnung (45, 65) an dem Umfang des Schwimm-

beckens gegenüber der seitlichen oberen Öffnung des Gehäuses verbindet, und daß ein Teil des Kreislaufes zwischen der Öffnung an dem Umfang des Schwimmbeckens und der seitlichen oberen Öffnung des Gehäuses liegt.

4. Reaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen der Öffnung an dem Umfang des Schwimmbeckens und der seitlichen oberen Öffnung des Gehäuses liegende Teil des Kreislaufes in Leitungen (17) verläuft.

5. Reaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen der Öffnung an dem Umfang des Schwimmbeckens und der seitlichen oberen Öffnung des Gehäuses liegende Teil des Kreislaufes durch eine in dem Wasser (4) des

Schwimmbeckens (3) unterhalb der Oberfläche liegende Strömung (F) gebildet ist (F i g. 5, 6, 7).

6. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche obere Öffnung des Gehäuses (2) Leitorgane (8, 8', 46, 75) für die Strömung (F, F', f_v f₂, f₃) aufweist.

7. Kernreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einer Öffnung (68) versehener Schirm (66) über der Spaltzone (1) des Reaktors und unter der freien Oberfläche des Schwimmbeckens (3) angeordnet ist und daß die Öffnung (68) des Schirmes (66) über der Spaltzone (1) liegt und einen größeren Querschnitt als diese aufweist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 909516/1060