DE1414676A1 - Kernreaktor - Google Patents

Description

die Patentanwälte Dipl.-Ing.-E. Jourdan, Dipl-Ing. W. Weinkauff

FRANKFÜRT/MAIN KRONBERGER STRASSE

in s«i«_: Aktiebolaget Atomenergi 14146/6 a^-. Stockholm 9 /Schweden
Iiövholmavägen 5

Patentanmeldung

Priorität der schwed.Anmeldg. Nr. 2716/59 vom 2o₀ 3.1959 Priorität der schwed.Anmeldg. Hr. 9489/59 vom 12·Io·1959 Priorität der schwed.Anmeldg. Hr_e1193o/59 vom 17.12.1959

Kernreaktor

Die Erfindung betrifft einen heterogenen Kernreaktor jener Bauart, "bei welcher der Moderator und das Kühlmittel aus · schwerem Wasser bestehen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen selbstregulierenden Reaktor zu schaffen, bei dem ein Ansteigen der Moderatortemperatur eine Herabsetzung der Energieentbindung im Reaktor zur Folge hat.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Brennstoff einsätze im Reaktor so auszubilden, dass sie dem durchströmenden Wasser einen möglichst geringen Widerstand entgegensetzen.

Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, die Vorteile der Selbstregelung und des geringen Strömungswiderstandes in einem Presswasserreaktor zu verwirklichen.

Endlich ist es Aufgabe der Erfindung, einen Reaktor zu schaffen, bei dem der Aufwand an Baumaterial für den Reaktorkern

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gering ist, d.h. bei dem das Material zum Tragen lind Haltern des spaltbaren Brennstoffes im Reaktorkern in möglichst geringem Mass· Neutronen absorbiert·

Der erfindungsgemäsee Reaktor ist dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoff einsätze, in der Hauptströmungsrichtung des Wassers gesehen, eine wesentlich geringere Xinge als der Reaktorkern besitzen und derartig in Abständen, getrennt durch Moderatorzwischenräume, geordnet sind, dass das aus einem Brennstoffeinsatz heraustretende wasser erst einen Moderatorzwischenraum durchströmen muss, bevor es in den nächsten Brennstoffeinsatz eintreten kann..

Es empfiehlt sich, die Länge eines jeden Brennstoffeinsatzes unter einem Zehntel der Länge des Reaktorkernes zu halten. Sine weitere Verkürzung, z.B. auf ein Fünfzigsbel oder ein Hundertstel der Länge des Beaktorkerne8,ist möglich· Allgemeine Regeln für die Bemessung der Länge des Brennstoff einsatzes lassen sich nicht aufstellen, die optimale Länge muss für jeden einzelnen Reaktor berechnet werden« Unter der Länge der Brennstoffeinsätze und des Reaktorkernes sind die Abmessungen in der Hauptströmungsriohtung des Wassers durch den Reaktor zu verstehen» Biese Hauptströmungsrichtung liegt in den beiliegenden !Figuren in senkrechter Richtung, könnte aber ebenso waagerecht liegen.

Die Erfindung wird an Hand der in den figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele weiter erläutert.

Es zeigern v

fig. 1 und 2 zwei bekannte Reaktorausführungen

fig· 3 einen der Erfindung entsprechenden Siedereaktor in vereinfachter Darstellung

Tig. 4 einen Brennstoffeineat* für den erfindungsgemässen Siedereaktor

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Fig. 5 eine andere Ausführung einea Brennstoffeinsatzes für den erfindungegemäseen

Siedereaktor

Fig. 6 einen der Erfindung entsprechenden Presswasserreaktor In Terainfaohter Darstellung

Pig. 7 einen Brennstoffeinsats für den erfindungsgemässen Presswasserreaktor

Fig. 8 ein Paket anders ausgeführter Brennstoffeinsätze für den erfindungsgemässen Presswas βerreaktor

Fig. 9 den senkreohten Schnitt und

Fig· Io den waagerechten Schnitt durch einen erf in— dungsgemäsaen Reaktor

Fig.11 eine Teilansicht eines Brennstoffainsat«- paketes ait einem Prallblech

Fig.12 eine Teilansicht eines Brennetoffeinsatspaketes mit einen andere ausgeführten

Prallblech

Fig.13 eine Teilansicht eines Brennstoffeinsatspaketes nlt einem Sanmler für den hei Überhitzung; entstehenden Dampf»

In den Presswaxserreaktor nach Hg« 1 tritt das schwere Wasser durch die Speiseleitung 1 ein» flieast duroh die Brennstoff einsätze 2 aufwärts, wobei es als Kühlmittel wirkt, flieast «wisehen den Brennstoff einsätzen wieder abwärts, wobei es als Moderator wirkt und verlässt den Reaktor sohliesslich duroh die Austritteleitung 3. Wenn aus irgend einem Grunde dl« Temperatur des Kühlmittels innerhalb der Brennstoffeinsätee ansteigen

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sollte, würde natürlich auch die Temperatur des Wassers in den Moderatorbereichen auf den Wert steigen, mit welchem das Kühlmittel in dasselbe von oben her eintritt. Die Reaktivität des Reaktors würde in bekannter Weise bei anwachsender Moderatortemperatur sinken, so dass der Teaperaturabfall eine Herabsetzung der Leistungsabgabe des Reaktors zur Folge hätte. Mit anderen Worten, der Reaktor ist bis zu einem gewissen Grade selbstregulierend, was sich vorteilhaft auf die Erreichung eines sicheren Betriebes auswirkt.

Da das grosse Moderatorvolumen jedoch hydrodynamisch in Serie mit den Kühlkanälen für den Brennstoff verbunden ist, erfolgt der Temperaturanstieg des Moderators erst mit einer spürbaren Verzögerung gegenüber dem Temperaturanstieg in den .Brennstoffeinsätzen. Deshalb kann es bei einem plötzlich auftretenden Anwachsen der Temperatur in, den Brennstoffeinsätzen unter ungünstigen Bedingungen vorkommen, dass das Wasser vor Eintritt der Selbstregelung siedet»

Von noch geringerer Wirkung ist die Selbstregelung bei dem Siedereaktor nach Pig.2. Hierbei tritt das Wasser durch die Speiseleitung 4# flieset durch die Brennstoffeinsätze 5 nach oben, wobei es siedet, und der Dampf verlässt den -Reaktor durch die Austrittsöffnung 6. Normalerweise befindet sich der Wasserspiegel des Reaktors bei 7. Das Moderatorwasser steht zwar mit dem siedenden Wasser im oberen Teil der Reaktorkammer in enger Verbindung, trotzdem findet aber zwischen dem Kühlwasser und dem Mo/deratorwasser nur ein sehr geringer Wärmeaustausch statt. Dies hat zur Folge, dass, wenn ein Ansteigen der Temperatur in den Brennstoffeinsätzen ein kräftiges Sieden bewirkt, der Druck im Dampfraum des Reaktors plötzlich ansteigt _t bevor die Temperatur des Moderatorwassers nachfolgen kann. Diesen Nachteil zu beheben ist die Hauptaufgabe der Erfindung«

ist
Die Lösung/aus Fig. 3 ersichtlich. Diese Figur zeigt einen Siedereaktor, der durch einen Kessel 11 mit einer Wassereintritteöffnung 12 und einer Dampfaustrittsöffnung 13 gebildet wird. Der Wasserspiegel liegt normalerweise bei 18„

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Innerhalb des Reaktorkernes "befindet sich eine grosse Anzahl von Brennstoffeinsätzen 17* Zwei Ausführungen solcher Brennstoffeinsätze werden anschliessend in Verbindung mit den Figuren 4 und 5 beschriebene Jeder Brennstoffeinsatz hat eine wesentlich geringere Höhe als der Reaktorkern, die bei dem Beispiel etwa l/3otel der Kernhöhe beträgt. Die Brennstoffeinsätze sind in Reihen an Drahten 16 aufgehängt, die ihrerseits an einer Zwischenwand 15 aufgehängt sind* Der Aostand zwischen je zwei Brennstoffeinsätzen an jedem Draht ist in dem ausgeführten Beispiel etwas grosser als die Einsatzhöhe« Es wird jedoch betont, dass die Grosse und die Lage der Brennstoffeinsätze keineswegs an die Darstellung in der Zeichnung gebunden sind, es ist nur wesentlich, dass das spaltbare Brennstoffmaterial in dem' gesamten Volumen des Kernes in Form von kleinen Einsätzen verteilt ist. Den Reaktorkern umgibt ein rohrförmiger Teil 14, der dafür sorgt, dass das Wasser, wie

kernes durch die Pfeile angedeutet, innerhalb des Reaktor/ flieset.

Der in Fig. 3 gezeigte Siedereaktor arbeitet wie folgt. Das Wasser tritt in die Brennstoffeinsätze an ihrem unteren Ende ein und fliesst nach oben, wobei es zum Sieden gebracht wird. An den oberen Enden der Einsätze tritt ein Gemisch von heissem Wasser und Dampfblasen aus und vermischt sich mit dem oberhalb jedes Einsatzes vorhandenen Moderatorwasser. Ein Teil der Dampfblasen wird durch das Wasser hindurchtreten und in das nächsthöher gelegene Brennstoffelement eintreten, ohne dass besondere Hilfsmittel angewendet werden müssen, um das zu vermeiden, aber der Hauptteil der Dampfblasen wird frei durch das Moderatorwasser aufsteigen. Es ist leicht einzusehen, dass in diesem Reaktor eine sehr gute Verbindung zwischen dem als Kühlmittel dienenden Wasser und dem als Moderator dienenden Wasser vorhanden ist. Dadurch bewirkt eine Temperatursteigerung in den Brennstoffelementen praktisch sofort ein Anwachsen der Temperatur und der Da^pfblasen des Moderators und die Selbstregelung setzt ein. Es kann also innerhalb des Reaktors kein Druck ohne ein entsprechendes Anwachsen der Temperatur aufgebaut werden.

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Pig. 4 zeigt ein Beispiel für den möglichen Aufbau eines Brennstoffelementes in einem Reaktor nach !Fig. 3. Das Element besteht aus einer Menge von Brennstoffstäben 21, die mit ihren oberen und unteren Enden an den Trägern 22 und 23 angelötet sind. An den Aussenseiten der !Träger sind Augen und 25 angebracht, die zur Verbindung zweier benachbarter Iräger mit Hilfe eines Kettengliedes 26 dienen. An dem oberen Auge 24 ist ein trichterförmiges Teil 27 befestigt, das als Prallblech zur seitlichen Verteilung der aufsteigenden Dampf— blasen dient.

Jeder Brennstoffstab besteht aus einer metallischen Ummantelung 28, die die Brennstoffeinheiten 29 aus spaltbarem Material enthält.

Um eine verbesserte konvektive Durchflutung zu erreichen, kann das ganze Stabbündel mit einem Führungsrohr umgeben werden, das, wenn gewünscht, nur einen Teil der Länge jedes Stabbündels umfassen kann. Ein solches Führungsrohr kann aus Metallstreifen zusammengesetzt sein, welche die am weitesten aussen liegenden Brennstoffstäbe miteinander verhinden.

Bei dem Brennstoffeinsatz nach Fig. 4 wird das gesamte Gewicht von den Ummantelungen 28 der Brennstoffstäbe getragene Wenn es im Hinblick auf die mechanische Festigkeit gewünscht wird, kann der mittlere Stab jedes Einsatzes weggelassen und durch einen Vollmetallstab oder eine Kette ersetzt werden. In diesem Falle dienen die Träger 22, 23 nur noch als Abstandhalter für die Brennstoffstäbe und können auch durch zwischen die Ummantelungen 28 eingebrachte abstandhaltende Elemente ersetzt werden.

Fig. 5 zeigt einen anderen Brennstoffeinsatz für den Reaktor nach Fig. 3. Diese Ausführung besteht aus einer Vielzahl von Brennstoffkugeln 31, die zu einem im wesentlichen kugelförmigen Gebilde zusammengesetzt sind. Jede Kugel besteht aus einer kugelförmigen Ummantelung 32, die das spaltbare Material 33 enthält. Die Kugeln sind mit Hilfe von Abstandhal-

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tern 34, die an die Ummantelungen angelötet sind, miteinander in Abständen verbunden.

Die "benachbarten Brennstoffeinsätze sind jeweils mit Hilfe eines Drahtes 35 miteinander verbunden, der mit seinen beiden Enden um je eine Kugel jedes Einsatzes geschlungen ist. Wenn in Hiftlick auf die mechanische Festigkeit erforderlich, kann der Draht 35 so ausgebildet werden, dass er sich durch den gesamten Einsatz hindurch erstreckt.

Sehr hohe spezifische Belastungen und niedrige Drücke neigen zur Ausbildung grosser Dampfblasen, die die Selbstregelung ungünstig beeinflussen. Um die damit verbundenen Nachteile zu vermindern, kann ein Teil des Kühlmittels durch einen zweiten Wärmeaustauscher in an sich bekannter Weise umgewälzt werden (Zweidruck-Prinzip).

Fig. 6 zeigt in schematischer Darstellung die Ausführung eines erfindungsgemässen Reaktors, der besonders für den Betrieb als Presswaseerreaktor bestimmt ist. Der Reaktorbehälter 41 ist am Boden mit einem Wassereinsatzstutzen 42 und im oberen Teil mit einem Wasseraustrittstutzen 43 versehen. Der Behälter enthält eine Vielzahl von Brennstoffeinsätzen 44, von denen jeder die Form einer waagerecht liegenden, verhältnismässig dünnen Scheibe besitzt, die sich über die gesamte Querschnittsfläche des Reaktorkernes erstreckt. Um die gesamte Wassermenge zum Durchfliessen der Brennstoffeinsätze zu zwingen, sind Platten 45 vorgesehen, die den Spalt zwischen dem Rand der scheibenförmigen Brennstoffeinsätze und der Wandung des Reaktorbehälters abdecken. Mit Ziffer 48 ist der normale Wasserspiegel im Reaktor bezeichnet.

Der Spaltstoff kann innerhalb der scheibenförmigen Brennstoffelemente in jeder geeigneten Form angeordnet sein. In Fig. 6 sind der Einfachheit halber zwei solche Anordnungen dargestellt. Der oberste Brennstoffeinsatz enthält zwei Lagen von waagerecht angeordneten Brennstoffstäben 46, die

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im Schnitt dargestellt sind. Der zweitoberste Brennstoffeinsatz enthält platten- oder streifenförmige Brennstoffkörper 47» die mit Rücksicht auf einen geringen Strömungswiderstand für das Wasser in senkrechter lage angeordnet sind»

Für die praktische Ausbildung eines fieaktors sind die verhältnismässig dicken scheibenförmigen Brennstoffeinsätze nach Fig. 6 nicht geeignet j es werden vorzugsweise kleinere Brennstoff einsätze verwendet.

Fig. 7 zeigt eine Ausführung eines solchen kleineren Einaatzes. Dieser besteht aus einem rahmenförmigen offenen Kasten, der sich aus vier Wänden 51 und einem fein durchbrochenen Boden 53 zusammensetzt. In dem Kasten befindet sich eine Schioht aus Brennstoffelementen 54, die Kugelform oder irgend eine andere Form b'esitzen, *die dem Wasser ein möglichst gleichförmiges Hindurchströmen durch die Schicht ermöglicht, so dass kein Seil der Schicht infolge ungenügender Kühlung überhitzt wird. Zur Verdeutlichung der Darstellung ist der Kasten nur zum Teil mit Brennstoffelementen gefüllt.

An den Ecken des Kastens sind streifenförmige Stützen 52 vorgesehen, die gleitbar in die sich senkrecht durch den Reaktorkern erstreckenden Führungsglieder 55 eingreifen. Diese Führungsglieder können, wie normalerweise zur Ermöglichung der Einführung eines neutronenabsorbierenden Materials in den Reaktorkern vorgesehen, rohrförmig ausgebildet sein. Die streifenförmigen Stützen 52 dienen gleichzeitig als Auflager für den nächsten darüber liegenden Einsatz beim Aufsetezn der Einsätze zu einer Säule., wobei alle Einsätze einer Säule von denselben vier Führungsgliedern gehalten werden.

Da 1 ede Stütze 52 nur den vierten Teil des TJmfangee eines Führungegliedes 55 bedeckt, können sich an jedes Führungsglied vier Brennstoffeinsätze anlegen. Dadurch ist es möglich, nur mit Hilfe dieser beiden Bauteile, den Brenn-

Stoffeinsätzen und den !Führungsgliedern, einen Reaktorkern aufzubauen, bei dem die auf gleicher Höhe aneinanderliegenden Brennstoffeinsätze zusammen die gesamte Querschnittsfläche des Reaktorkernes ausfüllen.

Für die Handhabung der Brennstoffeinsätze im Betrieb beim Füllen und Entladen des Reaktors- ist es zweckmässig, ein Stapel von Brennstoffelementen nach Fig. 7 zu benutzen, der eine starre Einheit in Form einer Brennstoff säule bildet,, Eine solche Brennstoffsäule ist in Fig. 8 dargestellt und besteht aus einer Vielzahl von Brennstoffeinsätzen 61, die in Abständen über-einander gesetzt sind und mit Hilfe von streifenförmigen Stützen 62, die sich an die Führungsglieder, wie in Fig. 7 gezeigt* anlegen, verbunden sind«. Die Brennstoffeinsätze bestehen aus Brennstoffelementen 63 in der Form von Platten oder Streifen. Die Streifen jedes Einsatzes sind gegenüber den Streifen der benachbarten Einsätze in waagerechter Richtung um 9o gedreht. Die Länge der Brenn— stoffsäule kann gleich der Länge des Reaktorkernes ausgeführt werden oder sie kann auch nur einen Teil dieser Länge betragen, wie z.B. die Hälfte oder ein Drittel. Es hat sich in Verbindung mit einer besonderen Ausführung der Erfindung herausgestellt, dass sich die Brennstoffsäulen derartig gegeneinander abstützen können, dass sie einen starren, selbsttragenden Reaktorkern bilden, für den getrennte Führungsglieder nicht erforderlich sind. Um trotzdem zwischen den Säulen Kanäle zur Einführung eines neutronenabsorbierenden Materials, z.B. Regulierstäbe, zu schaffen, können die Säulen mit solche Kanäle bildenden Ausnehmungen an den Seiten versehen werden. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dass die Ecken von Säulen mit im wesentlichen viereckigem Querschnitt abgeschrägt werden, so dass jeweils vier aneinanderstossende Ecken einen Kanal bilden. Derartige Abschrägungen oder Ausnehmungen erschweren jedoch die Herstellung der Säulen, und es ist deswegen erwünscht, dass diese einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt besitzen. In diesem Falle können die Kanäle dadurch ausgebildet werden,

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dass die Brennetoffeäulen gegenüber dem regelmässigen Schachbrettmuster versetzt werden. Ein solches versetztes Muster ist in Pig. Io dargestellt, welche einen waagerechten Querschnitt durch den in Pig. 9 senkrecht geschnittenen Presswasserrealtor zeigt.

Der Reaktor nach Pig* 9 und Io besteht aus einem Reaktorbehälter 81 mit Wassereintritt 84 und Austritt 85 und einem äusseren thermischen Panzer 82 und einem inneren thermischen Panzer 83. Am unteren Ende des inneren thermischen Panzers befinden sich Auflager 88, die so angeordnet sind, dass sie sich an die Pussenden 87 der Brennstoffsäulen86 anlegen und diese stützen. Diese Brennstoffsäulen bestehen aus einem Metallgerüst mit verhältnismässig geringer neutronenabsorption und enthalten eine Vielzahl von Brennstoffeinsätzen 96, in denen sich Brennelemente irgend einer brauchbaren Porm, wie z.B. Stäbe, Scheiben oder Kugeln,befinden. An den Seiten— wänden der Säulen sind grosse Öffnungen 89 vorgesehen, so dass sich das aufsteigende Wasser frei in seitlicher Richtung bewegen kann. Am oberen Ende der Säulen befinden sich grössere Öffnungen 9o, durch die das Wasser die Säulen verlässt und durch den Auslasstutzen 85 aus dem Reaktor heraustritt.

Sämtliche Brennstoffsäulen erstrecken sich über die gesamte Kier»länge, d.h.« über die Kernhöhe, Die im Iiineren gelegenen Säulen sind etwas länger frgrrg»ItElK- als die auf der Aussenseite gelegenen, es besteht jedoch dafür keine Notwendigkeit·

Das Wasser tritt in die Säulen durch die Bodenöffnungen 97 ein. Um die gesamte Wassermenge zu veranlassen, durch die Säule zu fHessen, sind Platten 95 angeordnet, die den Spalt zwischen den aussen gelegenen Säulen und dem inneren thermischen Panzer 83 abdecken.

Die Säulen sind derartig gegeneinander versetzt, dass zwischen je vier Säulen ein Kanal 98 mit quadratischem Querschnitt gebildet wird. Ein Teil dieser Kanäle wird zur Einführung

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von neutronenabsorbierenden Regulierstangen 94 in an sich "bekannter Weise benutzt, Die Gresamtquerschnittsflache der Kanäle, die dadurch offen sind, ist im Vergleich zu der gesamten Querschnittsfläche des Reaktorkernes klein und beeinträchtigt den Betrieb des Reaktors praktisch nicht. Wenn erforderlich, können die offenen Kanäle durch geeignete Einrichtungen verschlossen werden.

Die Brennstoffsäulen werden in ihrer Lage durch eine Druckplatte gehalten, die aus einem zylindrischen Teil 93 und einem Bodenteil 91 mit in die Kanäle 98 eingreifenden Abstandhaltern 92 besteht. ;

Auf diese Weise stützen sich in der Ausführung nach Mg* 9 und Io alle Brennstoffsäulen in seitlicher Richtung gegeneinander ab und bilden zusammen einen starren Kern. Beim Wechsel der Brennstoffsäulen wird die Druckplatte entfernt und es kann entweder jede einzelne Säule herausgezogen und durch eine neue ersetzt werden oder der gesamte Kern einschliesslich des inneren thermischen Panzers 83 kann aus dem Reaktor herausgehoben werden.

In einem der Erfindung entsprechenden Reaktor ist die Energieentwicklung im Inneren des Kernes am stärksten und nimmt nach aussen zu ab. Dadurch wird unter der Voraussetzung einer gleichförmigen Strömung des schweren Wassers durch den Reaktor das Wasser im Zentrum wärmer als das Wasser an der Peripherie des Kernes, wodurch ein unerwünschter Zustand auftritt. Ein solcher Temperaturunterschied kann sicherlich dadurch zum Teil ausgeglichen werden, dass die Wassereinspeisung an der Peripherie gedrosselt wird und dadurch eine geringere Strömung als im inneren Teil des Kernes erzielt wird, aber es wird schwer sein, mit einer solchen Strömungsverminderung die Temperaturdifferens vollständig zu beseitigen. Es ist nun gemäss der Erfindung festgestellt worden, dass ein genügender Temperatur-

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ausgleich dann erreicht wird, wenn der Reaktorkern eine Anzahl von Prall- oder Ablenkblechen enthält, die so angeordnet sind, dass die Strömung im Reaktorkern seitlich abgelenkt wird. Die von diesen Ablenkblechen erzeugte Querströmung verursacht ein Vermischen mit dem Wasser, das sich in den Zwischenräumen zwischen den Brennstoffeinsätzen befindet. Wenn infolgedessen die in irgend einem begrenzten Teil des Reaktorkernes vorherrschende Wassertemperatur höher oder niedriger als ein gewünschter Wert liegt, wird diese Vermischung einen solchen Temperaturausgleich mit sich bringen, dass die resultierende Temperatur gleich der Temperatur wird, die durch das Verhältnis der abgegebenen Energie zur Durchflussmenge des Wassers bestimmt ist.

Fig. 11 und 12 zeigen zwei Ausführungsformen solcher Prallbleche, angeordnet-in einem. Stapel von Brennstoffeinsätzen, z.B. in einer Brennstoffsäule gemäss Fig. 9. Ia #ig· 11 ist ein Rahmen 64 mit öffnungen 65 an den Seitenwänden dargestellt, der eine Anzahl von Brennstoffeinsätzen 66 trägt und dazwischen ein giebelförmiges Prallblech 67 enthält, das die aufsteigende Wasserströmung zu einer Ablenkung in lotrechter Richtung gegenüber der Zeichenebene zwingt. In Fig. 12 ist das Prallblech plan ausgeführt und so geneigt, dass es die aufsteigende Strömung nach links ablenkt.

Regeln für die Ausbildung und Anordnung der Ablenkbleche zwischen den Brennstoffeinsätzen gibt es nicht, da diese von der Bauart jedes einzelnen Reaktors abhängen.

Wie oben bemerkt, besteht eine der Hauptaufgaben der Erfindung in der Selbstregelung des Reaktors. Zu diesem Zwecke ' ■ wird, wie bereits erklärt, der Temperaturanstieg des schweren Wassere ausgenutzt, der jedes Anwachsen der Energieabgabe des Reaktors gegenüber einem normalen Wert begleidet« Es ist eine besondere Aufgabe der Erfindung, ein schnelles und kräftiges Herabdrücken der Energieerzeugung in dem Augenblick zu erreichen, in dem im Reaktor infolge eines

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honen Überhitzungsgrades Dampf entsteht_o Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in dem Reaktorkern eine Anzahl von haubenförmigen Einsätzen angeordnet wird, die den bei zu hoher Energieentwicklung im Reaktor entstehende Dampf auffangen. Dadurch dass sich diese Hauben bei der Dampfbildung vollständig oder teilweis· mit Dampf füllen, sinkt die Moderierungswirkung augenblicklich, möglicherweise in ausreichendem Hasse, um den Reaktor unterkritisch zu machen. Der verbleibende Temperaturzuwachs kann dann allein Busreichend sein, das statische Reaktivitätsgleichgewicht zu befähigen, den unterkritischen Zustand im Reaktor aufrechtzuerhalten.

Derartige dampfsammelnde Hauben, die in jeder gewünschten Form hergestellt werden können, werden in geeigneten Abständen innerhalb des gesamten -^eaktorkernes verteilt. Das gesamte von den Hauben eingeschlossene Volumen sollte zweckmässig ein oder wenige Prozent des gesamten Keravolumene betragen·

fig.· 13 zeigt eine Ausführungsform dieses Dampf Sammlers. Ein eine Säule formendes Rahmengestell 72, wie es z.B. in Pig. 9 dargestellt ist, ist mit Öffnungen 73 an den Seitenwänden versehen und enthält Brennst off einsätze 74·· Die Säule enthält ferner ein Prallblech 75 mit einer öffnung in der Mitte, die von einem haubenförmigen Teil 76 bedeckt wird. Die Haube ist an ihrem oberen Ende mit einer öffnung 78 versehen, die den Austritt der unter normalen Bedingungen beim Reaktorbetrieb erzeugten Gase ermöglicht. Diese öffnung sollte jedoch sehr klein gehalten werden, um ein zu schnelles Entweichen des sich in der Haube sammelnden Dampfes zu verhindern. Es wird betont, dass die Haube nicht mit einem Prallblech verbunden sein muss, sondern völlig unabhängig von den Prallblechen angeordnet sein kann.

Patentanspruch'·/

Claims (18)

Patentansprüche

1. Mit schwerem Wasser moderierter und gekühlter heterogener Kernreaktor, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffeinsätze (17,44,61,96), in der Haupt'strömungsrichtung des Wassere gesehen, eine wesentlich geringere länge als der Reaktorkern besitzen und in vom Moderator ausgefüllten Abständen hintereinanderliegend angeordnet sind.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Brennstoffeinsatz (17) aus einer Vielzahl kugelförmiger Brennstoffelemente (31,54) gebildet ist.

3· Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die kugelförmigen Brennstoffelemente (31) mit Hilfe von Abstandshaltern (34) untereinander zu einer starren Baugruppe verbunden sind.

4· Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die kugelförmigen Brennstoffelemente (54) lose auf einer fein duybrochenen Unterlage (53) gelagert sind.

5. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Brennstoffeinsatz (44,96) aus einer Vielzahl von waagerecht angeordneten stabförmigen Brennstoffelementen (46,66_f7o) gebildet ist.

6. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Brennstoffeinsatz (44,61,96) aus einer Vielzahl von senkrecht angeordneten plattenförmigen Brennstoffelementen (47,63,74)

■ gebildet ist.

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7. !Cernreaktor naoh Anspruch 1, im besonderen als Siedereaktor ausgelegter Kernreaktor, dadurch, gekennzeichnet, dass die Brennstoffeinsätζβ (44»61,96) in Abständen senkrecht und waagerecht zueinander angeordnet und mit querliegenden, die aufsteigenden Dampfblasen verteilenden Prallblechen (27,95,67,71,75) versehen sind.

8. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffeinsätze von Stützen (52,62) gehalten werden, welche gleitbar zwischen sich durch den Reaktorkern erstreckenden lührungselementen (55) angeordnet sind«

9. Kernreaktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede Stütze nur einen Brennstoffeinsatz trägt.

10. Kernreaktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede Stütze (62) eine Vielzahl von Brennstoffeinsätzen (61) trägt.

11. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Brennstoffelementen (66,7o,74) in einem Rahmengestell· (64,72) zu einer sich durch die gesamte Reaktorkernlänge erstreckenden Brennstoffsäule angeordnet ist.

12. Kernreaktor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die benachbarten Brennstoffsäulen (86) sich gegenseitig stützendund versteifend angeordnet sind.

13. Kernreaktor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffsäulen (Hg. 7 und 8 und 86) so ausgebildet und angeordnet sind, dass zwischen ihnen sich über die gesamte Kemlänge erstreckende Kanäle (98) entstehen.

14. Kernreaktor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (98) zur Einführung von neutronenabsorbierendean Material (94) in den Reaktorkern angeordnet sinde

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15· Kernreaktor naoh Anspruch 13» dadurchg3kennzelehnet, dass die Brennstoffsäulen (86) im Querschnitt viereckig ausgeführt und gegeneinander versetzt angeordnet sind, so dass je vier Säulen (86) einen viereckigen, sioh über die gesamte Kernlänge erstreckenden Kanal (98) bilden.

16. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

im !Reaktorkern eine Vielzahl von die Wasserströmung seitlich ablenkenden Prallblechen (27»95»67,71,75) vorgesehen β±π*χ ist.

17. Kernreaktor nach Anspruch 1, ausgelegt als Presswasserreaktor, dadurch gekennzeichnet, daes im Reaktorkern eine Vielzahl von naoh oben gewölbten, haubenförmigen DampfSammlern (78) angeordnet λϊλ&ι isto

18. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffeinsätze (44,61,96) im wesentlichen die ganze Querschnitt sf lache des Reaktorkernes ausfüllend angeordnet sind«

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