DE1514610A1 - Gasgekuehlter thermischer Kernreaktor - Google Patents

Description

Gasgekühlter thermischer Kernreaktor

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen gasgekühlten thermischen Kernreaktor, bei dem der Reaktorkern, Dampferzeuger und Hauptkühlmittelgebläse in einem gemeinsamen Spannbeton-Druckbehälter untergebracht sind. Solehe Kernreaktoren werden auch integrierte Kernreaktoren genannt, wobei auch bereits vorgeschlagen wurde, diese innerhalb von Spannbeton-Druckgefäßen unterzubringen, siehe "The Journal of the British Nuclear Energy Society", April 64, Seite 130. Da die Spannbetontechnik auch im Behälterbau immer größere Fortschritte macht, ist damit zu rechnen, daß solchen Druckgefäßen auoh im Reaktorbau immer größere Bedeutung zukommen wird. Wenn mit dieser Technik auch wesentlich größere Kesseldurchmesser beherrschbar werden als mit Hilfe von Stahlkesseln, so sind jedoch auch hier Grenzen absehbar. Bisher bekanntgewordene Reaktoren dieses Typs haben als Moderator Graphit verwendet. Sie waren deshalb verhältnismäßig umfangreich, ihre Leistungsdichte vergleichsweise niedrig.

Die vorliegende Erfindung versucht nun den technischen Aufwand für den Spannbeton-Druckkessel zu verringern bei gleichzeitiger Erhöhung der Leistungsdichte im eigentlichen Reaktorkern und macht Gebrauch von der aus der DAS 1 031 901 her bekannten Wärmeisolierung des schweren Wassers als Moderator gegenüber einem in Trennrohren strömenden Kühlgas. Erfindungsgemäß ist in. an sich bekannter Weise gegenüber dem Kühlgas wärmeisoliertes schweres Wasser als Moderator vorgesehen und enthält der Moderatorbehälter ein in an sich bekannter Weise kontinuierlich gereinigtes Schutzgaspolster, das gegenüber diesem einen geringen Unterdruck von einigen Millimeter Wassersäule hat. Ein derartiger Reaktor kann in an sich bekannter Weise durch Veränderung der Moderatorspiegelhöhe geregelt werden. Selbstverständlich sind auch konventionelle Regelstäbe für diesen Zweck

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verwendbar. Größere Rohrleitungen innerhalb des Spannbetonbehälters entfallen, da der Zwischenraum zwischen der Spannbetonwand und den Einbauten, also im wesentlichen dem Reaktorkern und dem Wärmetauscher zur Führung des Kühlgasea mit herangezogen wird. Zur Vermeidung von Wärmeverlusten und zu hohen Temperaturen im Spannbetonbehälter wird dieser zweckmäßigerweise auf seiner Innenseite mit wärmeieolierenden Materialien oder nach einer sonst bekannten Technik wärmeisoliert.

Da der Moderator praktisch auf dem gleichen Druck liegt wie das Kühlgas, braucht der Moderatorkessel selbst nicht druckfest zu sein, er ist lediglich mit einer entsprechenden Wärmeisolationsschicht zu versehen, damit der Temperaturunterschied zwischen Kühlgas und Moderatorflüssigkeit - Kühlgastemperatur ca. 500⁰C, Moderatortemperatur ca. 8O⁰C - ohne besondere Schwierigkeiten aufrecht erhalten werden kann. Der eigentliche Reaktorkern hat die Vorteile des Röhrenreaktors, wobei jedoch auf besondere Druckrohre verzichtet werden kann. Diese sind lediglich als Trennrohre mit ebenfalls einer entsprechenden Wärmeisolation ausgebildet, sie haben nur den Druckabfall des Kühlgases über die Längen der Kühlrohre auszuhälten. Die Trennrohre können aus neutronenphysikalisch günstigem Material, wie z.B. Zirkon, gefertigt werden, so daß la Zusammenwirken mit dem neutronenphysikalisch sehr günstigen Moderator ein engeres Brennstoffgitter aufgebaut werden kann und außerdem mit einer besonders guten Konversionsrate zu rechnen ist. Auch kann ohne Schwierigkeiten Natururan als Spaltetoff Verwendung finden.

Als Kühlgase kommen die bereits aus der Technik bekannten Stoffe wie z.B. Helium, Helium-Neon, Kohlendioxyd usw. infrage. Diese Gase eignen sich gleichzeitig auch als Schutzgaspolster innerhalb des Moderatorkeesels über dem Moderatorspiegel. Durch mechanische und regeltechnische Einrichtungen wird für einen Druckausgleich zwischen dem umlaufenden Kühlgas und diesem Schutzgas gesorgt, wobei letzteres lediglich noch einen kleinen Unterdruck von einigen Millimetern Wassersäule aufweist. Dies hat den Zweok,jnit Sicherheit ein Eindringen von sich im Schwerwasser bildenden Tritium und von Feuchtigkeit in den Reaktorkühlmittelkreislauf zu verhindern. In an sich bekannter

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Welse sorgt dabei eine Sohutzgasreinigungsanlage für die Beseitigung der Feuchtigkeit dee Tritiums und der sonstigen Radiolyaeprodukte.

In der beiliegenden Figur ist der Aufbau eines derartigen Reaktors schematisch dargestellt. Innerhalb des Spannbeton-Druckbehälters 20 mit seiner inneren Wärmeisolationsschicht 21 ist der Reaktorkern 1 mit dem Moderatorkessel 4, dem Dampferzeuger 16 und dem Umwälzgebläse 17 sowie der Ausgleichsbehälter b für die Moderatorflüsaigkeit untergebracht. Durch Pfeile ist die Strömungsrichtung des Kühlmittels im äußeren Ringraum des Spannbetonbehälters sowie in den Trennrohren 3 und dem Dampferzeuger 16 angedeutet. Selbstverständlich könnte auch eine umgekehrte j| Reihenfolge der Einbauten vorgesehen werden, bei der der Reaktorkern unterhalb des Dampferzeugers angeordnet wird. In diesem Fall würde der Differenzdruck infolge des Druckabfalles in einem Kühlkanal auf die Trennrohre von innen nach außen wirken und den Moderatorbehälter mit Außendruck beaufschlagen. Diese Art der Beanspruchung kann auch erreicht werden, wenn entgegen der gewählten Darstellung der Schutzgasraum nicht mit der Kaltgasseite sondern durch Überströmleitungen mit der Heißgasseite verbunden ist. Die in den Figuren dargestellte Anwendung wurde beispielshalber gewählt.

Das gasförmige Kühlmittel dringt also von oben ^n die Trennrohre 3 ein, die den Moderatorkeasel 4 durchsetzen. In diesen Trenn- f rohren befindet sioh der Spaltetoff in an sich bekannter Form und heizt das Kühlgas auf, das nach Verlassen der Trennrohre mit einer Temperatur von etwa 500°C in den Verdampfer 16 eintritt. Nach dem Gegenstromprinzip wird dieser Verdampfer 16 vom sekundären Kühlmittel durchströmt, das der Übersichtlichkeit halber nicht näher dargestellt ist. Das damit abgekühlte Kühlgas tritt nunmehr in den durch die Wandung 18 begrenzten Raum unterhalb des Dampferzeugers aus, in dem sich in diesem Beispiel auch der Sammelbehälter für die Moderatorflüssigkeit befindet. In diene Wandung 18 ist seitlich das Kühlaittelgebläse 17 eingesetzt, das mit seiner Antriebswelle abgedichtet durch den Spannbetonbehälter hindurchtritt und in an eich bekannter Weise über einen Elektromotor bzw. eine Turbine angetrieben wird. Durch den Zwischenraum zwischen dem Dampferzeuger und der Innenwandung des

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Spannbetonbehälters gelangt dann das abgekühlte Kühlmittel wieder nach oben, um erneut den Reaktorkern von oben nach unten zu durchströmen. Das Kühlgas wird dabei zunächst über die Leitung 15 zugeführt, die selbstverständlich auch mit entsprechenden Absperreinrichtungen versehen ist. Oberhalb des Moderatorepiegels befindet sich das Schutzgaspolster 5> das über die Leitung 13 zur Schutzgasreinigung H umgewälzt wird. In dieser Einrichtung H werden die Radiolyseprodukte aus dem Schutzgas, insbesondere auch Feuchtigkeit und Tritium, entfernt. Die Moderatorflüssigkeit, in diesem Falle schweres Wasser, muß stets auf einer konstanten Temperatur gehalten werden, sie wird zu diesem Zweck über die Leitungen 7 und 8 mit Hilfe der Pumpe 10 umgewälzt und mit Hilfe des Kühlers 9 auf der notwendigen Temperatur gehalten. Im Falle einer notwendigen Reaktorschnellabschaltung kann dabei das Moderatormittel in den Behälter 11 abgelassen werden. Der für die Moderatorspiegelregelung bemessene Ausgleichsbehälter 6 steht über die nach einer Sollwertvorgabe arbeitende Moderatorspiegelregeleinrichtung 12 mit dem Moder.atorkessel in Verbindung. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß dieser Vorratsbehälter selbstverständlich auch außerhalb des Spannbetonbehälters angebracht werden könnte. Mit der Einrichtung 12 wird dabei gleichzeitig auch der Druckausgleich zwischen dem Kühlmittel und dem Moderatortank unter Belassung des genannten geringfügigen Unterdruckes aufrechterhalten.

Dieser genannte Aufbau des Kernreaktors ist mit verhältnismäßig einfacher Technik zu bewerkstelligen. Es treten dabei keine großen Diehtunga- und Festigkeitsprobleme auf.

Abschließend sei erwähnt, daß diese Konstruktion auch die Verwendung eines vom Kühlgas unterschiedlichen Schutzgases ermöglicht* Dann wäre jedoch ein Driiokregelaystern zwischen Schutagasplst©r und Kühlmittel erforderlich und der Vorteil der Unbe~ denlEliciÄeit geringes⁵ Undichtigkeiten zwischen Sohutagaspolster tmd Kühlgas v

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1 Figur

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Claims (3)

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1. Gasgekühlter thermischer Kernreaktor, bei dem Reaktorkern, Dampferzeuger und Hauptkühlmittelgebläse in einem gemeinsamen Spannteton-Druckbehälter untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise gegenüber dem Kühlgas wärmeisoliertes schweres Wasser als Moderator vorgesehen ist und daß der Moderatorbehälter ein in an sich bekannter Weise kontinuierlich gereinigtes Schutzgaspolster enthält, das gegenüber dem in Trennrohren durch das Schutzgaspolster geführten Kühlgas einen geringen Unterdruck von einigen mm Wassersäule hat.

2. G-asgekühlter thermischer Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgas von gleicher Art wie das

Kühlgas ist. " ■■ ■ "

3. Gasgekühlter thermischer Kernreaktor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung des Reaktors an sich bekannte Einrichtungen zur Veränderung der Moderatorspiegelhöhe vorgesehen sind.

4· Grasgekühlter thermischer Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand des Spannbetonbehälters wärmeisoliert ist und der Raum zwischen Dampferzeuger bzw. Reaktorkern und Innenwand 2ur Führung des Kühlmittels vorgesehen ist.

iM@Ue Unterlagen im»< ai«u&*Nr.1Sate3deö&ictetunßsget.v.4.9.1967)

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