DE1514976A1 - Kernreaktor - Google Patents
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Description
Kernreaktor
Die Erfindung bezieht sich auf Kernreaktoren zur Erzeugung von Strahlen mit hohem Neutronenfluß, bestehend aus einem nicht
unter Druck stehenden Behälter, der im Horizontalschnitt im wesentlichen ringförmig ausgebildet ist und einen flüssigen
Reflektor enthält, aus Neutronenstrahlrohren, die sich in den Behälter und die Reflektorflüssigkeit erstrecken, sowie aus
Kühlmitteleinlaß- und -auslaßleitungen, die sich in den Behälter hinein erstrecken, um die Wände eines zentralen Hohlraumes zu
bilden.
Solche Rohre (im Nachfolgenden als "Strahlrohre" bezeichnet) eignen sich für Bestrahlungszwecke oder dafür, einem Neutronenstrahl
die Möglichkeit zu geben, nach außerhalb angeordneten Experimentiergeräten zu gelangen.
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Verschiedene Probleme können beim Bau und Betrieb eines Hochflußstrahlreaktors auftreten, z.B. ist es bei einem wassergekühlten
Hochfluß-Forschungsreaktor wünschenswert, den Wasserkühlmittelkreislauf
unter Druck zu setzen, beispielsweise auf 500 psi (etwa 35 kg/cm ), um die Höchstleistungsdichten im
Kern erreichen zu können, die notwendig sind, um sowohl hohe Thermalflüsse im Reflektor als auch hohe Schnellflüsse im Kern
zu erzielen. Wenn der gesamte Reaktorbehälter unter Druck steht, dann ist die Planung von experimentellen Einrichtungen infolge
von Beanspruchungsproblemen sehr schwierig, insbesondere dort, wo vielseitige Verwendungsmöglichkeiten erforderlich sind. Wenn
andererseits ein Druckbehälter zwischen Kern und Reflektor angeordnet wird, dann wird der Thermalfluß im Reflektor beträchtlich
unterdrückt, und die Planung bzw. der Bau des Druckbehälters ist wiederum schwierig, und zwar wegen der hohen Thermalbeanspruchungen,
die bei Strahlungserwärmung auftreten.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kernreaktor zu schaffen, der insbesondere für den Betrieb als eine Einheit zur Erzeugung
von Hochflußneutronenstrahlen geeignet ist.
Erfindungsgemäß wird dies in erster Linie dadurch erreicht,
daß ein in vertikaler Richtung durchlöcherter Aluminiumblock zwischen den leitungen vorgesehen ist und daß eine Vielzahl von
in hohem Maße angereicherten Kernbrennstoffelementen innerhalb
des Blocks dicht gestaffelt angeordnet ist.
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"3" . 15U976
Der Block kann sechskantig ausgebildet werden, und gasgefüllte
Zwischenräume können zwischen den die Brennstoffelemente enthaltenden Kanälen im Block vorgesehen werden.
Der flüssige Reflektor ist Schwerwasser, und das Kühlmittel ist Leiohtwasser.
Der Kühlmittelkreislauf führt Kühlflüssigkeit abwärts durch den Kern hindurch und dann aufwärts in einer Leitung
außerhalb des Behälters, wobei die leitung in einer vertikalen Aussparung in der Wand des Behälters und innerhalb einer den
Behälter umgebenden Reaktor-Gamma- und -Thermalneutronen-Abschirmung
angeordnet ist.
An den Sechakantseiten des Blocks können Reaktivitäts-Steuerungeabsorber
verschiebbar angeordnet werden.
Die Erfindung wird nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung ausführlicher beschrieben, und zwar
zeigt
Fig. 1 in etwas schematischer Form einen vertikalen
Mittelschnitt durch einen Hochflußneutronenstrahl-
reaktor, während
Fig. 2 einen vertikalen Mittelschnitt durch ein Alter-
Fig. 2 einen vertikalen Mittelschnitt durch ein Alter-
nativausführungsbeispiel des gleichen Reaktors
wiedergibt.
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Ein in Fig. 1 dargestellter Kernreaktor, der so eingerichtet ist, daß er experimentelle Möglichkeiten bew. Einrichtungen in Form von Neutronenstrahlen bietet, weist einen
Kern 1 auf, der aus siebenunddreißig langgestreckten rohrförmigen Brennstoffelementen besteht.
Der Kern ist im zentralen Hohlraum eines allgemein toroidal ausgebildeten Behälters 8 angeordnet, der einen flüeβigen Reflektor 9, beispielsweise aus Schwerwasser, enthält. Der Behälter
wird entlüftet, um den Reflektor auf Atmosphärendruck eu halten· Einlaß- und Auslaß-Kühlmittelrohrleitungen 11 und 12 erstrecken
sich teilweise in den zentralen Hohlraum hinein und enden in durchlöcherten Einlaß- und Auslaß-Sammelplatten 3 und 4-.
Die Brennstoffelemente sind axial innerhalb Von Druckrohren 4 angeordnet, die sich zwischen den Einlaß- und Auslaß-Sammelplatten 3 und 4 erstrecken.
Die Druckrohre 4 sind je mit einem Teilstück versehen,
daß einen verjüngten Innendurchmesser hat, derart, daß das untere Ende des Brennstoffelementes ton dem Druckrohr gehalten
wird.
Der Reaktor-Regelmeohanismus weist eine zusammengesetzte
Bauteilgruppe mit einem Brennstoffelement an ihrem oberen End·
und einem leutronenabsorber an ihrem unteren Ende auf, die über
einen relativ nicht-abeorbierenden, nicht-spaltbaren Abschnitt
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getrennt sind. Die Regel-Absorber/Brennstoff-Elemente sind um
die Peripherie des Kernaufbaus herum anstelle von herkömmlichen
Brennstoffelementen installiert und sind je vertikal beweglich,
um den Absorberabschnitt oder Brennstoffabschnitt in den Kern hinein oder aus diesem heraus durch einen Motor 6 zu bewegen.
Die Einlaß- und Auslaß-Kühlmittelleitungen führen durch Gamma- und Thermal'neutronenabschirmungeri 14 hindurch, die um
den Behälter 8 herum angeordnet sind. Die Abschirmungen 14 umschließen
einen gasgefüllten Raum 13, der sich innerhalb der biologischen Abschirmung 22 befindet.
Verschiedene Experimentiereinrichtungen sind um den Reaktor herum angeordnet, z.B. führt eine Anzahl ron Strahlrohren 10
durch die biologische Abschirmung, durch die Gamma- und Thermalneutronenabschirmung
14 und quer durch den Gasraum 13 hindurch und in den Reflektorbehälter hinein.
Es versteht sich, daß durch Trennung des Reflektors vom Hochdruokkühlmittel die Probleme, die an verschiedenen Stellen
der Rohrdurchgänge infolge von Wärmeausdehnungen und Hochdrücken entstehen, auf ein Mindestmaß reduziert werden, da die
Reflektorflüssigkeit nicht unter Druck steht und relativ zum Reaktorkühlmittel kühl ist. Die Reflektorflüssigkeit wird vorzugsweise
über Kühler (nicht dargestellt) in Umlauf gebracht, um eine niedrige Temperatur aufrechtzuerhalten.
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Um einem Experimentator die Möglichkeit zu geben, diese
Einrichtung leicht und sicher abzuändern, ist jedes Hochfluß- '
Strahlloch mit einem Verschluß bzw, einer Blende versehen. Die Blende ist in einem vertikalen zylindrischen Loch angeordnet,
welches sich in der biologischen Abschirmung 22 in der Nähe der Reaktor-Thermalabsohirmung. H befindet. Die
Blende weist zwei unabhängige zylindrische Teile 15 und 28 auf, die konzentrisch für eine Drehung mittels eines Antriebsmotor
16 über ein Getriebe angeordnet sind.
Die Teile 15 und 28 können entweder zusammen oder unabhängig
voneinander gedreht werden. Der innere Teil 28 erstreckt sich bis unterhalb des äußeren Teils 15 und weist einen hohlen
Behälter auf, der aus konzentrischen Stahlrohren besteht. Das innere Rohr ist im Querschnitt reohteckig, und der Raum zwischen
den Rohren ist mit Wasser gefüllt, welches einen Thermalneutronenabsorber
enthält. Das untere Teilstück des Teils 28 ist im Durchmesser erweitert und von Rohren durchdrungen, die im Durchmesser
etwas größer als das Strahlrohr sind. Das innere Rohr ist mit einem herausnehmbaren Kern aus Abschirmungsmaterial
versehen und so angeordnet, daß es Wismuth- und Beryllium-Neutronenfilter
17 bei FlüBsigstickstofftemperaturen enthält.
Speiseleitungen für die Filter sind im herausnehmbaren Kern vorgesehen.
Das obere Ende des Teiles 15 ist auf einem Kugelkranz drehbar gelagert und kann über ein Zahnrad mit der Antriebseinrichtung
in Wirkverbindung gebraoht werden.
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Der äußere Teil 28 weist einen Behälter auf, der aus zwei konzentrischen Rohren gebildet wird, und der ringförmige
Raum ist ebenfalls mit Wasser gefüllt, welches einen Thermalneutronenabsorber enthält. Ein Rohr führt durch den ringförmigen Spalt hinduroh und kann mit dem azimutalen Strahlrohr
in Pluoht gebracht werden. Der äußere Teil 28 ist an seinem
unteren Snde auf einem Kugelkranz drehbar gelagert und kann über ein Zahnrad mit der Antriebseinrichtung in Wirkverbindung
gebracht werden.
Im Betrieb können beide Teile der Blende zusammen um 90° gedreht werden, um beide Strahllöoher zu verschließen, oder
es kann gegebenenfalls jeder Teil der Blende betätigt werden, ohne eine ungewünschte Folge für ein Experiment zu haben, das
in dem betreffenden Strahlrohr ausgeführt wird. Eine flaschen-
oder flakonähnliche Lade/Entlade-Vorriohtung 23, die den
Strahlrohren zugeordnet ist, läßt es zu, daß nach Wunsoh Experimente "geladen" und "entladen" werden können.
Ein mit Wasser gefüllter Kanal 25 oberhalb der oberen Thermalabschirmung wirkt als eine zusätzliche Abschirmung und
gestattet die sichtbare Ausführung eines Brennstoffwechsele.
Diese Anordnung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn Leichtwasser als Kühlmittel verwendet wird, Ein Brennstoffspeicher-
und -Verzögerungsbehälter 24 ist im Kanal 25 vorgesehen und
ermöglicht es, daß bestrahlte Brennstoffelemente gehalten werden, bevor sie über einen Sohaoht 27 für verbrauchten
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Brennstoff nach einem Speioherbeoken und nach Weiterbehandlung·-
stätten abgelegt werden. Ein Reaktor-Betriebaboden 26 erstreokt
eioh um den Kanal herum, und eine Galerie bew. Bühne 19 ermöglicht
einen Arbeitezugang zu den azimutalen Strahlrohren.
Bei einer abgeänderten Ausführungsform der Erfindung, die
in Pig. 2 dargestellt ist, weist der Reaktor einen Kern τοη 37
langgestreckten rohrförmigen Brennstoffelementen auf, die in einem enggestaffelten Sechseokmuster innerhalb des zentralen
Hohlraums 30 eines Reflektortanke 31 angeordnet sind. Der Reflektortank aus relativ dünnem Aluminiumblediist im Querschnitt
im wesentlichen ringförmig ausgebildet. Sit Brennstoffelemente sind in einem Kernblook 32 aus Aluminiumlegierung untergebracht,
der zwischen den Snden von Kühlmitteleinlaßleitungen und -auslaßleitungen 33 und 34· angeordnet ist. Dieee Leitungen erstrekken sich in die Wände des zentralen Hohlraums hinein und bilden
einen Teil derselben. Der Blook 32 ist durchbohrt, um die Brennstoffelemente aufzunehmen, und die Hasse der Aluminiumlegierung ,
wird ferner dadurch vermindert, daß Löcher zwisohen den Brennstoff elementlöchern gebohrt werden und die äußere Oberfläche des
Blocks weggearbeitet wird, so daß sie den Konturen der äußeren Brennstoffelemente folgt.
Reaktivitäts-Regelabsorber 35 sind in führungen verschieb-' bar gelagert, die an den flachen Seiten des sechseckigen Kernblocks befestigt sind, und die Führungen sind leicht nach außen
gewinkelt, so daß sie das nach außen überstehende Übertragungsteilsttiok zwisohen den sechseckigen und zylindrischen Abschnitten
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freilassen. Die unteren Regelabsorber 36 werden dadurch aufgenommen,
daß der Kernblock 32 unterhalb des Kerns nach innen verjüngt ist. Die Absorber werden über Getriebe 37 angetrieben.
Der Kern-Kühlmittelkreislauf leitet Sehwerwasser-KUhlmlttel
abwärts durch den zentralen Hohlraum im Reflektortank über eine
•Einlaßleitung 33 und dann aufwärts über Leitungen 34 nach außerhalb
gelegenen Wärmetauschern (nicht dargestellt). Die leitungen 34- sind teilweise in Aussparungen untergebracht, die in die Außenwand
des Reflektortanks 33 eirg earbeitet sind, und sind somit innerhalb der Reaktor-Gamma- und -Thermalneutronenabschirmung
und der äußeren Betonabsohirmung 39 eingeschlossen. Die Innenhohlräume
40 innerhalb der Abschirmung 35 sind mit CO« gefüllt.
Die Strahlrohre 41 erstrecken sich in den Reflektortank hinein, wobei sie durch die Abschirmungen 38 und 39 in der herkömmlichen
Weise hindurchführen.
Damit die Kernaufbaugruppe leicht ersetzt werden kann, ist eine herausnehmbare Thermalabschirmung 42 in einer rohrförmigen
Verlängerung 45 vorgesehen, die sich oberhalb der Kühlmitteleinlaßleitung 33 und des zentralen Hohlraumes 30 erstreckt. Die
Verlängerung ist an ihrem oberen Ende durch eine abnehmbare Deckplatte 43 verschlossen, welche ein Brennstoffelement-Besohickungsrohr
44 trägt. Die Verlängerung ist so eingerichtet, daß sie während des Reaktorbetriebs mit Reaktorkühlmittel gefüllt
bleibt.
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Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Patentanspruch 1 umrissenen Ausführungsform und bezieht
sich vor allem auch auf sämtliche Erfindungsmerkmale, die im
einzelnen — oder in Kombination — in den gesamten ureprünglichen
Anmeldungsunterlagen offenbart sind.
Patentansprüche
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Claims (5)
1. Kernreaktor zur Erzeugung von Strahlen mit hohem Neutronenflufl, bestehend aus einem nicht unter Druck stehenden
Behälter, der im Horizontalachnitt im wesentlichen ringförmig
auegebildet ist und einen flüssigen Reflektor enthält, aus Neutronenstrahlrohren, die eich in den Behälter und die Reflektorflüssigkeit
erstrecken, sowie aus Kühlmitteleinlaß- und -auslaßleitungen, die sich in den Behälter hinein erstrecken,
um die »'ände eines zentralen Hohlraumes zu bilden, dadurch gekennzeichnet,
daß ein in vertikaler Richtung durchlöcherter Aluminiumblook (32) zwischen den Leitungen vorgesehen ist und
daß eine Vielzahl von in hohem Maße angereicherten Kernbrennstoff elementen innerhalb des Blocks (32) dicht gestaffelt
angeordnet ist.
2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Block (32) sechskantig ausgebildet ist und daß gasge—
füllte Zwischenräume zwischen den die Brennstoffelemente enthaltenden
ivanalen im Block (32) vorgesehen sind.
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3. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Reflektor Schwerwasser und das Kühlmittel
Leichtwasser ist.
4-. Kernreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kühlmittelkreislauf kühlflüssigkeit abwärts durch den Kern hindurch und dann aufwärts in einer Leitung (34-) außerhalb
des Behälters führt, wobei die Leitung in einer vertikalen Aussparung in der Wand des Behälters und innerhalb einer den Behälter
umgebenden Reaktor-Gamma- und -Thermalneutronen-Abschirmung
(38) angeordnet ist.
5. Kernreaktor nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet,
daß Reaktivitäts-Steuerungsabsorber (35) an den Sechskantseiten des Blocks verschiebbar angeordnet sind.
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Leerseite
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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GB35448/64A GB1095149A (en) | 1964-08-28 | 1964-08-28 | Improvements in or relating to nuclear reactors |
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Family Applications (2)
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Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DENDAT35448D Expired DE35448C (de) | 1964-08-28 | Torsions- bezw. Rotationspendel mit elektrischem Antrieb |
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DE (2) | DE1514976A1 (de) |
GB (1) | GB1095149A (de) |
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- 1965-08-27 DE DE19651514976 patent/DE1514976A1/de active Pending
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