DE1514955A1

DE1514955A1 - Kernreaktor

Info

Publication number: DE1514955A1
Application number: DE1965U0011432
Authority: DE
Inventors: Gratton Charles Peter
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1964-02-11
Filing date: 1965-02-11
Publication date: 1969-05-29
Also published as: DE1514955B2

Description

PATENTANWALT A C 1 / Q C C

DIPL-ING. ERICH SCHUBERT * ^K^" w*.. »tu»*·

ι Telegramm-Adr.: Patschub, Siegen

' Postscheckkonten:

Köln 1W931, Essen 20362

Bankkonten: Deutsche Bank AG.,

Abs.: Patentanwalt Dipl.-Ina. SCHUBERT, 59 Siegen, Eiserner Straß· 227 Filialen Sieaen u. Oberhausen (RhId.]

ij Postfach 325

65 023 Pl/Schm

U 11 452 VIIIo/21* 3. Februar

United Kingdom Atomic ... Neue Anmeldungsbeschreibung

(zu setzen an die Stelle der bisher gültigen Anmeldun^sbeacnreibung)

Kernreaktor

Die Erfindung bezieht eich auf Kernreaktoren und betrifft Vorrichtungen zum Regeln von Kernreaktoren.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, eine Regelung eines Kernreaktorkerns mittels eines bewegbaren festen Moderatorbauteils vorzusehen, welcher in einen zentralen Hohlraum in der Mitte des Reaktorkerns eingebracht wird. In dem zentralen Hohlraum wurden bewegbare, sich deckende Absorberröhren in einer solchen V/eise vorgesehen, daß durch Relativbewegung mehr oder weniger Rohrflächengebiet exponiert bzw. ausgesetzt werden kann.

Es sind viele Versuche gemacht worden, Kernreaktoren von dem Gesichtspunkt der Steuerung eines Überschußreaktivitätsreaktora zu steuern, ohne auf bewegliche Steuer- oder Regelatäbe mit ihren

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nachteiligen Auswirkungen auf das Flußmuster im Reaktorkern zurückzugreifen. Beispielsweise ist in der deutschen Patentschrift 1 099 101 eine verdrängiare absorbierende Flüssigkeitssäule im Reaktorkern vorgeschlagen worden, und nach einem anderen Vorschlag gemäß der deutschen Patentschrift 1 049 OH wird ein Reaktorkern mit einer zentralen Bohrung versehen, durch die eine Neutronenstreuung stattfinden kann. In der Bohrung sind koaxiale Steuer- oder Regelrohre angeordnet, die relativ zueinander bewegbar sind, um ihre Wirksamkeit zu verändern, während einfester Moderatorstab in die rohrförmige Bohrung

hijnein und aus dieser heraus bewegbar angeordnet ist. Dadurch

können streuende Neutronen absorbiert, moderiert oder aus dem Loch herausgelenkt werden, wobei die Reaktivität des Rejaktors durcJa Verändern dieser Auswirkungen gesteuert

oder geregelt wird.

Eine solche Anordnung hat den Nachteil, daß, obgleich durch sie ein Satz beweglicher Bauteile (d.h. Regelstäbe) eingespart wird, sie zwei andere einführt, (d.h. die Regelabsorberrohre und den bzw. die Moderatorstäbe). Bekanntlich ist es wünschenswert, die Anzahl der beweglichen Teile in einem Kernreaktorkern eher zu vermindern als zu erhöhen, and zwar wegen der in diesem geltenden strengen Bedingungen.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die brennstofffreien Zonen mit einem ortsfesten Neutronenabeorbermaterial au verao

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Außerdem wird es erfindungsgemäß vorgezogen, das Neutronenmoderierungsmaterial in einem strömungöfähigen Zustand, vorzugsweise als Flüssigkeit, einzuführen.

Auf diese Weise wird die Notwendigkeit, große Massen von Absorberstäben im ersten Pail und von Moderatormaterial im zweiten Fall zu bewegen, ausgeschlossen.

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Re^eI:. von Reaktoren, deren Reaktorkern eine epithermische Kompononi·..-im j Neutronenspektrum aufweist, mit einer Spaltzone, in deine pen den mit Brennelementen beschickten Bereichen brennstcf :'-freie Bereiche vorhanden sind, welche durch thermische Neutren·: absorbierendes Material begrenzt sind, in welches Moderatormaterial in veränderbarer Menge durch Relativbewegung von KcIeraj;orzu Absorbermaterial eingeführt wird, die dadurch {jekor.i;-zeichnet ist, daß das neutronenabsorbierende Material (z.B. in Gestalt von Röhren) ortsfest ist und die Standhöhe eines flüssigen Moderators im neutronenabsorbierenden Material (z..·. in den Röhren) verändert wird.

Die Erfindung wird nunmehr anhand der sie beispielswci^. wiedergebenden Zeichnung ausführlicher beschrieben, und zw;u· zeigt

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Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Reaktorkern, Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II der Fi^. 1, I Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf eine abgeänderte

Ausführungsform des Reaktorkerns, Fig. 4 ein Diagramm mit vergleichenden Kurven, die die

Wirkung des Betriebs eines Reaktors nach Fig. 3 ■

zeigen, wobei das Regelungssystem betätigt wird,

um den Abbrand von Brennstoff einzuregeln und

Leistungsspii23n zu reduzieren, Fig. 5 einen axialen Querschnitt durch den zylindrischen

Druckbehälter, der einen ganzen Reaktor einschließt,

während
Fig. 6 ein Leitungsschaubild zur Erläuterung des Betriebs

der dargestellten Regelungsanlage wiedergibt, welche

im Reaktor der Fig. 5 eingebaut ist.

Wie sich aus den Fign. 1 und 2 ergibt, wird ein Reaktorkern -1 (durch nicht dargestellte Mittel) in einem Reaktor-Druckbehälter 2 abgestützt, welcher Leichtwasser-Moderatormaterial 3 enthält, das außerdem als Kühlmittel wirksam ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel setzt sich der Kern aus'einuncizwanzig Säulen 4 zusammen, die im Querschnitt quadratisch sind. Die Säulen 4 sind oben und unten offen, und Jede entliri.lt gleiche Brennstoffgruppen 5. Letztere sind zusammengesetzt aus Platten 5a aus Kernbrennstoffmaterial, welches in einer geeigneten Umhüllung sitzt und so gehalten ist, daß es der Moderutor/Kühlmitt'el-Strömung axial durch die Säulen hindurch auf-

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recht dargeboten wird. Die Aufteilung der Platten in den Säulen ist so, daß sich Brennstoff- und Moderatoranteile odejr -Proportionen ergeben, die einem unterrnoderierten kritischen Aufbau entsprechen.

Wie dargestellt, sind die Platten 5a sehr dicht nebeneinander in parallelen Gruppen angeordnet , und die Gruppen sind um ein mittleres Rohr 6 aus geeignetem Absorbermaterial heru;.i angeordnet. Die Rohre 6 sind im Querschnitt quadratisch, und jedes erstreckt sich koaxial innerhalb der Säule 4. Die PIt;t ..en-Baugruppen bilden Brennstoff enthaltende Zonen im Reaktorkern, die als eine Reihe von Zellen aus solchen Brennstoff enthalt;riden Zonen betrachtet werden können, von denen jede um eine brennstofffreie Zone herum gruppiert ist, welche durch das Absorbermaterial des Rohres 6 begrenzt wird. Eine untere Reflektorsone 7 ist am unteren Teilstück jeder Säule angebracht, wobei jedes Rohr 6 so verlängert ist, daß es um ein kleines Stück unterhalb des unteren Endes der Säulen 4 vorsteht und in ein offenes Ende 6a in der Nähe des Bodens des Druckbehälters 2 ausläuft.

Am oberen Ende steht jedes der Rohre 6 mit einem Rohr ο in Verbindung, welches nach einem von einer Reihe von Sammelrohren 9 führt. Die Sammelrohre 9 sind je mit einer Druck^uuuuelle (nicht dargestellt) über ein Steuerventil verbunden, welches betätigt wird, um den Rohren 8 und von dort den Roln/eit

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6 einen veränderlichen Druck zuzuführen. Der Druck dea Gases ist über einen solchen Bereich veränderlich, daß die Rohre 6 bis zu jeder gewünschten Höhe mit flüssigem Moderator gefüllt werden Können, oder sie können so ein^oregelt werden, daß sich jeweils einer von zwei vorbestimmten Drücken ergibt, um auf diese Weise der Flüssigkeit in den Rohren 6 die Möglichkeit zu geben, einen Pegel bzw. eine Höhe A oder eine Höhe B einzunehmen. Diese Höhen entsprechen jeweils der iiormalbetriebshöhe oder einem Abschaltzustand, wie im Nachfolgenden erläutert.

Es kann jede beliebige Brennstoffzusammensetzung verwendet werden, jedoch ist die Erfindung insbesondere bei solchen von höherer Neutronenabsorption geeignet. Ein Beispiel ist das Gemisch von Plutoniumisotopen, welches aus einem Brennstoff einhalten werden kann, der in Kernkraftwerken bestrahl?)! ist unci nach Abtrennung von" Spaltpuodukten etwa 80^ Pu239, 16'/o Pu240 und 4^σ/° Pu241 enthält. Das Material für die Absorberrohre 6 kann borhaltiger Stahl sein. Da jedoch dieses Material einen' epithermischen querschnitt hat, der die Iteache für einen höheren Anteil der Oberflächenabsorption auf den Außenflächen der Rohre 6 ist, als ein wirtschaftlicher Betrieb gestatten würde, wird

j
es vorgezogen, eine geeignete Kadmium-Legierung zu verwenden.

Da der Einfangquerschnitt dieses Metalls scharf oberhalb

0,1£J ev abfällt, so ist sein dauerndes Vorhandensein in eixtcw mit!Plutonium beschickten Kern, insbesondere einem solchen, der untermoderiert ist, von relativ geringer Bedeutung für co

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Neutronenhaushalt. Sobald jedoch'der Gasdruck in den Sammelrohren so eingeregelt wird, daß das Wasser in den Rohren 6 die Möglichkeit hat, von der Höhe A auf die Höhe B anzusteigen, werden schnelle Neutronen, die normalerweise durch die Hohre hindurchgehen würden, durch den darin enthaltenen Moderator thermalisiert und an der Innenfläche absorbiert. Somit kann der Reaktorkern dadurch unterkritisch gemacht werden, daß iiian den Moderatorpegel auf die Höhe B in allen Rohren 6 ansteigen läßt.

Natürlich kann die Höhe, falls erwünscht, auf jede beliebige Stellung zwischen A und B willkürlich eingeregelt werden, um auf diese Weise als eine Reaktivitätsregelung in einer V/eise zu wirken, die mit einem herkömmlichen Regelstab, der 'teilweise in den Kern eingeführt wird, vergleichbar ist, natürlich ohne die Nachteile solcher Mechanismen und auch ohne äquivalente Flußstörungen heraufzubeschwören.

Das Regelungssystem kann auoh in einer solchen V/eise betätigt werden, daß eine ausgewählte Anzahl von brennstofffrein: Zonen voll mit Moderator gehalten werden kann, während andere dieser Zonen von Moderator entleert werden, wobei dadurch die

Reaktivität unter Kontrolle freigegeben wird, während Flußstorungen auf einem Minimum gehalten werden.

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Bei der ala Draufsicht in Pig. 3 dargestellten Anordnung sind Säulen 10 einander benachbart in zwei Gruppen angeordnet, die zwei ringförmige Innen- und Außenreihen 11, 12 bilden.

Der Brennstoff in Form von Plutonium tragenden Platten \'j wird hochkant in der flüssigen Kühlmittel/Moderator-Strömuri.-, durch den Kern in einer Richtung senkrecht zur Zeichenblattebene gehalten. V/ie vorher schließen Rohre Ha, 14b aus Kadmium, welches in geeigneter Weise, z.B. in Edelstahl, eingehüllt ist, brennstofffreie Zonen innerhalb von Brennstoff· enthaltenden Zonen im Kern ein, wobei die Rohre in der Außenreihe 12 der Säulen mit 14a und die in der Innenreihe 11 mit 14b bezeichnet .sind. Das Brennstoff /Moderator-Verhältnis ist so, daß der Kern uni;ermoderiert ist.

; Die Rohre Ha, Hb sind jeweils mit getrennten Sammelrohren j
15a,i 15b verbunden, wobei jedes Sammelrohr mit Druckgas übor ^

Rohrle 16a, 16b in Verbindung gebracht werden kann.

: Während der Reaktorkern beschickt wird, werden alle Rohre Ha, Hb mit Leichtwasser-Kühlmittel/Moderator gefüllt. In diesem Zustand ist der Kern unterkritisch, weil diejenigen Neutronen, die ihren Ursprung dicht an den Rohren Ha, Hb haben Und in die Rohre gelangen, in dem Leichtwassermoderator thormalisiert werden und, wenn sie auf Thermal- bzw. thermische . Energien verlangsamt worden sind, an der Innenfläche der Ronro Ha, Hb absorbiert werden.

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Dann wird der Reaktor durch Entleeren der Außenreihe Ka der Rohre, indem Druckgas in die oammelrohre 15a eingelassen wird, unterkritisch gemacht, wobei die Innenreihe im überfluteten Zustand gehalten wird.. Es kann mit einem Vorhältnis von maximaler zur mittleren Leistungsverteilung um etwa 1,6 oder weniger gerechnet werden, denn die Leistungsverteilung ist, in: Gegensatz zu herkömmlichen Kernen, nahe der Mitte des Kerns durch das Vorhandensein von Moderator in den Rohren 14b abgeflacht, um eine Verteilung zu erbringen, wie sie mit der Kurve B in Pig. 4 dargestellt ist.

Der Reaktor wird mit Leistung gefahren, der Brennstoff wird abgebrannt, und infolge der höheren Proportionalleistu.... im Mittelbereich des Kerns findet ein stärkerer Abbrand st^ti, der in diesem Bereich den Brennstoff zuückläßt, der an spaltbarem Material relativ zu den äußeren Bereichen des Kernes leicht abgereichert bzw. erschöpft ist. Die ungleiche Verteil.;:.. von Spaltmaterial, die sich über den Kern hinweg entwickelt, ist irr ?ig. 4 durch die Kurve C angedeutet.

Zu einem passenden Zeitpunkt, wenn eine weitere Reaktivitätsregelung erforderlich ist, werden die Rohre 14b entleer¹ >.

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Dieser Vorgang wird jedoch nicht, v/ie man erwartet haben könnte, ein Verteilungsprofil mit steilem Gipfel (wie Kurve A) hervorbringen, denn die Abreicherung bzw. Erschqfung an .üpaltstoff in der,Mitte des Kerns trägt dazu bei, die Leistungsverteilung in der Kernmitte dichter bei der Kurve B iu halten.

Der in Pig. 5 dargestelle Reaktor ist von der integralen bzw. einstückigen Bauart, die zur Zeit mit Vorliebe für den Schiffsantrieb verwendet wird, jedoch in gleicher V/eise auch auf landgebundene Dampferzeugungsanlagen anwendbar ist, bei welchem ein Druckbehälter 50 sowohl einen Reaktorkern 51 a auch einen V/ärmeaustauscher 52 enthält. Der Kern 51 wird von einfem stabilen Ring 53 innerhalb einer Wärmeabschirmung 54 ge-

tragen, die wiederum von Vorsprüngen 55 abgestützt und an diesen befestigt ist, welche von der Innenfläche der Druckbehälterwand vorstehen. Vom Ring 53 hängt ein Kernmantel 51a herab, den im allgemeinen zylindrisch und am Ende offen ist. Der Kern wird durch unter Druck stehendes Wasser gekühlt und moderiert, welches unter Betriebsbedingungen das Behältervolumen bis zu einer Höhe L füllt, wobei das Wasser durch das Gas-Dampf-Gemisch unter Druck gesetzt wird, das in dem Raum S oberhalb des Wasserspiegels eingeschlossen ist. Um zu verhindern, daß irgendein Teilstück des Kerns nicht bedeckt wird — sollte ein ungewöhnlich großer Verlust von Wasser aus dem Primärkreislauf eintreten — ist ein Moderatorbehälter 56 in umiteilbarer Mähe des Kerns angeordnet.

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Das Umlaufen des unter Druck stehenden Wassers wird durch drei Kreiselpumpen 57 bewirkt, die in Durchbrüchen im Boden doa Druckbehälters untergebracht sind, wobei sich die Pumpenräder 57a durch Löcher 58 in der Wärmeabschirmung so erstrecken, α au V/asser nach oben durch die Löcher und zwischen der Wärmeabschirmung und dem Moderatorbehälter 56 gepumpt wird. Das V/asser gelangt dann über den Rand des Behälters 56 und strömt über die Außenfläche des Mantels 51a zum Boden des Kerns. Von dort gelan das durch den Kern erwärmte Wasser durch die Rohrreihen des Wärmeaustauschers, dor Sekundärkühlmittel führt, wobei es Wärme an das Sekundärkühlmittel abgibt. Die Rohrreihen sind in· inneren und äußeren ringförmigen Zonen 52a, 52b angeordnet. Einjringförmiger otrömungsspalter 591 der zusammen mit einer ringförmigen Platte 59a einen Strömungsteiler bildet, dient dazu, das aufwärtsströmende Wasser über die Innenzone 52a der ■äohre zu führen, damit es dann über das obere Ende des Strö..i.a:^ü spalters am oberen Ende der Reihe strömt und dann die volle Höhe des Druckbehälters abwärts, wobei es zunächst über die Außenzone 52b der V/ärmeaustauscher-Rohrreihen und dann über die Außenseite der Wärmeabschirmung 54 zu den Pumpen 57 am Grurid des Behälters gelangt. Von dort aus wird das Primärkühlmittel wieder in Umlauf gesetzt.

' Die Sekundärkreis-Sammelrohre 60 sind so dargestellt, α:;... sie jeweils mit Einlaß- und Aualaßrohren 61, 62 in Verbindung stehen, die durch Durchbrüche im oberen Ende des Druckbehälter.·.

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hindurchverlaufen. Die letzteren Durchbrüche sind in einer ringförmigen Reihe um einen Mitteldurchlass angeordnet, um welchen auf leckdichte Weise eine leitung 64 befestigt ist, welche den Nachschub zum Zwecke der Reaktorsteuerung und -abschaltung führt, die in der beschriebenen Weise arbeiten.. Die leitung 64 steht innerhalb des Druckbehälters mit einer Steuerleitung 63 (die einen Wärmeausdehnungskorapensator 63a aufweist) in Verbindung, die sich durch den Wärmeaustauscher 52 hindurch erstreckt.

In Übereinstimmung mit dieser Regelmethode wird der

aktive Bereich des Kerns in eine Reihe von Zellen unterteilt,

eine
von denen jede/mit Brennstoff versehene Zone 65 aufweist, durch welche sich eine brennstofffreie Zone oder ein Hohlraum 66 erstreckt, wobei der letztere durch eine Schicht b7 eines Neutronenabsorbermaterials mit Neutroneneinfangeigenschaften hauptsächlich im thermischen Bereich begrenzt vviruj _v der Gesamtaufbau der Zellen bildet zusammen eine kritische Masse, wenn durch unten beschriebene Einrichtungen Moderator aus den Hohlräumen 66 ausgeschlossen wird. Der Absorber befindet sich in einem solchen Zustand, dass er durch Oberflächenabsorption die Absorption von thermischen Neutronen bewirkt, hat jedoch eine geringe Einwirkung auf das HaupüijEpithermalspektrum. Dadurch, dass man dem Moderator die Möglichkeit gibt,, in die Hohlräume zu gelangen, werden

ppithermische Neutronen, die in die Hohlräume eindringen,_

ifchermalisiert und dann eingefangen, d.h. es findet eine Einfangabsorption von Neutronen statt. --

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. Zu diesem Zweck ist das untere Ende jedes 1-J.o inirau rr.f. mittels eines Rohres 6ö mit einem am Boden offenen Prallkörper oder einer Kammer 69 verbunden, innernaib welcher eine freie Oberfläche des Moderators durch ein geringes Volumen von eingefangenem Gas gehalten werden icann. Der Moderatorpegel wird durch ein Rohr aufrechterhalten, welches überschussiges Gas nach dem Drucicraum S zurück!"ünrt.

Die oberen Enden der Hohlräume 66 stehen separat mit Einlaßrohren 70 in Verbindung, die ebenfalls vom Behälter aus über die zentrale Leitung 62 verlaufen. Es ergibt sich, uass

^: durch Zuführen von Gasdruck in irgendwelche ausgewählten oder in alle der Einlaßrohre 70 flüssiger Moderator aus dem entsprechenden Honlraum ausgeschlossen werden kann, um einen gewünschten Regelungsi'feict zu erzielen.

Im Leitungsschaubild nach i'ig. 6, welches zur Erläuterung des Betriebs der Regelanlage nach Fig. 5 dient, haben die^eni-'gen Teile, die denen in Fig. 5 gleich sind, die gleichen Bezugszeichen, und der Übersichtlichkeit halber ist im Kern nur der Raum dargestellt, der von· den Steuerhohlräumen b6 eingenommen wird. Der Prallkörper 69 ist um 90 um die Druckbehälter achse gedreht worden, um seine längliche fform zu zeigen.

Bei der in j?^lig. 6 dargestellten Anlage sind die Steuerhohlräunie in zwei Gruppen 66a, 66b unterteilt worden, d.h. die in Gruppe 66a, welche der Mt te des Kerns nCiiicr liegen (von denen in Wirklichkeit nur zwei dargestellt yind). werden als Regelhohlräume und diejenigen, die in den Zwir-chen-

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und Aussenbereichen des Kerns liegen, als AbschalthohlrMume bezeichnet und sind mit dem Bezugszeichen 66b versehen. Gemäß dieser-Terminologie dient die Gruppe 66a einer RoQQlungpfunlcfcion, d.h., oie diant bus· Realctivittitajresolurte; zum Ausgleich des Abbrandes oder der Belastung, während -die Gruppe 66b dazu dient, das Reaktorabschalten auszuführen oder zu bewirken. In beiden Fällen arbeiten die Hohlräume durch Zuführen von Moderator in die Hohlräume, wodurch aie Absorptionsleistung des Absorbermaterials, welches den j Hohlraum begrenzt, erhöht wird. Aus Gründen, die später noch ! erläutert werden, enden die Hohlräume in den Auslassrohren

der Gruppe 66a in einem U-förmigen Syphon unterhalb des ι
j Wasserspiegels innerhalb der Kammer, während diejenigen der

^; Gruppe 66b sich unmittelbar in die Kammer unterhalb der freien Oberflächenhöhe F erstrecken.

Der obere Bereich jedes der Regelhohlräume in der Gruppe 66a ist getrennt durch eines der Rohre 70a über ein Steuerventil 71 mit einer Druckgasleitung 72 verbunden, die Strömungsmittel vom Druckraum her enthält, welches auf einen Druck oberhalb demjenigen in dem Raum durch Verdrängerpumpen 73 gebracht wird. Zwei solcher Pumpen werden in Parallelschaltung verwendet, wobei sie Über Rohre 74 mit dem Ri>.\-'.v ο verbunden sind und die Druckleitung 72 beliefern, so u.-uu·. -,--Ie abwechselnd verwendet werden können. Der obere Bereich der Hohlräume in der Gruppe 66b ist in ähnlicher Weise durch Einlassrohre 70b verbunden, die diese Hohlräume mit der Druckleitung 72 verbinden, und zwar mittels einer zentralen

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Leitung 63, und ein gemeinsames Auslassrohr 75 mit par^I.c'i ventilgesteuerten Eohren 77, die Ventile V3 aufweisen. Das Rohr 75 kann mit dem Druckraum S über durch Ventile gesteuerte Zweigroiire 76 in Verbindung gebracht werden., uie Ventile V2 aufweisen und nach einem gemeinsamen Rohr 76. führen, welches mit dem Raum S in Verbindung steht.

Der Druck des Gassystems oberhalb des Druckraumes 3 wird durch die Tiefe bestimmt, bis zu welcher die Hohlräume vom Moderator zu entleeren sind. Druckgas wird mittels Verdrängerpumpen 73 in das Hohlraumsystem über Rohre 70a, 70b kontinuierlich gepumpt, wobei das Gas fortlaufend aus dem unteren Ende der Hohlräume über Rohre 68a, 68b in die Kammer 69 entweicht, von der es über die Leitung 71 in uen Druckraum S zurückgeführt wird. Dadurch werden Veränderungen des Wasserspiegels infolge von Druck- und Temperaturändorungen und kleinen Leckstellen vermieden. Die Kammer 69, wie oben erwähnt, hat Lüftungsrohre 86, die es gestatten, dass überschüssiges Gas in den Druckraum zurückströmt. Es ist noch zu bemerken, dass die Ventile V2 und V3 an den Rohren, die mit den Abschalthohlräumen in Verbindung stehen, aus Sicherheitsgründen verdreifacht sind.

Anfänglich werden alle Hohlräume geflutet und, um don Reaktor anzufahren, werden die dazwischenliegenden und auaseren Hohlräume 66a durch Öffnen der Steuerventile \O und durch Zuführen von Druckgas nach den oberen Enden aller Abschalthohlräume heruntergeblasen. Jede ausgewählte Anzahl

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von Eegelhohlräumen kann durch öffnen der zugehörigen Steuerventile 71 heruntergeblasen werden, jedoch müssen zunächst die Abschalt-Steuerventile V3 geschlossen werden, da sonst ein Fluktuieren der ReaKtorleistung verursacht Worden kann. Andere Eegelhohlräume können nach Wunsch heruntergeblasen werden, um die Eeaktivität in einer gewünschten Weise zii beeinflussen. Wenn die Eegelhohlräume 66a unmittelbar mit

. d£r Kammer 69 verbunden wären, so könnte möglicherweise das

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eingeschlossene Gas in jene Hohlräume hochsteigen, die man im gefluteten Zustand halten wollte, und dann die Eeaktivität ungewollt erhöhen. Um dem vorzubeugen, laufen die Eegelhohlraum-Auslassrohre 68b in Syphons oder gebogenen Enden unterhalb der normalen freien Oberfläche in der Kammer aus, so dass sie nur Gas in diese einbringen und kein Gas aus dieser aufnehmen können. ,

Im Notfall, wenn ein Abschalten geboten ist, werden die Steuerventile V1 und die Abschalt-Steuerventile V2 und V3 geöffnet, und die Hohlräume fallen sofort auf den Druck im Eaum S ab und füllen sich mit Wasser, während das verdrängte Gas in den .Druckraum oberhalb des Wärmetauschers zurückströmt.· Die Geschwindigkeit, mit welcher der Wasserspiegel in den Hohlräumen 66 ansteigt, wird in erster Linie' bestimmt durch die 'Differenz zwischen dem Pegel im Hohlraum und dem Pegel uer Grenzschicht zwischen Druckgas und Wasser wie auch durch jegliche Reibungsverluste an Eohrbogen beim ausströmenden Gas und einströmenden Wasser.

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Die Flutungsgeschwindigkeit kann dadurch erhöht werden, dass die beschriebene Anordnung in dem Maße abgeändert wird, dass ein geschlossener Behälter an der Auslaßseite der • Abaohalt-Ventiie VH und 73 angebracht wird, wobei äap Druak innerhalb dieses Behälters auf einem niedrigeren Wert gehalten wird als demjenigen, der im Druckraum S vorherrscht. Auf _ediese Weise steht eine grössere Druckdifferenz als diejenige des Wasserspiegels im Druckbehälter zur Verfügung, um das Primärkühlmittel in die Hohlräume zu drücken.

; Das vorgeschlagene Verfahren der Reaktorsteuerung und -(•abschaltung, welches die Möglichkeit gibt, das Absorberinaterial im Kern ortsfest zu halten, wobei das Material durch

die Zufuhr oder Wegnahme von Primärkühlmittel wirksam oder unwirksam gemacht wird, stellt ein ,beträchtlich vereinfachtes

^erfahren der Steuerung dar, verglichen mit herkömmlichen Systemen, die ausschließlich auf Regelstäben basieren.

Y/ährend die obige Anordnung die Verwendung von KUhI- ; flüssigkeit als dynamischen Teil der Regeleinrichtung vorsieht, ist es ebenso möglich, ein Moderatormaterial in Form eines Feststoffes oder Partikel oder Breies zu verwenden.

; Für die Anwendmng auf oder in Schiffen erfolgt das ; Vorsehen der Kammer, welche den gepumpten Überschuss des Druckgases enthält, in der in Fig, 6 dargestellten Form, d.h. in Form eines langen Troges, und der Reaktor wird so orientiert bzw. ausgerichtet, dass die Längsseiten des Trogea in Längsrichtung dea⁷ Schiffes verlaufeng-Dadurch beeinträchtigt

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At

!nur die längs- oder 'Kippbewegung des Behälters den Wasser-

!stand in den Honlräumen, aber in keiner tfeise die Schlin^erjbewegung. uie Längs- oder Kippbewegung, die niemals monr. als

Wenige G-raa ue^ragt, wird nicht die Ursache dafür sein, daus sich der Y/asserspiegel in den Hohlräumen um irgendeinen bedeutenden Betrag ändert.

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Es verdient hervorgehoben zu werden, dass bei der beschriebenen Regelanlage, -wie sie bei dem in Pig. 5 dargestellten Reaktor verwendet wird, keinerlei bewegliche feste Bauteile im Kern verwendet zu werden brauchen, mit der Folge, dass keine Lauftoleranzen berücksichtigt zu werden brauchen und somit die Fertigungatoleranzen bis zu einem beträchtlichen

Ausmaß vereinfacht und erleichtert werden. Da darüber hinaus die Neutronenabsorber für die Regelung ein fester Teil des Kernaufbaus sind, so können sie nicht vom Korn weg verschoben werden, es se*i denn, der Kern selbst sei in Bruchstüoke gebrochen. Alle Mechanismen, einschließlich derjenigen, die für den Grad der durch die Regelabsorber ausgeübten Regelung maßgebend sind, befinden sich ausserhalb des Druckbehälters und sind somit zugänglich. Darüber hinaus ist eine solche Regelung, da sie innerhalb des Kerns bewirkt wird, zwangsläufig, d.h. die Hohlräume sind entweder voll oder leer vom Moderator, und die Regelung beruht nicht auf einer veränderlichen oder einstellbaren Höhe des Moderators.

Wenn erwünscht, können brennbare Gifte bzw. Neutronenfänger im Kern eingebaut werden, um die von den Absorbern hervorgebrachte Reaktivitätsregelung zu ergänzen.

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Der für das Erreichen dieser Vorteile zu zahlende Preis sind der Verlust von Neutronen durch Oberflächenabsorption in den dauernd im Kern vorhandenen Absorbern und die Erhöhung <.es Neutronenverlustes, wenn die brennstofffreien Zonen von Moderator leer sind. Dieser Preis wird in erster Linie durch ( ie Verwendung von Kadmium als Absorbermaterial beträchtlich ■vjermindert, wobei die Untermoderation des Kerns eine hohe Absorption in den Brennstoffisotopen ergibt, und in zweiter Linie durch Beschränkung der Breite der brennstofffreien Zonen, . derart, dass das Auslecken bzw. Entweichen durch Neutronen- ^: strömung auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird. Jede.beliebigen anderen geeigneten Mittel zum Einführen des Moderators in die \ durch den Absorber umgrenzten Hohlräume können verwendet weruen, j Z.B. kann ein Stab aua Graphit in Längerichtung so angetrieben ; werden, dass er mittels geeigneter mechanischer Einrichtungen ^: in die Hohlräume eindringt oder diese verlässt. Alternativ kann : ein flüssiger Moderator in die Hohlräume über ihre oberen Enden von Sammeltanks her eingebracht werden und dadurch abgezogen werden, dass er aus deren unteren Enden abgelassen oder herausgepumpt wird. In gleicher Weise' ist das System auch ebensogut auf gas- oder wassergekühlte Reaktoren anzuwenden,

(Patentansprüche)

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Claims

DIPL-ING. ERICH SCHUBERT _ΑΛ ^{T#ltfoni(0271)}"^4W .

Tel.flramm-Adr.: Patschub, Sltgen ',

Poittchackkoftttni

Köln 1Μ»ϊ1,Ε»ι.η 20342

D.utiaS. Bank AO.,

Abi. ι Patintanwalt Oipl.-Ing. SCHUBERT, 59 Siefl.n, Eii.rn.r Straß. 227 . Filialm Si«e«n u. Obtrhauian (RhId.)

Pottfadi325

U 11

65 02g Fl/Schm

132 VIIIc/21g

United Kingdom Atomic ... Vg prp jggg ·

Neue Patentansprüche 1 bis 6

(zu setzen an die Stelle der bisher gültigen Patentansprüche 1 bis 5) ·

1. Vorrichtung zum Regeln von Reaktoren, deren Reaktorkern eine epithermische Komponente.im Neutronenepektrum aufweist, mit einer Spaltzone,, in der neben den mit Brennelementen beschickten Bereichen brennstofffreie Bereiche vorhanden sind, welche durch thermische Neutronen absorbierendes Material_v begrenzt sind, in welches Moderatormaterial in veränderbarer Menge durch Relativbewegung von Moderator-Jzu Absorbermaterial eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das neutronenabsorbierende Material* (z.B. in Gestalt der Röhren (6)) ortefest ist und die Standhöhe eines flüssigen Moderators im heutronehabsorbierenden Material (z.B. in den Röhren (6)) verändert

2. Vorrichtung naoh Anspruoh 1, dadurch gekenneeionnet,, daß eine Anzahl von brennstofffreien Zonen vorgesehen ist, von

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denen jede durch thermische Neutronen absorbierendem Material begrenzt ist, wobei jede einer ausgewählten Anzahl dieser Zonen den flüssigen Moderator bis zu einer Standhöhe übermittelt erhält, die der Art der erforderlichen Regelung, z.B. für die an sich bekannte Flußabflaohung, entspricht.

•3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das neutronenabsorbierende Material (z.B. in Gestalt von Röhren) auf zur vertikalen Symmetrieachse des Kerns konzentrischen Kreisen angeordnet ist und die Standhöhe

des Moderators in allen Röhren, die auf einem gemeinsamen Kreis liegen, gleichzeitig und unabhängig von den Röhren au|f anderen Kreisen verändert wird.

4. Verfahren zum Betrieb von Vorrichtungen naoh Anspruch 3, daidurch gekennzeichnet, daß der Kern auf Über- oder Unter-Kritischzustand dadurch gebracht wird, daß jeweils entweder Moderator von einer äußeren Reihe von brennstofffreien Zonen abgezogen oder Moderator naoh den brennetofffrθien Zonen zugslassen wird,

5. Verfahren zum Betrieb von Vorrichtungen naoh Anspruch 4»|

ί dadurch gekennzeichnet, daß der Kern derart betrieben wird,

daß der Moderator mindestens eine innere ringförmige Reihe von brennstofffreien Zonen füllt, so daß die Ieistungeverteilung nahe der Kernmitte durch das Vorhandensein dieses Moderators abgeflacht wird, und flaß dann Moderator aus der inneren Reihe

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von brennstofffreien Zonen in dem Mai3e entfernt wird, wie das Abbrennen vor sich geht.

6. Verfahren zum Betrieb von Vorrichtungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es darauf beruht, die Standhöhe des flüssigen Moderators in brennstofffreien Zonen im Kern, die durch thermische Neutronen absorbierendes Material begrenzt sind, zu variieren.

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