DE1514975B2

DE1514975B2 - Verfahren zur Reinigung des Kiihlgasstromes von Reaktoren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1514975B2
Application number: DE1514975A
Authority: DE
Inventors: James E. French; Keith G. Steyer; George L. Wessman
Original assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Current assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Priority date: 1964-08-14
Filing date: 1965-08-13
Publication date: 1974-06-27
Also published as: US3278386A; FR1442245A; BE668204A; DE1514975A1; GB1115815A

Description

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des Kühlmittelstromes in einem bestimmten opti- In dieser Spaltprodukteinfangeinrichtung wird bereits

malen Bereich gehalten. ein großer Teil der Spaltprodukte wie Jod, Brom,

Dies kann entsprechend einer vorteilhaften Ausge- Tellur, Cäsium, Strontium und Barium zurückgehalten, staltung der Erfindung dadurch erreicht werden, daß so daß eine übermäßige nachteilige Temperaturder Kühlgasstrom durch eine Reihe von sich einander 5 erhöhung des nachgeschalteten aus Wärmetauscher abwechselnden Wärmetauschern und Adsorbern ge- und Adsorber bestehenden Verzögerungsbettes verführt wird. Die Menge des Adsorptionsmaterials in mieden werden kann.

den Adsorbern ist dabei in Beziehung zu ihrem Ad- Der Kühlgasstrom wird dabei vorzugsweise durch Sorptionsvermögen so bestimmt, daß die durch den Wärmetauscher und Adsorber geführt, die außerhalb Zerfall der Spaltprodukte in den einzelnen Adsorbern io der Reaktorkernzone angeordnet sind. Hierdurch gebildete Wärme die Temperatur des Kühlgasstromes wird einerseits erreicht, daß das Neutronengleichnicht über 240° C erhöht. Den zwischen die Adsorber gewicht in der Reaktorkernzone nicht beeinträchtigt geschalteten Wärmetauschern wird Kühlmittel in wird, andererseits wird eine unerwünschte Tempeeiner solchen Menge zugeführt, daß der die Spalt- raturerhöhung des Verzögerungsbettes ausgeschlossen, produkte mit sich führende Kühlgasstrom auf weniger 15 Für eine besonders gute Entfernung des Spaltais 94°C gekühlt wird. Als Adsorptionsmaterial kann , produktgemisches aus dem Kühlgasstrom hat sich ein dabei vorzugsweise Aktivkohle verwendet werden. Adsorber aus Aktivkohle mit einer Dichte von 0,40 Die untere Temperatur, auf die der Kühlgasstrom bis 0,60 g/ml herausgestellt.

abgekühlt wird, ist wichtig für die Adsorption in dem Die Korngrößenverteilung der verwendeten Aktivnachfolgenden Adsorber. Die untere Temperatur ist 20 kohle liegt dabei vorteilhafterweise bei 6 X 10 Tyler, von praktischen Überlegungen bestimmt, d. h., sie Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsliegt so niedrig, daß eine wirksame Adsorption der gemäßen Verfahrens besteht aus einer Anzahl von Spaltprodukte in dem nachfolgenden Adsorber statt- sich abwechselnden Wärmetauschern und Adsorbern, findet, daß aber andererseits ein nicht unvertretbarer die den Kühlgasstrom derart verzögern, daß praktisch hoher Aufwand für die Kühlleistung erbracht werden 25 die gesamte Menge an Xe¹³⁷ zu Cs¹³⁷ und Ba^137m muß. Verwendet man beispielsweise Wasser als Kühl- zerfällt.

mittel für die Wärmetauscher, so liegt die untere Wärmetauscher und Adsorber sind dabei vorzugs-Temperatur, auf die der Kühlgasstrom gebracht wird, weise außerhalb der Reaktorkernzone angeordnet,
bei 5°C, d. h. der üblichen Temperatur des Wassers An Hand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeider Versorgungsnetze. Eine Temperatur von 94° C 30 spiel der vorliegenden Erfindung im folgenden erläutert, reicht dagegen in jedem Fall aus, um eine wirksame Das zeichnerisch dargestellte Ausführungsbeispiel Adsorption der Spaltprodukte in den Adsorbern zu bezieht sich auf einen bei hohen Temperaturen beerhalten. Bei Wärmeaustauscher-Medien, wie z. B. triebenen graphitmoderierten, gasgekühlten Reaktor; Freon, können wesentlich niedrigere Temperaturen die Erfindung kann jedoch auch bei anderen Reaktorerreicht werden, die die Wirksamkeit des Adsorptions- 35 typen Anwendung finden. Im linken Teil der Zeichverfahrens weiter erhöhen; dabei steigen allerdings die nung ist ein Brennstoffelement 10 zum Teil darge-Kosten für das kompliziertere Kühlsystem. stellt, es ist eines von zahlreichen Brennstoffelementen,

Von den fünf Krypton- und sieben Xenon-Isotopen, die zur Kernzone eines gasgekühlten Kernreaktors die in dem Kühlgasstrom in beträchtlichen Mengen gehören, der sich zwischen schweren Behälterwanvorhanden sind, sind Kr⁸⁸, Kr⁸⁹, Xe¹³⁷ und Xe¹³⁸ von 40 düngen 36 befindet, von denen ebenfalls nur ein Teil besonderem Interesse wegen ihrer Folgeprodukte. gezeigt ist. Ein Verzögerungsbett 60 im rechten Teil Xe¹³⁷ ist wegen der Folgeprodukte Cs¹³⁷ und Ba^{137 m} der Zeichnung ist im Vergleich zu dem Brennstoffdabei wiederum am wichtigsten. Die Auslegung eines element 10 in stark verkleinertem Maßstab darge-Spaltprodukt-Verzögerungsbettes, die den Zerfall aller stellt. Das Verzögerungsbett 60 befindet sich außerhalb Vorläufer von Gammastrahlen emittierenden Isotopen 45 der Kernzone und der Behälterwandungen 36, jedoch herbeiführen soll, wird daher zweckmäßigerweise auf in eigenen, nicht dargestellten Behältern. Das Ver-Xe¹³⁷ abgestellt. Die gesamte Verzögerung soll daher zögerungsbett 60 kann aber auch außerhalb der Kernausreichen, um praktisch die gesamte Menge an Xe¹³⁷ zone und innerhalb der schweren Behälterwandungen in Cs¹³⁷ und Ba^{137 m} zerfallen zu lassen. Auf diese 36 angeordnet sein. Das Brennstoffelement 10 und das Weise wird erreicht, daß langlebige Zerfallsprodukte 50 Verzögerungsbett 60 stehen miteinander durch die durch Adsorption in den Adsorbern entfernt und der Leitung 33 in Verbindung. Die Leitung 33 geht durch Kühlgasstrom dem Reaktorkühlsystem unbedenklich die untere Reaktorwand 35.
wieder zugeführt werden kann. In der Zeichnung sind nur der untere Teil des

Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird der Brennstoffelementes 10 und auch nur die Teile dar-Kühlgasstrom durch Adsorber mit aufeinanderfolgend 55 gestellt und beschrieben, die wesentlich für das Verzunehmender Länge geführt. Hierdurch wird dem ständnis des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß Umstand Rechnung getragen, daß sich das Spalt- der vorliegenden Erfindung sind. Das Brennstoffproduktgemisch in dem Kühlgasstrom auf dem Weg element 10 ist so ausgebildet, daß der Kühlmitteldurch die Wärmetauscher und Adsorber durch selek- strom radial nach innen in dem Halteteil 11 des Brenntives Ausscheiden bestimmter Isotope ständig ver- 60 Stoffelementes 10 und durch einen Grapbitkörper 12 ändert. Während bei den ersten Adsorbern schon bestimmter Durchlässigkeit führt. Der Kühlmittelnach relativ kurzer Zeit die Maximaltemperatur von strom fließt quer über das nukleare Brennstoffetwa 240 ⁰C erreicht werden kann, ist es bei den material 12, welches durch den Graphitkörper 12 späteren Adsorbern möglich, größere Durchlauf- an der mittleren Längsbohrung 14 gehalten ist. Die längen vorzusehen. 65 Bohrung 14 dient als Durchlaß für den Kühlmittel-

Der Kühlgasstrom wird zweckmäßigerweise bereits strom und enthält den mittleren Moderator 15. Das

im Inneren der Reaktorkernzone durch eine Spalt- Bodenverbindungsstück 16 ist mit dem Teil 11 über

produkteinfangeinrichtung hoher Temperatur geführt. das Kupplungselement 17 verbunden und enthält

S 6

ein Hochtemperatur-Einfangelement 20 für Spalt- dann durch Abflußleitungen 72 und eine Rückflußprodukte. Der Kühlnrttelstrom enthält die Spalt- leitung 73 zu einer (nicht gezeigten) Vorrichtung zum produkte, die von dem Brennstoffmaterial 13 auf- Abziehen von Wärmeenergie. Ein Isolator 74 kann genommen werden, strömt nach unten durch die vorgesehen werden, um das Temperaturverhalten des Durchgänge 18 des Kopplungselementes 17 in und 5 Verzögerungsbettes 60 zu erhöhen,
durch das Spaltprodukt-Einfangelement 20 und aus Der Kühlmittelstrom geht durch die Reihe von dem Brennstoffelement 10 durch hohle Stützzapfen 30. Wärmeaustauschern 61 und Adsorbern 62 des Ver-

Das Spaltprodukt-Einfangelement 20 besteht aus zögerungsbettes 60 und tritt durch die Ausgangs-

einem im allgemeinen zylindrischen Graphitkörper, leitung 80 in der Abschlußplatte 81 aus und wird

der in die Höhlung 24 des Bodenverbindungsstückes 10 mittels Umströmvorrichtungen, wie z. B. der Haupt-

16 paßt. Eine Vielzahl von sich radial nach innen kühlvorrichtung (nicht gezeigt), in den Hauptkühl-

erstreckenden Schlitzen, die sich in der Außenfläche mittelstrom zurückgegeben.

entlang des Einfangelementes 20 erstrecken, sind mit Der Teil des Kühlmittelstromes, der über die Kern-Kohle 25 gefüllt. Kappenförmige Filter 21 ruhen auf brennstoffteilchen 13 und das Brennstoffelement 10 der Graphitabdeckung 22 und einem Schirm 23 aus 15 fließt, entfernt einen Teil der flüchtigen Spaltprodukte rostfreiem Stahl. Das Filter 21 ist z. B. aus porösem aus ihm. Dieser Kühlmittelstrom wird dann durch Graphit hergestellt, dessen Porosität es verhindert, Kohleteilchen 25 des Spaltprodukt-Einfangelementes daß falsche Teilchen aus dem Brennstoffelement 10 20 gezogen. Ein großer Teil der Spaltprodukte, wie mit dem Kühlmittelstrom abgeführt werden. z. B. Jod, Brom, Tellur, Cäsium, Strontium und

Der Stützzapfen 30 wird in einer mittleren Bohrung 20 Barium, werden in diesem Einfangelement gehalten.

19 des Bodenverbindungsstückes 16 aufgenommen Der Zerfall der in dem Einfangelement 20 gehaltenen

und an der Platte 31 z. B. durch Verschraubung 32 radioaktiven Isotope erzeugt Wärme, die in das

befestigt. Der Kühlmittelstrom geht durch den Stütz- Reaktorkühlmittel aufgenommen wird, welches über

zapfen 30 in die Leitung 33, die mit dem Zapfen 30 die Oberfläche des Brennstoffelementes 10 fließt. Diese

z. B. durch ein Gewinde 34 auf einem Einsatzteil 37 25 Wärme stellt einen Teil des gesamten Wärmeaus-

verbunden ist. Abdichtungen 26 und 27 dienen zur ganges des Reaktors dar.

Verminderung von Leckstrom. Obgleich aus Gründen Der Hauptteil des Krypton und Xenon geht durch der Vereinfachung der Darstellung die Leitung 33 als das Einfangelement 20 und wird außerhalb der direkt mit dem Zapfen 30 verbunden dargestellt ist, Reaktorkernzone durch die Leitung 33 zu dem Verkann doch der ausgehende Kühlmittelstrom von einer 30 zögerungsbett 60 gefördert. Die Temperatur des Vielzahl von Brennstoffelementen in eine Sammel- Kühlmittelstromes in der Leitung 38 vor dem ersten leitung oder ein Leitungssystem geführt werden, Wärmeaustauscher 61 beträgt ungefähr 371° C. Diese welches seinerseits mit der Leitung 33 verbunden wird. Temperatur ist zu hoch, um eine wirksame Adsorp-Gemäß einer anderen Ausführungsform kann auch tion von Xenon aus dem Kühlmittelstrom zu erhalten, der von anderen Brennstoffelementen 10 kommende 35 Da — wie vorher erwähnt — Xenon das am meisten Kühlmittelstrom in eine gemeinsame Verteilerleitung störende Element im Hinblick auf die Bildung von gegeben werden und mit der gewünschten Zahl von Tochterprodukten ist und damit den Begrenzungs-Verzögerungsbetten mit der Verteilerleitung ver- faktor hinsichtlich der Beseitigung nachfolgender bunden werden. Gammastrahlen aussendender Isotope bestimmt, wer-

Der Kühlmittelstrom geht in der Leitung 33 durch 40 den die Parameter des Verzögerungsbettes 60 so gedie Wandung 35 zum Verzögerungsbett 60, welches wählt, daß Xenon möglichst gut entfernt wird. Diese vorteilhaft neben der den Reaktorkern enthaltenden Parameter ergeben eine befriedigende Gesamtbehand-Wand 36 angeordnet ist. Das Verzögerungsbett be- lung im Hinblick auf die Entfernung anderer schädsteht aus einer Reihe von aneinander angrenzenden licher Bestandteile des Kühlstromes. Der erste Wärme-Wärmeaustauschern 61 und Adsorbern 62. Da jeder 45 austauscher 61 setzt demnach die Temperatur des Wärmeaustauscher 61 ebenso wie Adsorber 62 im Kühlmittelstromes so weit herab, daß sich eine wirkallgemeinen gleich nur mit unterschiedlicher Größe same Adsorption von Xenon ergibt. Der abgekühlte ausgebildet sind, ist lediglich eines dieser Verzöge- Kühlmittelstrom tritt dann aus dem ersten Wärmerungsbetteile 61, 62 im Schnitt dargestellt. Die Ad- austauscher 61 aus und in den ersten Adsorber 62 ein. sorter 62 bestehen aus einem Material, das Vorzugs- 50 Da der Strom durch den adsorbierenden durchlässigen weise große Xenon-Adsorptionsfähigkeit hat. Teilchen Stoff des Adsorbers 62 fortschreitet, werden die Bevon Aktivkohle aus Kokosnußschalen wurden für standteile der Spaltprodukte auf ihrem Weg durch diesen Zweck als besonders geeignet festgestellt. Die kontinuierliche Adsorption und Desorption auf den Kohleteilchen werden in dem Behälter 63 durch Oberflächen des adsorbierenden Materials zurückge-Schirme 64 gehalten, die jeweils an den Enden der 55 halten. In den Adsorbern 62 findet der Zerfall der Adsorber 62 angebracht sind. Stahlgitter 68, die im radioaktiven Spaltprodukte statt. Wenn Xe¹³⁷ zerfällt, Boden jedes Adsorbers 62 und an dem Behälter 63 scheiden sich die entstehenden Tochterprodukte befestigt sind, stützen den Bodenschirm 64 und die Cs¹³⁷ und Ba^{137 m} auf der adsorbierenden Substanz Kohle. Eine perforierte Platte 75 hält einen kleinen ab und unterliegen einem weiteren Zerfall. Das VerZwischenraum zwischen dem Schirm 64 und dem 60 fahren ist für Kr⁸⁸, Kr⁸⁷, Sr⁸⁸, Sr⁸⁹ und Xe¹³⁷ zum Stahlgitter 68 aufrecht. Beispiel ähnlich, die ebenfalls Folgeprodukte erzeugen.

Wasser oder eine andere Wärmeaustauschflüssigkeit Die durch den Zerfall erzeugte Wärme erhöht die

wird von einer (nicht gezeigten) Quelle durch die Temperatur des gereinigten Stromes und des adsor-

Speiseleitung 70 in die einzelnen Wärmeaustauscher 61 bierenden Stoffes. Daher wird — wenn der Strom

gegeben. Das Wärmeaustauschmedium geht durch 65 durch einen Adsorber 62 nach oben geht — die

den Wärmeaustauscher 61 und führt Wärme von dem Temperatur erhöht, bis ein Punkt erreicht ist, an dem

Kühlmittelstrom ab, der durch die Wärmeaustausch- eine wirksame Adsorption von Xenon stark ge-

fiächen 71 fließt. Das Wärmeaustauschmedium geht schwächt ist. An diesem Punkt schließt der erste

Adsorber 62 ab, und der wieder aufgeheizte Kühlmittelstrom tritt in den zweiten Wärmeaustauscher 61 ein.

In dem zweiten Wärmeaustauscher 61 wird wenigstens ein Teil der zusätzlichen Wärme, die sich in dem mindestens teilweise gereinigten Kühlmittelstrom durch radioaktiven, in dem ersten Adsorber 62 stattfindenden Zerfall bildet, entfernt. Der Kühlmittelstrom wird dann auf eine Temperatur herabgesetzt, bei der eine wirksame Adsorption von Xenon in dem adsorbierenden Material wieder stattfindet. Der Kühlmittelstrom tritt dann in den zweiten Adsorber 62 ein, in dem, wie für den ersten bereits beschrieben, Adsorption, Desorption, Austritts- und Zerfallereignisse stattfinden. Auch hier erhöht sich, wenn der Kühlmittelstrom durch den zweiten adsorbierenden Teil fließt, die Temperatur bis zu einem Punkt, an dem die herabgesetzte Wirksamkeit der Xenon-Adsorption die Beendigung des Adsorbers 62 bestimmt. Der Kühlmittelstrom wird dann in einen anderen Wärmeaustauscher 61 geleitet. Die Reihe von Wärmeaustauschern 61, die sich durch angrenzende Adsorber 62 ergibt, wird dann fortgesetzt, bis die Konzentration von Xe¹³⁷ auf einen annehmbaren Wert herabgesetzt ist: ;

Weil das bestimmte Gemisch von radioaktiven Isotopen, die in jedem Adsorber 62 zerfallen, verschieden ist, können, auch die Temperaturverhältnisse innerhalb jedes Adsorbers 62 verschieden sein. Daher sind die verschiedenen Adsorber 62 nicht gleich lang. Aus der Zeichnung ergibt sich der allgemeine Vorschlag, daß die Abmessungen der adsorbierenden Teile mit dem Abstand von dem Einlaß 38 zunehmen.

In dem folgenden Beispiel sind die Parameter für ein bestimmtes Anwendungsbeispiel für das System der Reinigung des Kühlmittelstromes beschrieben. Dieses Beispiel kann entsprechend abgeändert werden.

Beispiel

Das Verzögerungsbett 60 besteht aus sieben Wärmeaustauschern 61 und sieben Adsorbern 62. Der Durchmesser der zylindrischen Hülse 63 beträgt 75 cm. Die Längen der sieben Adsorber 62, vom Boden aus gesehen, betragen 45,72, 76,20, 76,20, 121,92, 152,40 und 182,88 cm jeweils. Die Wärmeaustauscher 61 sind in einem 30,48 cm langen Abschnitt angeordnet, wobei sich die Größe der Kühlfläche entsprechend der verlangten Kühlfähigkeit ändert. Als adsorbierender Stoff wird Aktivkohle aus Kokosnußschalen verwendet, welche durch Dampf bei hoher Temperatur aktiviert wurde. Die in den jeweiligen Adsorbern 62 enthaltenen Teilchen haben bestimmte Abmessungen (angegeben als 6 χ 10 Maschengröße Tyler), mit einer Verteilung von 10% maximal bei Maschengröße 6,85% bei den Maschengrößen 7 bis 10 und 5% maximal bei der Maschengröße 10. Die Gesamtdichte dieser Kohleteilchen beträgt vorzugsweise 0,45 bis 0,55 g/ml und kann in dem Bereich von 0,40 bis 0,60 g/ml zugelassen werden.

Die Temperatur- und Wärmeverhältnisse für ein Verzögerungsbett 60 mit den obengenannten Eigenschaften bei einer Heliumgeschwindigkeit von 236 kg/ Stunde, einer Eingangstemperatur am ersten Wärmeaustauscher 61 von 371⁰C, einem Druck von etwa 9 mm Qs (450 psia) und der spezifischen Aktivität, die in Tabelle 1 angeführt ist, sind in Tabelle 2 angegeben. Die durch das Verzögerungsbett 60 bewirkte Verzögerung ist in Tabelle 3 dargestellt. Die berechnete Isotopenaktivität in den Adsorbern 62 ist in Tabelle 4 angegeben. Die Abmessungen für dieses Beispiel sind für einen bei hohen Temperaturen betriebenen heliumgekühlten thermischen Tausend-MW-Reaktor dargestellt, wobei 12 Verzögerungsbetten 60 zur Reinigung des Kühlmittelstromes verwendet sind.

Tabelle 1

ίο Spezifische Aktivität, umgerechnet aus

c/lb-He-Zählungen je 0,4536 kg Helium

Curie/kg He

Kr^83m 1769

Kr⁸⁵** 2 404

Kr⁸⁵ 0,635

Kr⁸⁷ 6 350,4

Kr⁸⁸ 6 577,2

Kr⁸⁹ 206 388

Xe¹³¹* 1,04328

Xe¹³³"* 5₎₇₁₅

Xe¹³³ 489,88

Xe^135m 37112

Xe¹³⁵ 45 361

Xe¹³⁷ 20 864

Xe¹³⁸ 16 329,6

Tabelle 2

Erzeugte und/oder abgezogene Wärme und/oder Temperatur — Btu (British Thermal Units)

	35	1. Austauscher	Erzeugte	Entfernte	Tem	Tem
		1. Adsorber	Wärme	Wärme	pera	pera
Abteilung	♦° 2. Austauscher			tur	tur
2. Adsorber	(Btu/St.)	(Btu/St.)	Ein	Aus
3. Austauscher		3,72 · 10⁵	(⁰C)	(°C)
3. Adsorber	1,63 · 10⁵		371	49
4. Austauscher		1,43 · 10⁵	49	189
45 4. Adsorber	1,32 · 10⁵		189	65
5. Austauscher		1,32 · 10⁵	65	178
5. Adsorber	1,44 · 10⁵		178	66
6. Austauscher		1,44 · 10⁵	66	189
6. Adsorber	1,30 · 10⁵		189	66
⁵° 7. Austauscher		1,30 · 10⁵	66	177
7. Adsorber	1,40 · 10⁵		177	66
		1,40 · 10⁵	66	185
1,33 · 10⁵		185	66
	1,33 · 10⁵	66	180
1,23 · 1O⁵		180	66
	66	172

Tabelle 3
Erreichte Verzögerung

	Krypton	Xenon
	Verzögerung (Std.)	Verzögerung (Std.)
⁶⁰ 1. Abschnitt	0,0125	0,063
2. Abschnitt	0,013	0,066
3. Abschnitt	0,020	0,094
4. Abschnitt	0,023	0,11
5. Abschnitt	0,033	0,16
⁶⁵ 6. Abschnitt	0,044	0,22
7. Abschnitt	0,058	0,294
Summe	0,200	1,01

409 526/153

Tabelle 4

Aktivität in den Adsorptionsabschnitten (in Curie)

10

Isotop	1	2	Nui 3	nmer des Abschr 4	littes 5	6	7
J^_r83m	26 000	27 000	40 000	45 000	66 000	86 000	110 000
Kr⁸⁵ m	34 000	37 000	54 000	61000	90 000	120 000	150 000
Kr⁸⁶	0,93	0,99	1,5	1,7	2,5	3,3	4,3
Kr⁸⁷	91000	96 000	140 000	160 000	230 000	300 000	380 000
Kr⁸⁸	94 000	100 000	150 000	170 000	240 000	320 000	410 000
Kr⁸⁹	270 000	245 000	290 000	250 000	260 000	210 000	140 000
Rb⁸⁸	94 000	100 000	150 000	170 000	240 000	320 000	410 000
Rb⁸⁹	270 000	245 000	290 000	250 000	260 000	210 000	140 000
Sr⁸⁹	270 000	245 000	290 000	250 000	260 000	210 000	140 000
Xe^131m ....	74,0	77,0	110	130	190	250	340
Xe¹³³m	380	400	560	670	960	1300	1750
Xe¹³³	35 000	37 000	52 000	63 000	90 000	120 000	160 000
Xe^1SB»	500 000	440 000	500 000	460 000	450 000	365 000	250 000
Xe¹³⁶	330 000	340 000	480 000	570 000	810 000	1100 000	1400 000
Xe¹³'	1100 000	580 000	350 000	140 000	50 000	10 000	1050
Xe¹³⁸	1100 000	960 000	1100 000	1050 000	1100 000	920 000	680 000
Cs¹³⁷	545 000	290 000	180 000	72 000	25 000	5 000	525
Cs¹³⁸	1100 000	960 000	1100 000	1050 000	1100 000	920 000	680 000
Ba^137m	545 000	290 000	180 000	72 000	25 000	5 000	525
Summen	6 400 000	5 000 000	5 400 000	4 800 000	5 300 000	5 200 000	5 100 000

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 radioaktiven Isotope bereits in den Adsorbern zerfällt. Patentansprüche: Beim Betrieb eines Kernreaktors, insbesondere eines gasgekühlten Reaktors bei hohen Temperaturen

1. Verfahren zum Entfernen radioaktiver Spalt- im thermischen Energiebereich, werden gasförmige produkte aus dem Kühlgasstrom eines bei hohen 5 Isotope erzeugt, die entweder selbst leicht abgeschieden Temperaturen betriebenen gasgekühlten Reaktors, werden können oder als kurzlebige Isotope langlebige bei dem das Kühlgas flüchtige Spaltprodukte von Folgeprodukte erzeugen, die leicht abgeschieden den Brennstoffelementen aufnimmt und bei dem werden können. Von besonderer Bedeutung ist der der Fluß des Kühlgasstromes durch Wärmeaus- Zerfall des Isotops Xe¹³⁷ mit einer Halbwertszeit tauscher und Adsorber auf Grund hoher Spalt- io von 3,8 Minuten, bei dem Cs¹³⁷ und Ba^{137 m} entproduktadsorptionsfähigkeit und/oder Kühlung stehen, die selbst abgeschieden werden können. Bei derart verzögert wird, daß ein beträchtlicher Teil derartigen Reaktoren ist es wichtig, die große Anzahl der radioaktiven Isotope bereits in den Adsorbern der Spaltprodukte zurückzuhalten und ein Entzerfällt, dadurch gekennzeichnet, daß weichen in die Umgebung zu verhindern. Die zurückder Kühlgasstrom mit einer Temperatur unterhalb 15 gehaltenen Spaltprodukte stellen aber Stoffe von von 94° C in die Adsorber eingeleitet wird und in großem Neutronenquerschnitt dar, so daß sie, in der den Adsorbern die Temperatur von 240⁰C nicht Reaktorkernzone zurückgehalten, das Neutronenüberschreitet. gleichgewicht beeinträchtigen können. Die entstehen-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- den Spaltprodukte werden daher zweckmäßigerweise zeichnet, daß der Kühlgasstrom durch eine Reihe 20 mit dem Kühlgasstrom aus der Reaktorkernzone von sich einander abwechselnden Wärmetau- herausbefördert. Ein Problem besteht dabei darin, schern und Adsorbern geführt wird. daß die bei den Spaltprozessen entstehenden Isotope

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch die unterschiedlichsten Eigenschaften haben und daß gekennzeichnet, daß der Kühlgasstrom durch auf Grund des Zerfalls der Isotope im Kühlmittel-Adsorber mit aufeinanderfolgend zunehmender 25 strom eine beträchtliche Wärmemenge frei wird, die Länge geführt wird. abgeführt werden muß. Der Kühlmittelstrom muß

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, daher so ausgelegt werden, daß er den unterschieddadurch gekennzeichnet, daß der Kühlgasstrom liehen Eigenschaften der Isotope gerecht wird und durch eine Spaltprodukteinfangeinrichtung hoher möglichst die bei dem Zerfall entstehende Wärme Temperatur in der Reaktorzone geleitet wird. 30 nutzbringenden Zwecken zuführt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, Aus der französischen Patentschrift 1 261 526 ist dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlgasstrom ein Verfahren bekannt, bei dem der Kühlgasstrom durch Wärmetauscher und Adsorber geführt wird, durch ein Adsorptionsfilter hindurchgeführt und derdie außerhalb der Reaktorkernzone angeordnet art verzögert wird, daß sich die festen Folgeprodukte sind. 35 der gasförmigen Spaltisotope darin niederschlagen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, Das Adsorptionsfilter wird dabei gekühlt, um die dadurch gekennzeichnet, daß man als Adsorber Durchlaufzeit des Kühlgases und die Adsorptions-Aktivkohle mit einer Dichte von 0,40 bis 0,60 g/ml fähigkeit des Filtermaterials zu erhöhen. Bei diesem verwendet. Verfahren ist ein relativ hoher Aufwand für die

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 40 Kühlung und eine relativ große Länge des Adsorpdadurch gekennzeichnet, daß man als Adsorber tionsfilters erforderlich, um die gesamte Spaltprodukt-Aktivkohle mit einer Korngrößenverteilung von menge im Kühlgasstrom auszufiltern.

6 X 10 Tyler verwendet. Aus den britischen Patentschriften 889 200 und

8. Vorrichtung zum Durchführen des Ver- 949117 sind ebenfalls Verfahren zum Entfernen fahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ge- 45 radioaktiver Spaltprodukte aus dem Kühlgasstrom kennzeichnet durch eine Anzahl von sich ab- eines bei hoher Temperatur betriebenen gasgefüllten wechselnden Wärmetauschern und Adsorbern, die Reaktors bekannt, bei denen auch der Kühlstrom den Kühlgasstrom derart verzögern, daß praktisch durch eine Reihe von Wärmetauschern und Adsorbern die gesamte Menge an Xe¹³⁷ in Cs¹³⁷ und Ba^{137 m} geführt wird. Eine befriedigende Entfernung des zerfällt. 50 Spaltproduktgemisches im Kühlgasstrom konnte hier-

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge- bei jedoch nicht erreicht werden,
kennzeichnet, daß Wärmetauscher und Adsorber Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines außerhalb der Reaktorkernzone angeordnet sind. Verfahrens der eingangs genannten Art, bei dem mit

einfachen und raumsparenden Mitteln die Entfernung 55 von unerwünschten Spaltprodukten aus dem Kühlgas-

strom erreicht wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kühlgasstrom mit einer Temperatur

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung 60 unterhalb von 94° C in die Adsorber eingeleitet wird radioaktiver Spaltprodukte aus dem Kühlgasstrom und in den Adsorbern die Temperatur von 240°C eines bei hohen Temperaturen betriebenen gasgekühl- nicht überschreitet.

ten Reaktors, bei dem das Kühlgas flüchtige Spalt- Grundprinzip der vorliegenden Erfindung ist eben-

produkte von den Brennstoffelementen aufnimmt und falls die Verzögerung des Kühlmittelstromes in einem bei dem der Fluß des Kühlgasstromes durch Wärme- 65 mit hohen Adsorptionseigenschaften für die im Kühlaustauscher und Adsorber auf Grund hoher Spalt- gasstrom mitgeführten Spaltprodukte ausgestatteten produkt-Adsorptionsfähigkeit und/oder Kühlung der- Verzögerungsbett durch kontinuierliche Adsorption art verzögert wird, daß ein beträchtlicher Teil der und Desorption. Dabei wird jedoch die Temperatur