DE1439794C - Gasgekuhlter Atomkernreaktor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf gasgekühlte Atomkernreaktoren mit einem Graphitmoderatoraufbau, der zusammengefügte Graphiteinheiten aufweist.

Es ist lange bekannt, daß für Kernreaktor-Moderatoraufbauten verwendeter Graphit unter Bestrahlung Dimensionsänderungen unterliegt. Diese Änderung, häufig als Wigner-Wachstum bezeichnet, kann ein Reißen oder Verbiegen des Moderatoraufbaus zur Folge haben, es sei denn, der Graphit kann sich unter Bestrahlung frei ausdehnen oder zusammenziehen.

Um ein Ausdehnen und Zusammenziehen bzw. Schrumpfen eines Graphitmoderatoraufbaus über seine Lebensdauer hinweg zu ermöglichen, sind schon komplizierte Besonderheiten entwickelt worden. Diese wurden für notwendig angesehen, weil die durch Bestrahlung hervorgerufenen Dimen'sionsänderungen im Graphit sowohl von Temperaturen als auch vom Neutronenfluß abhängig sind. Folglich können die Dimensionsänderungen in verschiedenen Bereichen oder Zonen des Moderatoraufbaus merklich unterschiedlich sein. Es sind daher große Vorteile zu erreichen, wenn die durch Bestrahlung bedingten Dirnensionsänderungen des Graphits bedeutend reduziert oder, besser noch, völlig aufgehoben werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dies zu erreichen.

Die Erfindung basiert auf dem Herausfinden eines Ausdrucks bzw. einer Formel, die Wärmeausdehnungseigenschaften und durch Strahlung bedingte Dimensionsänderungen in Beziehung bringt, wobei Messungen verwendet werden, die direkt von Graphitproben genommen werden, die bei konstanter Temperatur bestrahlt werden. Aus dieser Formel wurde es möglich, einen Wärmeausdehnungsbeiwert zu bestimmen, der einen hohen Grad von dimensionsmäßiger Stabilität unter Bestrahlung bei dieser konstanten Temperatur ergibt. Beim Bau eines Graphitaufbaus, der einer Bestrahlung durch Neutronen in einem Atomkernreaktor während des Betriebs desselben und einer bestimmten Temperaturverteilung bei Normalbetrieb ausgesetzt wird, kann daher in jeden Bereich des Aufbaus ein Graphit eingesetzt werden, dessen Wärmeausdehnungsbeiwert in zumindest einer gegebenen Richtung entsprechend der normalen Betriebstemperatur in diesem Bereich ausgewählt wird, mit dem Ziel, den Graphit in dieser Richtung unter Neutronenbestrahlung dimensionsmäßig zu stabilisieren.

Zur Lösung der obengenannten Aufgabe ist ein gasgekühlter Atomkernreaktor der eingangs genannten Gattung dadurch gekennzeichnet, daß solche Teile des Graphits, die eine normale Betriebstemperatur oberhalb 300° C haben, in zumindest einer gegebenen Richtung einen makroskopisch gemessenen Wärmeausdehnungsbeiwert aufweisen, der größer als 4,5 χ 10"V°C ist, wobei der Beiwert im Bereich von — 196 C bis +20'""¹C gemessen ist.

Damit eine dimensionsmäßige Stabilität unter Neutronenbestrahlung in allen Richtungen vorherrscht, ist es vorzuziehen, wenn der für den Aufbau ausgewählte Graphit eine zufällige Kristallorientierung von hoher kristallografischer Perfektion aufweist und im wesentlichen isotropisch ist, zumindest bis zum Umfang der Wärmeausdehnungseigenschaften. Es ist daher ein bevorzugtes Merkmal der Erfindung, daß der Aufbau mit im wesentlichen isotropischem Graphit hergestellt wird, d. h. mit einem Graphit mit einem Isotropieverhältnis zu den Wärmeausdehnungseigenschaflen, welches kleiner als etwa 1,3 ist.

Graphitkristalle sind wie Plättchen. Die Richtung senkrecht zu der Ebene dieser plättchenartigen Kristalle ist als die Richtung in der c-Achse bekannt. Die Richtung parallel zu dieser Ebene ist als die Richtung in der α-Achse bekannt. Die Wärmeausdehnungsbeiwerte dieser Kristalle sind konstant in jeder Richtung, obwohl sie bei extremen Temperaturen bis zu einem gewissen Ausmaß variieren. Unterschiedliche Graphite haben jedoch unterschiedliche makroskopisch gemessene Wärmeausdehnungsbeiwerte wegen der Unterschiede in der Kristallorientierung und Mikroporosität in der Graphitmasse. Trotzdem besteht für einen gegebenen Graphit eine feste Beziehung zwischen dem makroskopisch gemessenen Wärmeausdehnungsbeiwert und den Kristall-Wärmeausdehnungsbeiwerten, unabhängig von der Temperatur. Es wurde nunmehr festgestellt, daß die gleiche feste Beziehung für Dimensionsänderungen existiert, und die Auswahl des notwendigen Wärmeausdehnungsbeiwertes gemäß der Erfindung hängt von den folgenden Gleichungen ab, durch welche der makroskopisch gemessene Wärmeausdehnungsbeiwert u_x in einer gegebenen Richtung χ zur Rate der Dimensionsänderung X_x der Masse in der gleichen Richtung in Beziehung gebracht wird:

a_x = A_xa_c + (1 - A_x)a_a (1)

X_x = A_xx_c + (1 - 1 A_x)x_a (2)

worin

der Wärmeausdehnungsbeiwert eines Graphitkristalls in Richtung der c-Achse ist,
der Wärmeausdehnungsbeiwert eines Graphitkristalls in Richtung der α-Achse ist,
die Rate der Dimensionsänderung eines Graphitkristalls in Richtung der c-Achse ist,
die Rate der Dimensionsänderung eines Graphitkristalls in Richtung der α-Achse ist und
in bezug auf die Richtung χ eine Konstante für eine besonderes Qualität von kristallinem Graphit ist.

Die Bedingung X_x gleich Null bestimmt den Wert A_x für Stabilität in Ausdrücken von x_c und x_a. Mit diesem Wert von A_x ist es dann durch Substitution in Gleichung (1) möglich, den makroskopischen Wärmeausdehnungsbeiwert zu bestimmen, genommen über einen gegebenen Temperaturbereich vor der Bestrahlung, der eine dimensionsmäßige Stabilität ergibt, d. h.

a_x (für Stabilität) =

ο — 1

wobei ö das Verhältnis von x_a zu x_c ist.

a_c und a_a sind bekannte Werte, und für den Bereich — 196°Cbis + 20⁰C wird diese Gleichung reduziert zu

a_x (für Stabilität) =

246+1,1
Λ-1

15

10~⁶ pro ⁰C (3)

Die Werte für das Verhältnis ό, die in dieser Gleichung zu verwenden sind, müssen nun durch Berechnung aus den Messungen der makroskopischen Wärmeausdehnungsbeiwerte und makroskopischen Dimensionsänderungen, angezeigt durch ausgewählte Bestrahlungsdaten, ermittelt werden, wobei für diesen Zweck wieder Gleichungen (1) und (2) verwendet werden. Es erscheint bisher aus Bestrahlungen, daß sich das Verhältnis mit der Bestrahlungsdosis nicht wesentlich ändert, und es wird daher zweckmäßig als eine Konstante für jede bestimmte Temperatur betrachtet.

Der Ursprung der ausgewählten Daten ist eine Reihe von Bestrahlungen von Proben des Graphits von der sogenannten Reaktorqualität »Güteklasse A« bei unterschiedlichen konstanten Temperaturen in einem Hochfluß-Materialprüfreaktor vom schwer- 35 — wassermoderierten und -gekühlten Typ. Die Neutronenaktivität von Nickel durch die Reaktion ⁵⁸Ni (n, p) ⁵⁸Co stellt — bei Fehlen eines gut ausgebauten Verfahrens zum Messen von Neutronenernergiespektren — einen guten Monitor für den Fluß in dem Energiebereich dar, der für Graphit zerstörend ist, und eine Umwandlung der resultierenden Aktivität in den »Nickel-Fluß« Φ Ni wird bei Verwendung eines Querschnitts von 0,107 Barn durchgeführt. Die folgende Tabelle 1 zeigt Ergebnisse, die aus den Messungen von Dimensionsänderungen der Masse und von Wärmeausdehnungsbeiwerten unter Verwendung der Gleichungen (1) und (2) errechnet wurden. Gleichung (1) ergibt A_x für Gleichung (2).

reaktors (s. Tabelle 2) erforderlich ist, aber aller Wahrscheinlichkeit nach gibt es Differenzen zwischen dem Neutronenenergiespektrum, das während der Bestrahlung der Proben vorherrscht, und demjenigen, das für den in Frage stehenden Graphitaufbau bestimmt ist. Solche Spektrumsdifferenzen in Verteilung und Intensität bedingen eine gewisse Differenz in der Rate der Erzeugung von Beschädigungen im Graphit. Eine wesentliche Differenz zwischen den jeweiligen Neutronenspektren kann daher eine direkte Anwendung der makroskopischen Wärmeausdehnungsbeiwerte für dimensionsmäßige Stabilität auf der Basis von wahren bzw. Ist-Temperaturen ausschließen, wenn der Maximalgrad von Dimensions-Stabilität gesucht wird.

Der gleiche Netto-Beschädigungseffekt kann jedoch in Graphit mit zwei Differenzflußspektren vorausgesetzt werden, wenn die jeweiligen Bestrahlungstemperaturen durch eine aus der Glühkinetik abgeleitete Formel in Beziehung gebracht werden.

Als erster Schritt sind daher die vorher angegebenen Prüfreaktor-Ergebnisse (Tabelle 1) zu einem Bezugspunkt in einem Calder-Hall-Reaktor bei 3,12 MW/Ate wie folgt in Beziehung gebracht worden. Der entsprechende Wert von a_x für dimensionsmäßige Stabilität bei äquivalenten Temperaturen für beide Reaktoren wurden ebenfalls errechnet.

Tabelle 2 Tabelle 1

Temperatur in 0C	-0,15
200	-0,16
225	-0,17
250	-0,31
350	-0,35
450	-0,12
650

Die angegebenen Werte für <5 ermöglichen durch Gleichung (3) eine Bestimmung des makroskopischen Wärmeausdehnungsbeiwertes, der im Graphit für dimensionsmäßige Stabilität bei jeder Temperatur im Flußspektrum des verwendeten besonderen Prüf-

Prüfreaklor- temperatur in C	Äquivalente Temperatur des Bezugspunktes in "C	ux · 107"C für dimensionsmäßige Stabilität [Gleichung (3) und Tabelle 1]
200	129	2,3
225	173	2,4
250	216	2,5
350	300	4,9
450	378	5,4
650	540	1,6

In der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine Kurve, bei der a_x gegen diese äquivalente Temperatur angetragen ist. Das besondere Beispiel, welches nunmehr betrachtet werden soll, ist ein Kernreaktor-Graphitmoderatoraufbau, welcher insgesamt der Form eines aufrechten, geraden Zylinders entspricht und von oben bis unten mit runden Kanälen von konstantem Querschnitt durchsetzt ist, die vertikal parallel zueinander in quadratischer Aufteilung angeordnet sind. Für die vorliegenden Zwecke wird angenommen, daß Kernbrennstoff, der zentral in den Kanälen angeordnet ist, sich kontinuierlich ohne Veränderung des Querschnitts von oben bis unten im Moderatoraufbau erstreckt. Durch den Ringraum zwischen dem Brennstoff und den Kanalwänden strömt ein gasförmiges Kühlmittel, welches im vorliegenden Beispiel Kohlendioxyd sein soll, nach oben. Demzufolge besteht ein vertikaler Temperaturgradient, der mit der Höhe zunimmt; die Änderung der Temperatur infolge dieses Gradienten ist es, die im vorliegenden Beispiel berück sichtigt werden soll.

Eine Temperaturverteilung für den Normalbetrieb, basierend auf 300° C in der mittleren Horizontalebene, ist in der folgenden Tabelle 3 für elf eleichweit von-

einander entfernte Pegel bzw. Höhen gezeigt, die mit — 5 bis +5 numeriert sind, und zwei Zwischenhöhen bzw.-pegel —4,5 und +4,5 auf halbem Wege zwischen dem Pegel —4 und —5 bzw. dem Pegel 4 und 5:

Tabelle 3

Moderatorhöhe	Kanalwandtemperalur in "C
5	400
4,5	399
4	395
3	381
2	356
1	331
0	300
-1	269
-2	244
-3	219
-4	205
-4,5	201
-5	200

zu äquivalenten Temperaturen korrigiert, und die Wärmeausdehnungsbeiwerte für dimensionsmäßige Stabilität werden aus der Kurve der Fig. 1 herausgelesen. Die folgende Tabelle 4 zeigt Ergebnisse für den in Frage stehenden Moderatoraufbau.

Tabelle 4

Die in vorstehender Tabelle 3 angegebenen Temperaturen werden durch die folgende Gleichung (4)

Moderatorhölle	Äquivalente Temperatur in 0C	ux- 10-"/"C für die Stabilität
5
4,5	442	4,35
4	414	4,90
3	378	5,45
2	343	5,40
1	316	5,15
0	285	4,50
-1	257	3,60
2	236	2,90
-3	217	2,50
-4	213	2,50
-4,5	221	2,60

/J 1_\ _ -K

\Te T) ~ E ^ge

(atomare Verschiebungsrate am fraglichen Punkt) K , (Pe) (atomare Verschiebungsrate am Bezugspunkt) E (3,12)

worin

T die wahre absolute Temperatur,

Te die äquivalente absolute Temperatur,

K die Boltzmann-Konstante (8,61 · 10~⁵ eV/°K) und Pe die äquivalente spezifische Leistung bedeutet.

Atomare Verschiebungsraten können aus bekannten Neutronenflußspektren und bekannten spezifischen Reaktorleistungen errechnet werden. Reaktorgeometrien und Brennstoffe ändern sich jedoch, und die spezifische Leistung im einen Reaktor wird nicht unbedingt im gleichen Verhältnis zur Graphitzerstörung stehen wie in einem anderen Reaktor. Es gibt daher für die spezifische Leistung an einem Punkt in einem zu bauenden Reaktor — die »örtliche spezifische Leistung« — eine äquivalente spezifische Leistung an einem Bezugspunkt in einem Standard-Reaktor, an welchem die Zerstörungsrate die gleiche sein wird. Gleichung (4) fordert die äquivalente spezifische Leistung. Die Ergebnisse in Tabelle 4 wurden erzielt bei Verwendung der Werte aus der nachfolgenden.Tabelle 5 und einer Aktivierungsenergie von 1,2 ev. Für die vorliegenden Zwecke wird davon ausgegangen, daß die Aktivierungsenergie einen einzigen Wert auf der Grundlage hat, daß ein Glühen oder Anlassen in einer Folge von Prozessen stattfindet, die durch anfängliches Verhalten gesteuert werden. Der angenommene Wert ist daher für die anfänglichen Stufen des Glühens oder Anlassens anwendbar und wird experimentell bestimmt. Experimentelle Ergebnisse haben variiert bzw. geschwankt, aber die Variation bzw. Schwankung liegt innerhalb der Grenzen, die mit dem Grad von Genauigkeit in Einklang stehen, welcher für diese Prozedur von Moderalorkonstruktion zu erwarten ist.

	Moderatorhöhe	Tabelle 5	Äquivalente spez. Leistung MW/Ate
35	5		0
	4,5	Urtl. spez. Leistung MW/Ate	0,93
40	4	0	1,86
	3	0,97	3,52
	2	1,98	4,96
	1	3,68	5,60
45	0	5,19	6,0
	-1	5,88	5,60
	_9	6,30	4,96
	-3	5,88	3,52
50	-4	5,19	1,86
	-4,5	3,68	0,93
	-5	1,98	0
	0,97
55	0

Folgt man den Ergebnissen der Tabelle 4 beim Bau des Moderatoraufbaus von Tabelle 3 von unten bis zu einer Höhe zwischen der Zwischenhöhe -4,5 und der Höhe —4, so haben die Graphitblöcke einen Wärmeausdehnungsbeiwert von 2,6 · 10"⁶/°C, in den nächsten Schichten bis zwischen die Höhen - 3 und -2 haben die Blöcke einen Wärmeausdehnungsbeiwert von 2,50 · 10~7°C, usw. Die Qualität des ver-

wendeten Graphits soll polykristallin von hoher krislallografischer Perfektion und im wesentlichen isotropisch sein, wobei der spezifizierte Wärmeausdehnungsbeiwert in diesem Fall der Durchschnittswert

über den Temperaturbereich von -190°C bis +20⁰C hinweg ist.

Als Alternative zur Verarbeitung in Schichten von gleichförmiger Dicke können die Schichten auch unterschiedliche Dicke haben, insbesondere für den Fall, wo eine beträchtliche Veränderung des äquivalenten Temperaturgradienten besteht und Graphitarten mit einer großen Vielfalt von Wärmeausdehnungsbeiwerten verfügbar sind, die den erforderlichen Bereich in kleinen Stufen überdecken. Im allgemeinen ist der Moderatoraufbau in Zonen unterteilt, die jeweils durch Isotherme definiert sind, die den Grenzen der vorher ausgewählten Temperaturbereiche entsprechen, welche die volle Spanne der Temperaturverteilung decken, und ein besonderer Wärmeausdehnungsbeiwert zum Herabsetzen der durch Bestrahlung bedingten dimensionalen Änderung auf ein Minimum ist bestimmt für isotropischen Graphit, der in jeder Zone vorzusehen ist; bei niedrigen Temperaturen ist ein niedriger Ausdehnungsbeiwert erforderlich, und bei höheren Temperaturen (bis zu einer bestimmten Grenze) sind höhere Ausdehnungsbeiwerte erforderlich. So nehmen die Wärmeausdehnungsbeiwerte in den verschiedenen Zonen mit ansteigender Reihenfolge der Temperaturbereiche zu.

Es ist vorherzusehen, daß bei einem so konstruierten Graphitmoderatoraufbau, jede dimensionale Änderung, die durch Bestrahlung bedingt ist, über die ganze Betriebsdauer des Reaktors so gering sein wird, daß die Graphitblöcke so angeordnet werden können, daß sie bei der Temperatur des Normalbetriebs alle Flächen berühren und daß eine derartige Kontiguität während des Betriebs andauert. Infolgedessen besteht gegenüber früheren Anordnungen, bei denen die Kontiguität auf der Basis der Temperatur zur Anwendung kommt, die für die Dimensionsänderung genügend hoch ist, damit lediglich eine Einschrumpfung eintritt, der Vorteil, daß kein Spiel zwischen den Blöcken entsteht; ein Verlust an Starrheit in der Struktur und ein Leckaustreten zwischen den Kanälen werden daher vermieden.

Weitere bedeutende Vorteile ergeben sich aus den Unterschieden des Neutronenflusses an verschiedenen Punkten in einem Graphitblock während des Reaktorbetriebs. In der Regel gibt es ein gewisses Anwachsen der Intensität des Flusses in Richtung auf die Mitte eines Reaktors, und daher wird in mindestens einigen der Blöcke ein Flußgefälle vorhanden sein, das von der Auswärtsseite zur Einwärtsseite hin zunimmt. Ein nicht stabiler Graphit wird infolge dieser Flußänderung einer unterschiedlichen Dimensionsänderung unterworfen sein, die das Bestreben hat, ein Verbiegen des Blocks hervorzurufen. Eine andere Art von Flußänderung, die im Graphit auftritt, ist das progressive Erweichen des Neutronenspektrums mit zunehmender Entfernung von einem durch den Block führenden Brennstoffkanal. Die in nicht stabilem Graphit auftretende unterschiedliche Dimensionsänderung hat in diesem Falle das Bestreben, einen Bruch des Graphits zu verursachen. Die durch die vorliegende Erfindung erzielbare dimensionale bzw. räumliche Stabilität beseitigt diese Biege- und Bruchtendenzen.

Es versteht sich natürlich, daß die Spezifizierung von unterschiedlichen Wärmeausdehnungsbeiwerten in verschiedenen Zonen eine Konstruktion in Form von Baueinheiten erfordert wie die bereits erwähnten Blöcke. Da nicht erwartet werden kann, daß die Formgebung für solche Einheiten zu den Kontouren der Isothermen, welche die Zonen bestimmen, paßt, sollte sich der Beiwert, der für jede besondere Einheit zu verwenden ist, nach der Zone richten, in welcher der größte Teil der Einheit liegt.

Wenn auch das Vorhergehende eine Hilfe bei exakten Bestimmungen bzw. Entscheidungen für Stabilität ist, gibt es doch verschiedene Faktoren, die es erschweren, diese in der Praxis zu erreichen. Zusätzlich zu dem Umstand, der aus dem vorangehenden Absatz hervorgeht, daß eine stufenlose Änderung des Beiwertes nicht vorgesehen werden kann, wird wohl für neue Graphitsorten kaum mit Sicherheit vorausgesagt werden können, daß Stabilität noch vorherrscht, wenn die Dosis sich einem solch hohen Wert, wie beispielsweise 100 000 MWD/AteU (Megawattage pro benachbarte Tonne Uran), nähert, den man für den Graphitmoderator von thermischen Atomkernreaktoren für geeignet hält. Insbesondere besteht die Möglichkeit, daß das Verhältnis δ eine Funktion der Dosis bei hohen Dosiswerten sein kann. Es besteht ferner die Möglichkeit, daß große Ausdehnungen des Graphits in der c-Achse bei hohen Bestrahlungsdosen die Porosität schließen, die normalerweise für die Reduzierung des makroskopisch gemessenen Wärmeausdehnungsbeiwertes des Graphits bis unter denjenigen eines einzelnen Kristalls verantwortlich ist; dieser Effekt kann eine Änderung der Konstante A zur Folge haben. Es sind jedoch Verfahren entwickelt worden, die eine Prüfung der Änderung von A ohne Neutronenbestrahlung ermöglichen, so daß die Eignung von neuen Graphitsorten in dieser Hinsicht leicht festgestellt werden kann.

Im Hinblick auf diese praktischen Beschränkungen kann es ausreichend sein, Annäherungen an die grafische Darstellung nach F i g. 1 direkt Tür den Moderatorgraphit von gasgekühlten graphitmoderierten Atomkernreaktoren derjenigen Gattung anzuwenden, bei welcher stabförmige Brennelemente in parallelen, den Moderator durchdringenden Kanälen angeordnet sind. Als Hilfe bei der dimensionsmäßigen Stabilisierung dieses Graphits sollten daher solche Teile, die während des Normalbetriebs einer Temperatur oberhalb 325° C ausgesetzt sind, einen makroskopisch gemessenen Wärmeausdehnungsbeiwert in zumindest einer gegebenen Richtung haben, welcher größer als 4,5 · 10~⁶/°C, gemessen über den Bereich von -196°C bis +20⁰C, ist. Das Wesen dieser Annäherung tendiert dahingehend, mögliche Abweichungen von der dimensionsmäßigen Stabilität bei hohen Bestrahlungsdosen abzuwenden. Einer praktischen Einschränkung unterliegt natürlich das Ausmaß, bis zu welchem der angegebene Wert überschritten werden kann, nämlich der Bedingung, daß der makroskopisch gemessene Beiwert nicht größer als ein Drittel des Wärmeausdehnungsbeiwertes des Kristalls in Richtung der c-Achse sein kann. Diese Isotopie-Einschränkung macht etwa 7,3 · 10~⁶/°C im vorerwähnten Temperaturbereich aus. So kann ein makroskopisch gemessener Beiwert bedeutend oberhalb des angegebenen Wertes für eine gegebene Normalbetriebstemperatur, insbesondere eine solche, die ein wenig über 325⁰C liegt, während früher Stadien der Graphit-Lebensdauer zu einer Ausdehnung unter Bestrahlung führen, wobei dieser Effekt der Alternative vorzuziehen ist, daß bei anfänglicher Stabilität später eine Änderung im Verhalten folgt, wodurch ein Zusammenziehen eintritl. Das Zusammenziehen bzw.

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Schrumpfen neigt zur Erzeugung von Zugkräften, gegenüber denen der Graphit schwach ist, so daß es zu einem Bruch kommen kann.

Die Möglichkeit des Schrumpfens wird mit größerer Sicherheit vermieden, wenn, wie vorgezogen, derjenige Graphit, der während des Normalbetriebes einer Temperatur oberhalb 300⁰C ausgesetzt ist, einen makroskopisch gemessenen Wärmeausdehnungsbeiwert in mindestens einer gegebenen Richtung aufweist, der im vorerwähnten Temperaturbereich größer als 5,0 10-⁶/°Cist.

Für jeden Graphit in dem Reaktor, der eine normale Betriebstemperatur von weniger als 325°C hat, sorgt die Erfindung aus Gründen der Stabilität dafür, ■daß er einen makroskopisch gemessenen Wärmeausdehnungsbeiwert hat, der für normale Betriebstemperaturen zwischen 130 und 240⁰C gleich oder größer als

und für normale Betriebstemperaturen zwischen 240 und 325° C gleich oder größer als

· 10'7⁰C

ist, wobei T die Temperatur in ⁰C ist und die Beiwerte im Bereich von — 196°C bis + 20⁰C gemessen werden. Die bevorzugte Regel ist, daß zwischen 130 und 230⁰C der Wärmeausdehnungsbeiwert wie vorher angegeben ist, nämlich gleich oder größer als

(wo ⁺ >'⁹⁵) · ¹⁰"^6/°^C'

aber zwischen 230 und 300⁰C dieser Beiwert gleich oder größer als

J^ - 6,io) ■ 10-⁶/°C

Wie im vorstehenden hat der Graphit vorzugsweise eine zufällige Kristallorientierung, damit er zu einem hohen Grade isotropisch ist, mindestens in dem Ausmaß der Wärmedehnungseigenschaften. Der Graphit sollte außerdem gut graphitisiert sein, und zwar zu einer hochgradigen kristallographischen Perfektion.

Die unteren Grenzen des im vorstehenden aufge

10

führten Wärmedehnungsbeiwertes (einschließlich derjenigen, welche als bevorzugt bezeichnet werden) für die verschiedenen Bereiche der Betriebstemperatur werden aus F i g. 1 abgeleitet, und in der Zeichnung ist in F i g. 2 ein Diagramm dieser unteren Grenzen, angetragen gegen die Temperatur, gezeigt. Die Linie, welche mit 1 bezeichnet ist, gibt das Minimum für die vorliegenden Zwecke an, während die Linie 2 die bevorzugte untere Grenze und die mit 3 bezeichnete Linie eine praktische obere Grenze wiedergibt, wobei diese zuletzt genannte Linie durch

'⁹⁵) · ^I0"^6/°

V400

zwischen 130 und 230⁰C, durch
T

—- - 735) ·

zwischen 230 und etwa 300⁰C und durch 6,0 · 10"V⁰C oberhalb etwa 300⁰C definiert ist und der Beiwert, wie im vorstehenden, mit Bezug auf den Bereich von -196°C bis +20°Cgilt.

Es ist zu beachten, daß in F i g. 2 der Auslauf bei hohen Temperaturen, wie in Fig. 1 gezeigt, weggelassen ist. Zur Rechtfertigung dieser Weglassung stehen Bestrahlungsdaten zur Verfügung, und auf dieser Basis sollten die Beiwerte einheitlich hoch für alle Temperaturen oberhalb beispielsweise 350⁰C gehalten werden.

Fig. 2 kann für weitere Reaktorarten verwendet werden, die einer Temperaturberichtigung unterliegen, um die Differenz des Beschädigungsflusses zu erklären.

Wenn auch in der vorhergehenden Beschreibung Wärmeausdehnungsbeiwerte für den Bereich von — 196° C bis +20⁰C spezifiziert wurden, so können diese Beiwerte gegebenenfalls in die Äquivalente für andere Temperaturbereiche umgewandelt bzw. umgerechnet werden. Gleichung (1) wird für diese Umwandlung bzw. Umrechnung verwendet.

Die folgende Tabelle 6 gibt bestimmte Umrechnungen zur Veranschaulichung wieder:

Tabelle 6

- 196°C bis +200C pro 0C	+ 20 bis + )20°C pro 0C	+ 100 bis + 7000C pro °C
5,0· 10"6 2,0 · 10"6	5,3 · ΙΟ"6 2,0- 10~6	6,7 ■ 10'6 3,3 · 10~6

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Gasgekühlter Atomkernreaktor mit einem Graphitmoderatoraufbau, der zusammengefügte Graphiteinheiten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß solche Teile des Graphits, die eine normale Betriebstemperatur oberhalb 300⁰C haben, in zumindest einer gegebenen Richtung einen makroskopisch gemessenen Wärmeausdehnungsbeiwert aufweisen, der größer als 4,5 x 10~⁶/°C ist, wobei der Beiwert im Bereich von -196° C bis +20⁰C gemessen ist.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in verschiedenen Bereichen, die durch Isothermen definiert sind, weiche den Grenzen ausgewählter Temperaturbereiche entsprechen, der Graphit unterschiedliche Wärmeausdehungsbeiwerte aufweist, deren Werte in aufsteigender Reihenfolge der Temperaturbereiche zunehmen.

3. Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete Graphit im wesentlichen isotropisch ist.