DE1514966A1 - Kernreaktor - Google Patents

Description

PATENTANWALT- Telefon: 32409

DlPL-ING. ERICH SCHUBERT 7*^»«***.,

tC 1 / QCC Postscheckkonten:

O I HODO K8ln 106931, Essen 20362 Bankkonten: Abs.: Patentanwalt Dipl.-lng. SCHUBERT, 59 Siegen, Eiserner Straße 227 Deutsche Bank AG., Postfach 325 Filialen Siegen u. Oberhausen (RhId.)

65 057

31. Mai 1965

United kingdom Atomic Energy Authority, Patents Branch» 11 - 12, Gharles II Street, London, SWI, England

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung Hr. 22 862/64 vom 2. Juni 1964 beanapruoht.

Kernreaktor

Me Erfindung bezieht sieh auf Kernreaktoren, insbesondere auf den üeflektor, der üblicherweise um den Reaktorkern herum vorgesehen ist, um den Verlust von Neutronen duroh Entweichen derselben bzw, Leokauetritt zu verringern. Es versteht sich von selbst, daß ein üeflektor — ob er nun fest oder flüssig ist — gute Keutronenetreuelgensohaften hat; Beispiele hierfür sind Graphit,

90 9830/0488

Ί5Η966

Beryllium, v/aaaor und ,joh/verwasaer.

Da das Entweichen von Meutronen aus den Reaktorkern vom Heflektor abhängt, ist ea wohlbekannt, daß ein gewisses Maß der Steuerung der Reaktivität des Reaktorkerns durch Bewegen des Refielctors erzielt werden kann. Diese Methode der Steuerung ist insbesondere für oohnellreaktoren vorgeschlagen worden, wo dai Hoohenergie-üleutronenepektrum (mit einem Durchschnitt über 1 keV)

™ Neutroneneinfangmaterialien, wie Bor, weniger wirksam werden laßt als bei thermischer; Reaktoren, wo Neutronen weitgehend infolge eines hohen uoderator-Brennstoff-Verhältnie auf thermische Energien verlangsamt werden. Bo ist es für Johnellraktoren bereits vorgeschlagen worden, einen festen Reflektor, der den Heaktorkern umgibt, fUr die Ausführung einer Axialbewegung einzurichten und an Buordnen, ura eine Veränderung der reflektierten .länge des Reaktorkerns zu ermöglichen. Bei f1 asigen Reflektoren 1st es in allgemeinerem Zusammenhang vorgeschlagen worden, daß der J$$el ver-

^ änderlioh sein soll, und zw ir wiederum zu dem Zv/eo.'., daß die reflektierte J*inge des Reaktorkerne verändert werden kann.

Gemüß der Erfindung wird bei eneia ivernrouktor, der einen Beflektor aufweist, welcher benachbarte Radialzonen aus flüssigem und festern Reflektor eineohlieat, die beide kontinuierlich um den Reaktorkern herum verlaufen, der feste Reflektor in einer Weise fehaltert, die es ermöglicht, daß seine Lage radial zum Reaktorkern verändert wird, was mit einer Verschiebung des flüssigen iteflektors einhergeht. Infolge der unterschiede der

909830/0488

streuquerschnitte von flüssigen und festen Reflektoren ist das Entweichen der Neutronen auf diese Weise über die ganze Radialperi herie des Reaktorkerns hinweg steuerbar, Höher ist ea, insbesondere bei kleinen Heaktorkernen, wo das Ausleokon der Neutronen besonders bedeutend ist, möglich, diese Art der Jbeoksteuerung au verwenden, um beträchtliche Mengen überschüssiger Reaktivität zu kontrollieren bzw. niederzuhalten /holding dona/.

P^;r eine Veränderung seiner Radialeteilung kann der feste Reflektor seitlich relativ zum Kern, und zwar entweder in linearer BewegtJ^r oder .Drehung, oder axial zum Kern bewegt werden. Im «roteren Falle kann es sein, daß eine strikte ^Kontinuität des festen Reflektors um den Reaktorkern unter Umstanden nicht erreicht werden

Die Erfindun.- wird nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert* und zwar zeigt

-¹Ig. Ί einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungafora

der Erfindung,
. Pip. 2 einen : alben" Grundriß in iiliclcrieiituBg entlang der Linie II-J.I von Fig. 1, während die

Pign. 3 und 4 in einem Gr-.-rtdrifl =^:.hnlicli der Fig. 2 die beteff enden Jierkmale einer b ,aderungsf ora des ersten ■A-a3f"iirvmgsbeia iels

90 98 30/04 88

Der Reaktor gemäa ^ig, 1 let ebenso wie die Abänderungsfora ge»äö den Figuren 3 und 4 ein Sohnellreaktor τοη ungefähr 40 MWCf), bei dem der Reaktorkern durch euperkrltisoh unter Druck gehaltenes Waeserfcühiraittel gekühlt wird. Der Kern 11 1st in, einem dickwandigen druckbehälter 12 enthalten, der innen einen dünnwandigen Innenbehälter 13 etwa in der Form eines Pilaea aufweist, welcher als unteren Teil einen zylindrischen Topf 14 einschließt, in dem der Reaktorkern 11 befestigt ist.

Das Kühlmittel, das den Kern 11 durohstruaen soll, wird ssu dem ausgebuchteten oberen feil des Innenbehälter· 13 durch eine KtthlmltteleinlaSaUndurig 1? am oberen Ende des EeaktordvuokbeMltere 12 eingelassen und strömt von dort zum unteren Ende des Topfes 14 durch einen Hing von Perforierungen 16 in eine« nach innen ragenden Flansch 17 des Topfes» durch welchen «Ine Mansehett« 18 gehalten wird, die In ihre? Fora su dem seohseeklgen UmriS des Ktfaktorkerna 11 (Fig. 2) paßt. An ihre» unteren Snde trägt diese Manschette 18 Sockel oder Buchsen 19, in denen untere Borne oder Spitsen 20 von Brennatoffanordnungen 21 fixiert sind· Sie oberen Dorne oder Spltsen 22 dieser Anordnungen sind in elnea afeaehabaren Block 23 fixiert,, welcher seinen Sits in dem flansch 17 hat, Zwischen den oberen und den unteren Bornen haben die Anordnungen sechseckige Gehäuse, in welchen Reihen von Brennstoffkörpern, vorzugsweise In plattenartiger Fora, sitsen. Nur In Besug auf die äußere Reihe von Brennstoffanordnungen sind die Bueheen oder Sockel 19» wie bei 24» offen für den Kühlmittel-

BÄD ORIQtNAL 909830/0488

strom, der den Boden dee Topfes 14 erreicht» und daher führt das Kühlmittel einen ersten nach oben gerichteten Durchgang dtiroh diese äußere Heihe aus. Mittel« einer ringförmigen Kammer 25 im Blook 23 folgt diesem ersten Durchgang ein zweiter, nach unten gerichteter Durchgang durch die näohste Reihe von Brennstoffan-Ordnungen· Sie Anordnungen in dieser nächsten Reihe weisen geschlitzt e öffnungen 26 in ihren unteren Dornen 20 auf, was auch bei der Gruppe von Anordnungen der Pall iet» die au» der Steueranordnung und der Reihe um diese herum besteht, so daß dem zweiten Durahgang ein dritter und letzter Durchgang aufwärts durch dies· Gruppe folgt« Bei Beendigung des dritten Durchgangs fließt das Kühlmittel von dem Block 25 durch eine Leitung 27 zu einer Kühlmittel-AualaSmüncUmg 23 am oberen finde des He akt or druckbehälter β 12· . . ^: - -

Sine Auskleidung 29 mit einer Bodenöffnung, durch welche der Topf 14 hindurchragt, ist durch einen Spalt 30 von der Innenfläche des Druckbehälterβ 12 getrennt und bildet mit dem Topf eine Heflektorabtellunr 31. Eine Einlaß*«öffnung 32, die den Druckbehälter von außen durchsetat, steht in Verbindung mit der Heflektorabteilung über einen Spalt 33/ der awiaohen der Auskleidung 29 und dem gewölbten oberen Teil des Innenbehälters 13 freibleibt· Eine Auelößmündung, die in ähnlicher Weise wie die EinlaSmdndung 32 angeordnet aber winkelig gegenüber der Ebene von Fig. 1 versetzt ist, so daß sie nicht sichtbar ist, steht in Verbindung mit dem Spalx; 30.

909830/0488

In dar Reflektorabteilung 31 befindet sieh ein Ring 24 aus Segmenten von rostfreiem Stahlreflektoraaterial, wobei jede· Segment die $orm eines verlängerten Blocks 34 hat, «er sich über die Länge des Kerns hinweg erstreckt und dessen Seitenflächen parallel in der radial hinteren Hälfte und leicht konvergierend in der vorderen Hälfte sind· Zwischen den Blöcken 34 sind Segmente 35 aus rostfreiem Stahl ron Keilform befestigt, welche sioh auf den Kern zu in einer Weise verjüngen« daß sie prallele Seitentaschen 36 bilden, in denen sich die Blöcke 34 bewegen können*

Die Blöcke 34 werden jeweils durch obere und untere Verbindungsglieder 37 gehalten, welche nach Art eines Kniegelenkes angeordnet sind, und die oberen Verbindungsglieder sind drehbar an einem Hing 38 aufgehängt, mit dem eine Jchrauben- und Mutter-Einstellvorrichtung 39 mit einer Antriebseinheit 40 verbunden ist. Es 1st ersichtlich, daß Führungsmittel ebenfalls vorgehen sind, um den Ring 38 in einer horizontalen und die Blöcke 34 in einer vertikalen Stellung zu halten» So wird durch Bewegen des üinges nach oben und nach unten mit Hilfe einer Antrieb ski· aft, die der EinsteilVorrichtung 39 Übermittelt wird, die stellung der Blöcke 34 aus festem Reflektormaterial radial zum iCern entsprechend und synohron verändert. Der Lageunteraohied, der in dem rechten und dem linken Quadranten von Fig. 2 ersichtlich ist, tritt in Wirklichkeit nicht auf und ist nur eingezeiphnet, um au zeigen, wie die Blöcke in verschiedenen Stellungen liegen.

BAD ORSQiNAL 9098 3-0/0488

Durch die filnlaßmündung 32 wird die Reflektorabteilung 31 mit flüssigem Reflektor beliefert, weloher im vorliegenden Fülle die gleiche Flüssigkeit wie das Kühlmittel ist, wobei der Druck überkritisch und die Temperatur nicht größer als die Xernein-1aßtemperatur und vorsugsweiee niedriger als diese ist· Ein Strom dieses flüssigen Reflektors durch die Reflektorabteilung verläuft naoh der AuelaSmündung hin, die mit dem Spalt 30 in Verbindung steht· So bewirkt, wenn die festen Reflektorblöoke 34- eine LageVerateilung mitmachen, die daraus folgende Verschiebung des 'flüssigen Reflektors in der Reflektorabteilung einen Aue tausch der Stellungen der festen und der flüssigen reflektierenden Lagen· Beispielsweise sohütet man, wenn der Brennstoff des Kerns des dargestellten Reaktors in Form von gemischten Dioxyden aus Plutonium und Uran vorliegt, daß der volle Bereich der Elnregelung der festen lieflektorblSoke 34 einer Reaktivitätsänderimg von ungefähr 3 $ gleichkommen kann·,

Bei der Abänderungafor» genuß den Figuren 3 und 4 haben die beweglichen Segaente aus festem Reflektormaterial die Form von länglichen Kellen 40, die so angeordnet und geformt sind, dafi in Jedem Fall eine Keilfaohe in einer Ebene toangential zur iaa~ ginären Zylindurflache von etwas größere« Durohmeseer als der Topf 14 liegt, w ihr end die andere KeilfüOhe in einer Ebene parallel ssur tangentialen x-'l^ohe des η-ohstbenachbarten Keiles und dicht angrenaend an diesen liegt, wobei die ganee Anordnung wie eine

90983 07 0 48 8

15U966

Iriemeabran aussieht. In diesem Fall ist die Verwendung von fest» stehenden Segaenten nicht nötig. An beiden Enden hat jeder Keil einen Arm 41» der an diese» befestigt 1st» wobei das andere Ende des Armes drehbar um eine Achse 43 angebracht ist, die sioh parallel zu den Ebenen der KelljBaahen erstreckt und beträchtlich von dem entsprechenden Kell versetzt ist, damit der Keil in einem flachen Bogen in der allgemeinen Richtung der abgelegeneren Keilfachen geschwenkt werden kann.

Die Arme 41, die in Fig. 3 erscheinen, sind diejenigen an den oberen Enden der Keile 4Of der Quadrant, in dem sie zu sehen sind, -ist als ein Abschnitt über den feilen zu verstehen. Der untere linke Quadrant stellt einen nouh höheren Abschnitt dar und illustriert; einen geeigneten Antriebsmechanismus; ein .Drehring 43 ist um die Mittellinie des Topfes 14 durch Zapfenlager gelagert und trägt eine Zahnstange, wie z«B· 44* für jeden Keil· Durch Drehung des Ringe· duron eine Antriebskraft, die ihm über ein Zahnrad 45 übermittelt wird, wird der ^eilarm mit Hilfe von Zahnsegmenten, wie 46» geschwenkt, welche an den Armen befestigt sind und mit den entsprechenden Zahnstangen kämmen, flg. 3 zeigt die Keilanordnung im zusammengeschobenen Zustand für eine Maxiaireaktivität im Reaktorkern, während sie in J?ig. 4 voll auseinandergezogen gezeigt ist·

Es gibt natürlich eine Vielzahl von weiteren Möglichkeiten, wie die Kadialsteilung des festen Reflektormaterials in einer

BAD ORISIHAL 909830/0488

Maese von flüssigem Heflektor verändert werden kaim. Ein Weg, der ganz andere als der vorstehend beschriebene ist aber dennoch im Srfindungsbereioh liegt» besteht darin» dafl das feat· R·- flektormaterial in Form eines langen Blattes angeordnet wird» welches an der einen Endkante befestigt und mit zahlreichen

indungen um den Reaktorkern herum wie eine Uhrfeder gewickelt ist} die andere Endkante wäre dann mit einer Antriebsvorrichtung verbunden, durch welche sie um einen kreisförmigen "Weg herum getrieben werden kann, so daß die iinuungen des Blattes dicht an den Reaktorkern heran gezogen werden können oder sich von dem Kam weg ausdehnen können· Bine andere Möglichkeit, bet der die Bewegung des festen ileflektormaterials in axialer liijhtung aura Kern 'verwende/t wird» besteht darin, zwei oder mehr unterschiedliche geschlossene feste Heflektorbauteile au vei'wenden, von denen jeder selektiv um den Kern herum angeordnet werden kann, wodurch die Leflektorflüssigkeit verschoben wird} beispielsweise können zwei ineinanderpassende Zylinder aus rostfreiem Utahl für ein· abwechselnde Bewegung, in die Reflektorabteilung angeordnet sein· Diese Mbgliohkeit ist jedoch verglichen mit den anderen bisher erwähnten Möglichkeiten darauf begrenat, die Kernreaktlvit t in tufen au verändern, und ist daher weniger geeignet fur die Verwendung bei der Betriebastüuerung des -^eaktora als diejenigen, die eine stuf enl ο se Ver .nderunfi ermöglichen.

Auüerdem ist die ärfindun« nicht auf die speziellen festen und flli33i^.en Reflektoren, die vorstehend erwähnt sind, begrenat.

BADORiQJNAL 909830/0488 '.■ -

Ea können unter anderen Umständen auoh andere Kombinationen verwendet werden} ao kann a.B« bei einem Sohnellreaktor, der mit Blei oder einer Blei-Wiamuth-Legierung gekühlt wird, der Verbundreflektor aus dem Kühlmittel in Kombination mit Graphit bestehen, der ala featea Reflektormaterial dient·

Die Erfindung betrifft auoh Abänderungen der im beiliegenden Patentanspruch 1 umriaaenen Auaführungsform und bezieht aioh vor allem auoh auf aämtliohe Erfindungemerkmale, die im einzelnen — oder in Kombination — in der geaamten Beaohreibung und Zeichnung offenbart sind.

Patentansprüche

909830/0488

Claims (1)

1. PATENTANWALT »7 Telefon; 32409

   DIPL-1NG. ERICH SCHUBERT ι c ι /■ α c c τ.ι^«η«^Γ., ****, s,e₈en

   IO I HJOD Postscheckkonten:

   Köln 106931,.Essen 20362

   Bankkonten:

   Abs.: Patentanwalt Dipl.-Ing. SCHUBERT, 59 Siegen, Eiserner Straße 227 Deutsche Bank AG.,

   Postfach 325 Filialen Siegen u. Oberhausen (RhId.)

   65 057 Ke/Ke 31. Juni 1965

   Patentansprüche

   1. Kernrealetor mit einom Reflektor, der benachbarte Radielzonen a te flüssigem und festem Reflektor aufweist, die eich beide im wesentlichen kontinuierlich um den Reaktorkern herum eretrecken, dadurch gekennzeichnet, daß der feate Reflektor to "gehalten wird, daß die ^;5tell mg desselben radial zum Reaktorkern verändert werden kann, woraufhin sich auch der flüssige Reflektor verschiebt«

   2. Kernreaktor noch kva-:>ruoh I, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Reilektor selektiv eine von zwei Stellungen

   in einer Abteilung zum Aufnehmen dee flüssigen Reflektors um den Kern herum einnehm·, η kann, wobei tfer feste Reflektor in einer ersten dieser ..Stellungen flüeaigen Reflektor in der Abteilung von einer Innensahicht verdrängt und in der zweiten die■--?e - flüssigkeit aus einer Schient verdrängt, die au erhalb dt;r Irinensu lieft^;; liegt«

   909830/0A88

   3. Kernreaktorlnach Anepruoh 2, dadurch gekennstlehnet, daß der feste Reflektor seitlich zum Kern ^wieohenden beiden Stellungenm bewegen let«

   4« Kernreaktor nach Anepruoh 3, dadurch gekennzeichnet, daß dor feste Reflektor die Form einer Anzahl von Segmenten hat, die sich einzeln Im wesentlichen über die Länge des Kern« erstrecken und in ihrer Gesamtheit mindeetens In der er-Bten Stellung aneinandergrensen. i *

   5. Kerneaktor n&oh Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dal) weitere Segmente aus Reflektor In der Reflektorebteilung Im Abetand voneinander hefeatigt sind und jeweils Keilfora haben und eich nach dem Kern hin verjüngen, wobei.die beweglichen Segmente β© geformt sind, daß ei© in die Zwischenräume «wischen den feststehenden Serrmenten bei der Bewegung in.die »weite Stellung eintreten können*

   6. Kernreaktor nach Anspruch 4» dadurch itekeanselohnet, daß jtdts der Segaentt keilförmig ist alt einer Ktilfläofee in einer Sbene tangential su einer Imaginären s.yllndrisohsn Oberfläohe, die von den Segmenten umgeben wird, und mit der anderen Kellfläohe in einer Eben« parallel zur Tangen« tinlfläohe d«s nächsten ben^ohbarten Segmentes und dicht benaoh-* bart demselben, wobei die Segmente jeweils Inder allgemeinen Richtung der Sbene der sweitgenannten Feilfliehe beweglich sind.

   BADOR!@ir4ÄL 909830/OA88 __

   ?. Kernreaktor nach Anspruch 6, dadurch gekenneeichnet, daß eine Haltevorrichtung für die Segmente für jedes Segment einen Arm aufweist> der am einen Ende an dem Segment befestigt ist und am anderen Ende um eine Achse schwenkbar ist, die sich parallel au den Ebenen der Keilfläohen ere treckt.

   8. Kernreaktor nach einem der Ans;>rUehe 4 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß ein Antrieb zum Bewegen der Segmente allen Segmenten gemeinsam ist und die Segmente entsprechend in synchroner /elae einstellen kann.

   9« Kernreaktor nacn einem der Ansprüche ν bis 8_f dadurch gekennzeichnet, daß die Beflefctorabteilung Einlaß- und AuslaS-wege h t_f um dan Entstehen eines Flusses von flüssigem Reflektor durch die Abteilung au ermöglichen·

   10. Kernreaktor nach Anspruch 9t dnduroh gekennzeichnet_f das eine Vand der Abteilung mit der Innenfläche eines Heaktorbehälters, der den Kern enthält, einen Spalt bildet» welcher mit der Abteilung am einen Rnde der letzteren in Verbindung steht, und daß der Kinlaßweg eine Elnla.'iverbindung aufweist, die ilen Reaktorbehälter durchsetzt und mit dem cnderen Ende d r Abteilung.In'Verbindung ^teht, und der Auslaßweg den Soalt und eine Auslaöverbindung einechlieüt, die- den 'ieaktorbehülter an einer Stelle durohsötzt, wo er nr^ch dem Spalt hin uffen let, entfernt von der Verbindung mit der Abteilung.

   9 0 983 0 /OA 8 8 ^ßÄD

   11. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bia 10, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Reflektor Waeaer und der feste Keflelctor Htahl ist·

   BAD ORIGINAL 909830/0488

   Lee rs e ι te