DE1539011A1 - Neutronen-Reaktor - Google Patents

Description

United States Atomic Energy Commission.

Neutronen - Reaktor.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Neutronen-Reaktor mit einem gasgekühlten, wassergebremsten oder -moderierten Aktivkernbereich für einen Neutronen-ReaktOr-Kernbereich, der eine Vielzahl von Wasser enthaltenden Moderatorröhren und von gasgekühlten Brennstoffelementen enthält. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Reaktor, der fähig ist, überhitzten Dampf für Seeantrieb zu erzeugen.

Die Probleme, auf die man beim Verwenden von Reaktorsystemen verschiedener Arten bei Seeantriebssystemen stößt, werden in der USA-Patentschrift 3 170 846 diskutiert. In dieser Patentschrift sind auch die Vorteile eines gasgekühlten Systems, wie es bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird,

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ebenfalls hervorgehoben. Bs -genügt, hier festzustellen, daß der Reaktor, um den Anforderungen der Seeantriebssysteme gerecht zu werden, ein relativ geringes Gewicht haben und kompakt sowie in. der Lage sein sollte, überhitzten Dampf zu erzeugen.

Wassergebremste oder -moderierte Anlagen sind am' ehesten geeignet, die Forderung, daß der Reaktor kompakt und leicht

φ sein soll, zu erfüllen. Dies trifft zu wegen der sehr hohen Verzögerungskraft des Wassers, die sehr kleine Gatterabstände erlaubt. Die oben angeführte Verzögerungskraft wird als das Produkt des durchschnittlichen Wertes der Abnahme des natürlichen Logarithmus der ileutronenenergie pro Kollision (durchschnittliche logarithmische Energieabnahme pro Kollision) und des makroskopischen Streuungsquerschnittes des Moderators für epithermische Neutronen definiert. Wie jedoch in der USA-Patentschrift 3 170 846 festgestellt

k worden ist, wirkt Wasser nicht als Kühlmittel befriedigend, wenn durch die Erfordernisse des überhitzten Dampfes ein Betrieb bei hoher Temperatur erforderlich ist. In dieser Beziehung sind gasförmige Kühlmittel in der einschlägigen Technik für ihre Eigenschaften bei hoher Temperatur bekannt.

Das in der USA-Patentschrift 3 170 846 beschriebene Reaktorsystem stellt einen Versuch dar, ¥/asser als Moderator und Gas als Kühlmittel aus den oben angeführten Gründen zu ver-

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wenden. Bei diesem System hat man es für nötig gehalten, elhen sogenannten Kalandria-Tank zu verwenden, der den aus Wasser bestehenden Moderator physikalisch enthält und ihn vom gasförmigen Kühlmittel trennt. Die Verwendung eines Kalandria-Tanks ist jedoch unerwünscht, weil er normalerweise sehr schwer ist und eine bedeutende Erhöhung des gesamten Gewichtes des Systems mit sich bringt. Es sind auch große Herstellungskosten beim Bearbeiten und Zusammenfügen von großen Kalandria-Abschnitten aus rostfreiem Stahl zu er- M warten. Die zahlreichen Durchtritte und Durchlässe, die für das Hindurchführen der Brennstoffkanäle und Kontrollstangen duroh das obere Blechrohr des Kalandria-Behälters erzeugt werden müssen, schaffen schwierige Konstruktions- und Herstellungsprobleme. Konzentrationen der Belastung müssen z.B. auf ein Minimum gebracht werden, um die Möglichkeit eines Bruchs im Kaiandria zu verringern. Die Neutronenersparnis eines einen Kalandria-Tank enthaltenden -Reaktorsystems wird auch etwas wegen des Vorhandenseins von Neutronen absorbierendem Werkstoff in der Nähe des Aktivkernbereichs verringert. Es ist demzufolge ein Ziel der Erfindung, einen wassergebremsten oder -moderierten gasgekühlten Reaktor für Seeantrieb zu schaffen, bei dem die Verwendung eines Kalandria-Tanks nicht erforderlich ist.

Zu dem oben genannten Zweck sind gemäß der Erfindung beim neuen Reaktor die Moderatorröhren in regelmäßiger Anordnung

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in Abstand voneinander vorgesehen, wobei die Brennstoffelemente den "Zwischenraum zwischen den Moderatorröhren im wesentlichen ausfüllen und hierbei eine kontinuierliche Brennstoffmatrix oder -matrize bilden. Die erfindungsgemäße Anordnung hat den Hauptvorteil, daß ein Kalandria-Tank nicht mehr erforderlich ist, der den Moderator "Wasser" vom gasförmigen Kühlmittel trennen soll. Weitere Vorteile bestehen darin, daß das Gewicht geringer ist, daß die Ueutronenersparnis größer ist und die Herstellung leichter ist, was sich aus der Vermeidung des großen Kalandriabehalters mit seinen oberen und unteren Blechröhren ergibt. Ein anderer Vorteil des Erfindtmgsgegenstandes liegt in dem bei der be-, schriebenen Ausführungsform enthaltenen Kontroll- und Steuersystem, bei dem eine Verschiebung im Neutronenspektrum des Reaktors als ein Mittel für die Verringerung der Reaktivität des Reaktors erzeugt werden kann.

In der Zeichnung sind Ausfühningsbei-spiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Ss zeigen:

Fig. 1· ein Kernreaktor-System, bei dem ein Aktivkernbereich gemäß aer Erfindung verwendet wird, in einer Seitenansicht in einem senkrechten Schnitt,

Fig. 2 die Anordnung nach Fig. 1 in einem waagrechten Schnitt,

9098U/100 5 ■ - 5 -

Fig. 3 den im Reaktor-System gemäß Fig. 1 eingebauten Aktivkernbereich in einer detaillierten Seitenansicht im senkrechten Schnitt,

Fig. 4 die Anordnung nach Fig. 3 in einem detaillierten waagrechten Schnitt,

Fig. 5 eine aus Moderatorröhren und Brennstoffelementen bestehende patronenfö'rmige Einheit des Aktivkernbereichs in einem detaillierten senkrechten Schnitt,

Fig. 6 die Anordnung nach Fig. 5 zusammen mit anliegenden Einheiten in einem waagrechten Schnitt,

Fig. 7 die Anordnung nach Fig. 5 in. einer Ansicht von unten, wobei die Art und Weise dargestellt ist, in der die Bremsstoffröhre die Brennstoffelemente unterstützt und trägt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist im Kernreaktor ein verbesserter, gasgekühlter, wassergebremster oder —moderierter Aktivkernbereich vorgesehen. Eine Vielzahl von leichtes V/asser enthaltenden Bremsstoff- oder Moderatorröhren ist in regelmäßiger Anordnung vorgesehen. Ein die Räume zwischen den Bremsstoff- oder Moderator-röhren enthaltender und eine die Röhren umhüllende stetige brennstoffmatrize bildender

9 0 98U/1OQS.-. - 6 -

Brennstoffbereich ist im wesentlichen mit einer Vielzahl von Brennstoffelementen gefüllt. Gasförmiges Kühlmittel wird durch den Brennstoffbereich hindurchgeführt, um die Brennstoffelemente während des Betriebs des Reaktors zu kühlen.

Um das Wesen der Erfindung besser verständlich zu machen, wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, insbesondere auf Pig. 1 und 2, die ein Kernreaktor-System jeweils in senkrechtem und waagerechtem Schnitt zeigen, bei dem gemäß der Erfindung ein aktives Kernfeld verwendet wird. In den Pig. 1 und 2 und auch in den weiteren Figuren Bind für die gleichen Bestandteile auch dieselben Bezugszeiohen verwendet worden.

Das gesamte Kernreaktor-System in Pig. 1 und 2 ist speziell dazu konstruiert, um die Anforderungen der See-Antriebssysteme zu erfüllen. Zu diesem Zweck sind Schiffsbauteile 1 dargestellt, die den Reaktorbehälter 2 unterstützen, außerdem sind Abschirmtanks 3 mit mit Bor behandeltem Wasser und BleiSchilde vorgesehen. Obgleich das fie-aktot-System hauptsächlich-als Seeantrieb gedacht ist, ist dieses Reaktor-System auch für nicht mit dem Seewesen in Zusammenhang stehende Ahwendungsmögliohkeiten nutzbar, in welchem !falle das Bauteil 1 durch jede ■; zweckmäßige Trag- und Tjnterstützungsfläche gebildet sein kann. Bin gasgekühlter, mit Wasser moderierter Kernbereich 5 ist innerhalb des Reaktors zentral angeordnet..Das gasförmige, im Kernbereich 5 erwärmte Kühlmittel strömt durch einen Kesoel-

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schirm und Diffusor 6 abwärts in einen unmittelbar unter dem Kesselschirm ("boiler shield") 6 angebrachten Kessel Der Kessel vervollständigt den Kesselschirm 6, indem der Bereich unterhalb des aktiven Kernbereichs 5 ("active core region") abgeschirmt wird. Der Kessel enthält eine Vielzahl von Schlangenrohren 8, die an Wasserendkammern 9 beginnen und in Dampfendkammern 10 enden» Dampfendkammern IG und Y/asserendkammern 9 sind in einer den unteren Abschluß des Reaktordrucktanks 12 bildenden Blechröhre oder Hohrschicht ("tubesheet") 12 angeordnet. Als oberer Abschluß des Druck·«· tanks 12 ist ein Abschirmstopfen ("shield plus") 13 vorgesehen. Der Ab s chi mis topf en 13 dient auch anr Halterung und unterstützung des Heaktorkerns, der Überwachungs- und Steuentqssglieder und -bet^:Ätiger 14 sowie des T^Tmwälz- und "ihtaahmesystems 15 für aen Bremsstoff oaer ^oaerator, als doppelter Speicherraum für den Umlauf oder die ^TTrnv,'älzung des Bremsstoffs oder moderators V/as'ser aurch die Lioaeratorröhren 16, sowie als Abscliirmung für den airekt über a em aktiven Kernbereich 5 liegenden Bereich. Der Absc-xirmstopfen 13 ist in Fig. 3 näher dargestellt und erläutert. Einzelne bestandteile des Umwälz- und Y/ärrne entnahme systems für den Moderator enthalten einen Wärmeaustauscher 17, einen Ausdehnungstank 18 und eine Pumpe 1Q. Die Ströminigsrichtung des Bremsstoffes oder Moderators vom Abschirmstopfen 13 zum Wärmeanstauscher 17 und sttrück ist in Pig* 1 durch Pfeile angezeigt.

Das Saskühlmittel in.der ersten Kühlschleife wird durch

die erste Schleife hindurch mit Hilfe von zwei elektrisch angetriebenen, parallel angeordneten Gaszirkulatoren oder -umwälzer 20 in umlauf gesetzt. Die Gaszirkulatoren oder -umwälzer sind im Drnckgehäuse oder -t-ank eingeschlossen, so daß die Notwendigkeit von Schachtverschlüssen eliminiert wird. Die Umlauf- oder ümwälzgeschwindiglceit wird durch Kontrollieren oder Steuern der Frequenz der Energiezufuhr reguliert. Das Gaskühlmittel strömt durch den Kessel 7 zu den Gaszirkulatoren oder -umwälzern 20, die das Mittel durch Durchgänge 21 und nach oben durch den ringförmigen, den aktiven Kernbereich 5 umgebenden Bereich 5 pumpen. Das Kühlmittel," das die meiste Wärme im Kessel 7 abgegeben hat und nunmehr, eine relativ niedrige Temperatur aufweist, kühlt einen Wärmeschild 22, einen Graphit-JReflektor 24 und einen Berylliumoxyd-Reflektor 23, bevor es in den Kühlmitteleinlaßspeiclierraum 25 oberhalb des aktiven Kernbereichs 5 einfließt. Das Gaskühlmittel strömt vom Speicherraum 25 abwärts durch den aktiven Kernbereich 5, in dem es in Brennstoffelementen26 erhitzt wird, von a-enen eines dargestellt ist. Das Kühlmittel gelangt nunmehr vorn aktiven 3ereich 5 durch den Kesselschild und Diffusor 6 zum Kessel 7-, in dem es aen oben beschriebenen Zyklus von neuem beginnt. Der durch den Kessel 7 erzeugte überhitzte Dampf kann zum Antrieb einer Turbine verwendet werden, die ihrerseits eine Last, wie einen Schiffspropeller, antreiben kann.

- 9 9098U/100 5

-'λ

Ein Instrumentenbrett 27, das -thermoelektrische leitungen zur Temperaturmessung einzelner Brennstoffelemente aufweist, ist zwischen dem aktiven Kernbereich 5 und Kesselschirm und Diffusor 6 angeordnet. Die einzelnen, von den Thermoelementen angezeigten Temperaturmessungen bilden die Basis für eine Regulierung der Reaktorkraftverteilung«

In I¹Ig. 3 und 4 sind Einzelheiten aufweisende Darstellungen des aktiven Kernbereichs 5, des Abschirmstopfens 13 sowie Λ der Reflektoren 23 und 24 gezeigt. Eine Vielzahl von senkrecht ausgerichteten Bremsstoff- oder Moderatorröhren 16 sind am

boden . . . . .

unteren Rohr/28 des Abschirmstopfens 13 aufgehängt." Die Bremsstoff- oder Moderatorröhren tragen oder unterstützen ihrerseits anliegende oder benachbarte Brennstoffelemente 26 (von denen in ^ig« 3- nur eines in der unterstützten Stellung gezeigt ist) durch die Anwendung von an ihren unteren Enden befestigten Brennstoffelementhaltevorrichtungen 29» Innerhalb der Bremsstoff- oder Moderatorröhren 16 sind konzentrisch j eine Wassereinlaßröhre 30 und bewegliche Wasserverdrängungsröhren und -stäbe 31 angeordnet, die auch als Einsätze ("shims") bezeichnet werden» Das Wassereinlaßrohr 30 endet

boden
im oberen Rohr/32 des Abschirmstopfens 13. Ein mit Stahl verkleidetes Bleischild 33 ist ungefähr in der Mitte zwischen den Röhren 28 und 32 waagrecht angeordnet. Die Y/assereinlaß-■ röhren 30 gehen durch zylindrische Durchtritte 41 im Bleischild 33 hindurch, deren Durchmesser größer ist als der-

Q098U/1005

jenige der Röhren 30, so daß das von den Bremsstoff- oder Moderatorröhren 16 zurückströmende Moderatorwasser durch den Bleischild 33 nach oben in die Bremsstoffrücklaufröhre 34 gelangen kann. Die B_remsstoffrücklaufröhre 34 gelasgeaa führt .das Bremsstoff- oder Moderatorwasser in das bereits unter Bezugnahme auf Fig. 1 "beschriebene Bremsstoffumwälz- und Wärmeentnahme-System 15 zurück. Während des Betriebs des Reaktors gibt eine Bremsstoff- oder.Moderatorzufuhrrohre 35 das durch das Umwalz- und Wärmeentnahme-System 15 hindurchgeführte Bremsstoffwasser in einen oberhalb der Röhre 32 angeordneten B_remsstoffeinlaßspeiqher 36 ab. Das Bremsstoffwasser strömt nun vom Einlaßspeicher 36 in die ring- förmigen Zwischenräume zwischen jeder Wassereinlaßröhre 30 und hierin konzentrisch gelagerten Wasserverdrängereinsatzes 31a und zwischen den Verdrängungseinsätzen, die mit Öffnungen in den Speicher 36 versehen sind. Das Bremsstoffwasser strömt in der Wassereinlaßröhre 30 und in den Einsatzrohren 31 weiter nach unten, bis es aus deren unteren Enden austritt. Fach dem Austritt aus der Einlaßröhre 30 und den Einsatzrohren strömt das Wasser durch den ringförmigen Raum zwischen der Binlaßröhre 30 und der hiermit konzentrisch angeordneten Bremsstoff- oder Moderatorröhre 16 nach oben. Die dem aktiven Kernbereich 5 durch das umlaufende Bremsstoffwasser entzogene

.1/

Wärme kann zum Vorheizen des in den -Kessel/eintretenden

Speisewassers verwendet werden» . . "

9098U/100B

Wie oben beschrieben wurde, sind innerhalb der Wassereinlaßröhre 30 bewegliche vfesserverdr^j-..ngimgseinsätze angeordnet. Die beweglichen Einsatzröhren werden aus eine:,! Material hergestellt, aas einen niedrigeren Absorptionsquerschnitt für thermische Neutronen una eine geringere Yerzögerungskraft als das verdrängte Wasser aufweist« !Tatsächlich verschiebt aas Einfügen der Einsatzrohre das lientronenspektruin, indem es dieses härter nacht. Die Wirkung des härteren Heutronenspektrums in Verbindung mit der verminderten parasitären ^ Absorption bestekt darin, daiB eine Erhöhung der Absorption von Neutronen durch fettes Material ("fertile material") im HeaktoTbrennstoff verursacht wird. Diese erhöhte Absorption tritt auf infolge de3 Voiiiandenseins im verhärteten Meutronen-Spektrum eines viel gröberen Prozentsatzes von Neutronen im Resonanzabsorr^;ion3-liner,-iebereich des fetten ("ferxile") Materials. Der reaktor ist so konstruiert, daß der ■Unterschied hinsichtlich aer Keaktivität zwischen dem Zustand, inaen nie Eiusätzrohren vollkonne-r» ;:u2"ujk£tesogen sind, und dem Zns "and, in aer- sie ganz eir^reset^t si na-, im wesentlichen ™ gleich groii ipr wie. der Reaktivitätsüberscauß, der vorgesehen werden :n\\ii, nc aie üblichen i'lüohtigen u-rößen bzv/. v/erte (Xenon, -ßremsstoff und Doppler-Temperattir-Koeffizenten) zuzüglich etwa einem Drittel aer durch durch das Ausbrennen ("bum up") verlorenen iteaktivixät auszugleichen. Eine Anzahl von Sicherheitssteuerungsröhren kann in derselben Weise wie die bereits oben beschriebenen Einsatzröhren vorgesehen werden

BADOm _ ₁₂ _

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mit der Ausnahme, daß sie llentronengift enthalten, das einen hohen Absorptionsquerschnitt für thermische Neutronen "besitzt. Die Sicherheitssteuerröhren könnten eine Anzahl der äußeren iänsatzröhren 31a ersetzen oder konzentrisch um diese herum angeordnet sein. Die innersten Einsatzstäbe 31b sowie die ersten

Einsatzröhren können von"Hand bewegt werden, während die äußeren Einsatzröhren 31a durch Betätigungsglieder 14 bewegt werden. Betäti^ungsglieder 14 werden auch zum Einsetzen und Herausnehmen der Sicherheitssteuerungsröhren benützt, wenn und wo diese verwendet werden. „

Die Figuren 3 ^nd 4 weraen anrch die Figuren 5,6 und 7 ergänzt, inder: diese eine aus iiremssto.ff- oder luoderatorröhre und Brennstoffelementen bestehende Patrone oder Einheit 36 und ihre Beziehung-zu. .den anliegenden oder benachbarten Einheiten beschreibt. Eine Brenristofi'uinhüllung oder ein Brennstoffbehälter 37 umgibt eine Vielzahl von spaltbaren, Brennstoff enthaltenden Brennstoffstäben 38, wodurch ein Strömung skanal. i'Ur aas >"Iie..,en yna ^-tränen von gasförmigem

definiert wird . . Kühlmittel 'iber aie Brennstoff stübe-i Das oberste Ende jeder Brennstoff.umhüllung 3'Vpajit /^ena¹·! In das Hohr 39, das unmittelbar unterhalb aes Kühlraitteleinlaßspeicherraums 25 gelegen ist, wie dies in Fig. 1 τ-nd 3 dargestellt ist.'-^ie Brennstoff stäbe sind innerhalb der Brennstoffumhüllung 37 durch ein Tragekreuz 40 so gehaltert, daß sie in Abstand zueinander liegen.

- 13 -90984 A7.1 00 5 ©^iWAU

1533011

-η-

Ein 6 Zoll (etwa 15 cm) langer Speieherraum 42 ist am oberen Ende jedes Brennstoffstabes 38 vorgesehen, um gasförmige Spaltungsprodukte aufzufangen, die von dem spaltbaren, hierin enthaltenen Brennstoff austreten.

lähere Angaben über e \md die Wirkungsweise einer Ausführungsform des vorliegenden Reaktorsystems gehen aus der nachstehenden Aufstellung hervor:

Nähere Angaben und Wirkungsweise Merkmale des allgemeinen Systems

Leistung

Wellenpferdestärke Megawatt

27.300 60.43

Merkmale der Hauptsciileife Hauptarbeitsmedium Art des Hauptzyklus

'Chemische Leistungsfähigkeit des gesamten Systems, °/o

.üintrittstemperatur des Heliums in den -tieaktor, I¹-

Austrittstemperatur des Heliums aus dem Reaktor, ⁰I¹

Äießvermögeη oder Massenstrom durch ■ den Reaktor Pfund/sek.

Helium geschlossen

33.7 553
1200 66 o2

9-0 9 84/+/Ί00

0AD ORIGINAL

14 -

Wärmeüberführungsfläohe (insge-

2 samt im aktiven Kernbereioh) ft 1827 Freie Stromflache (insgesamt im

aktiven Kernbereich) in. 388

Hauptgas Schleifenvolumen, ft 450.

Druckvermögen des G-asumwälzerauslasses psia (lbs/sq. in. absolute)830

G-asumwälzerdnckverhältnis 1 .009

Merkmale der Sekundärschleife

Drosseldruck psig . 1500

Drosseltemperatur, ⁰F 1000

Gegendruck., inches of Hg abs. 1.5

Speisewasserstrom, Ib/hr 175,370

Endtemperatur des Speisewassers, F 415

Zahl der Erhitzer 5

Antriebsleistung der ^uleitungs-

pumpe,(durch Motor angetrieben)bhp 663

thermische Leistungsfähigkeit der

Anlage, fo 33.7

Dampfbedingungen vom Kessel

Temperatur, ⁰P 1005

Druck, psig 1535

Größe der knlsge oder des Systems

Höhe, ft-in. 39-1

Durchmesser, (feet-inches) 20-3

./■■ ..,'.: . -9 0 98 4 A / 1 0 0 6

- ffT-

Erfordernisse für die Betriebsdauer ("operating Life")

Gesamte Anlage (ausschliei31ich Brennstoff und C/ii) yr

Abbrennen des Brennstoffs Mw Tage/ikl 20 20.000

Nukleare Merkmale
Brennstoffart

Brennstoff-Form
Brennstoff oaer Moderator Brennstoffvorrat, pounds TT Brennstoffvorrat,

235 geringe Anreicherung UO₂ ( 5.0 ^c/o)

ITO₂

leichtes Wasser

313 '

7100

Schirm- oder Schildmerlanale Strahlirngscaien

■ . Maximale al+.-'-...eine Bevölkermetsdosis ("general populousdose") pro Kaiende:-\Tahr, rem

Kaximale iaxrahlun^sdosis für Beaienende ¹ "raaiation workers dose") pro Kalonderiahr, rein

Absjiiirm- . -r ^cliildnaxerialien

Reaktordaten.

Brems s τ off oaer I Io gerat or 0.5

5.0

ulei, weicher-Stahl nna mit 5or versetztes ("corated") V/asser

leichtes viasser

909844/1005

Einlaßtemperatur, J? -235 Ali β laß temperatur, ⁰P 255

Arbeitsdruck, psia 250

Einstellung des °icher..eitsventils, psig 258

druckabfall, psi 15

Strömungsgeschwindigkeit,' gpm 1000 Höchsttemperatur des ■ i>r ems stoffrohres, ⁰F -450

,/andrster he c.es Brems stoff rohres, ύ»170

. in.

^naai· olie !..(..-rl-niial'e

Kaupt>ü:ij.,iiiTtel Helium

Einiaiitemperatur, S¹ 553

Auslaßtemperatur, ⁰I¹ 1200

}■:., psia 828

Auslaß-üruok, psia 824«2

Einstellen.-·· des Sicherheitsventils

psig - 900

luruckabffill, i.fii 3< >8

uvnamiscLe SMuIe (Iiniai) ,psi 0.24

Dynamic ο .ie 8^::,ul& (""axiT4um).p3i O»39

Machzahl (Einlaß) 0.0185

Vaohaaiil- 'rraximua) 0.0238

ifließvermögen der Masse oder

Iiassenstrom, lb/seo 66o2-

Vervielfacher für den Reibungsfaktor 1 „2

Fläche für den freien rluß in. 388

9 0 9 8 44/1005

Durchschnittliche Höchsttemperatur

des Brennstoffstabes, ⁰F 1305

•Durchschnittlicher V/äririestrom Brennstoff Btu/hr-ft²

Durchschnitts-Warraeüburtragungsfcoeffizient, Btu/hr-ft²-⁰!¹ 102.000

553

Vervielfältiger für den l/ärmeübertragungsko effizient en (glattes .Roiir)'l .2

Wärmeübertragungsfläche, ft^~ 1827

Ei ikle jare_ .Herianal<3

Aktiv-Kernlänge, in. · 42 ^

Äquivalenter Durchmesser für den

Aktivkern, in. 48.55

Lange des vo-rderen Reflektors, in. 10

V/erkstoff des vorderen Reflektors, Leichtes »'asser

Lunge des hinteren Reflektors, in. 10

V/erkstoff des hinteren Reflektors, Stahl

Stärke des Seitenreflektors, in. 13

V.erlcstoff des Seitenreflektors

Brennstoffladung, Ib-TI
Brennstoffladung Ib
ZeI j enanaahl
Zellenabstand, in.

235 Beryllium-Oxyd und Graphi t 313 7100 127 3.939

Außendurchmesser des Zellenrohres, 2.460

in. Stärke des Zellenrohres, in. 0.170

9098 4 4/100

SAD - 18 -

Brennstoffpatrone

Zahl der Brennstoffpatronen 294 Zahl der Brennstoffstäbe per Patrone19

Brennstoff-matrix- oder -ausgangsmaterial ITOp

Gesamter üOp-Vorrat,Ib 7100

235
Gesamter Tf -Vorrat,Ib 313

Anreicherung wt fo (Gewichtsprozent) 5«0 Steigung zwischen Brennstoffstäben, 0.433

in. Aktivkern-Länge, in. 42.0

Verkleidungswerkstoff Incoloy

Verkleidirngsstärke, in. · 0.015 Außendurchmesser (Durchschnitt)

des Brennstoffstabes, in. 0.357 -

Steuer- oder Kontrollelemente Dynamische Rohre, angetriebene oder

von Hand zu betätigende Einsatzrohre, Verdrängung oder Be-

Art wegung des Bremsstoff

wassers

Sicherheitsrohre, Art ' Giftstoff

Dynamische und von Hand zu betätigende Einsatzrohre 7 Zellen

Angetriebene Einsatzrohre, von Hand zu betätigende Einsatzrohre und Sicherheitsrohre 84 Zellen

Angetriebene Sinsatzrohre und von

Hand zu betätigende Einsatzrohre 36 Zellen Werkstoff für das dynamische Rohr Zircaloy

_ 1Π -

909844/1005

Werkstoff der angetriebenen Einsatzrohre und der von Hand zu "betätigenden Einsatzrohre

Sicherheitsrohre

Anzahl der Betätigungsorgane für die angetriebenen Einsatzrohre

Anzahl der Betätigungsorgane für die dynamischen Rohre (actuators )

Anzahl der Betätigungsorgane für die Sicherheitsrohre

Zircaloy

Incoloy verkleidet (0.025 stark) Od. (0.050 stark)

Abachirmstopfen Allgemeine Merkmale

Höchste Konstruktionstemperatur,⁰]? Innerer Betriebsdruck, psig Innerer Konstruktionsdruck, psig Äußerer Betriebsdruck, psig Äußerer Konstruktionsdrnck, psig Abschirmmaterialien
Konstruktionsmäterialien

450 235 258 815 900 Blei, Wasser, Stahl

Incoley und SA 212 B verkleidet mit Incoloy

Kessel

Allgemeine Merkmale
Art

9098 A A/ 100 5

Einfach hindurchgehend ("Once-through")

-JlC-

- 3-e -

ΊΟ-

G-esamthöhe, in.

125

G-esamtdurchmesser (Krempe des Kesselbodens "bottom header flange" ).in.

Effektive Höhe oberhalb der

Röhren, in. . . 94«5

Effektiver Außendurchmesser ober-

halb der Röhren, in. 91.5

Konstruktionsdaten für Normalkraft Heliumstrom lb/sec 66.2

Wasserstrom lb/sec . 175,370 Leistung ("duty") 10⁶ Btu/hr 192.5 Eintrittstemperatur des Heliums,⁰P 1200 Austrittstemperatur des Heliums,⁰P 550 Eintrittsdruck des Heliums, psia 824.2 Austrittsdrnck des Heliums, psia 822»7 Dampfdruck, psia - 1550

Röhren

A\;.f bau

radiale Ebene

Länffsebene
Höhrenanzahl

ihirchsohnitTslünge der Röhren,ft Röhrensteigung, in. Röhrenaußena^rcnmesser, in. Wandstärke, in.

Involute Schlangenform 198 204 0.781 0.625 0.085

90 98LLJ 100

BAD

Anlage zur Entminerali3ierung des Kondensat^ Austauscher

Erforderliche Anahl Art

Höchsteintrittstemperatur, I¹ Höchster Einlaßdruck, psig Höchster Druckabfall, psi Leistungsvermögen (jeder), gpm

Gesamtmenge an festen Stoffen im Eintrittswasser, ppm Gesamtmenge an festen Stoffen im Austrittswasser, ppm

Gewicht, Ib ·

Kegenerationsausrüstung

gemischtes Bett ("mixed bed") 100 100 35 300

0.1 10.400 halb-aut omati sch

¹G leb ehält er

Allgemeine Merlanale

-iietriebsteinperatur,⁰!' i.onnt-FukTionstemperatur, ⁰F iiormaler i3etriebsdriick, psia Ivonstruktionso.ruck, psig

büO 700 830 900

des Siciierlieitsventils, 900

psig

"Merkstoff

SA' 212B

098ΛΛ/10

-

Se i jbe nab s chIjrmung

Allgeme ine Merkmale

Abschirmmaterialien Stahl, -Blei

Wasser + Ο.ό wt ^j/o Boron (0.6 Gewichtsprozente Boron)

Wassereinlaßtemperatur, ⁰I¹ 105 ·

Wasserauslaßtemperatur, P 120

Höchste Abschirmtemperatur, ⁰P 150 ·

Wasserdruck atHmosphärisch

Wasserströmungsgeschwindigkeit,gpm 30

Gänzlich abgeschirmter Behälter Konstrulctionstemperatur, ⁰P < 650 Konstruktionsdruck, psig < 535

Material . . . SA 201B (A300)

Kohle-Stahl und Blei

Gesamthöhe, it-in. 39-1

liettoTolumen, i't^ HOO-

Innendiirchmesser, in. 144

"über die Sirkulatoren oder ümwälzer gemessener Durchmesser, ft-iii. 24-3

oaer -ümwälzer

Arbeitsmedium Helium

909BU/1005

Anzahl der Einheiten . 2

Leistun/r üro Einheit, bhp 250

ilormale jvinlai3temperatirr, ⁰F 550

!^Torma.le Anstrittsteiaperatur., i' 553

."■.'orraale.-- zlö'chsteinlaßarnck, psia 822 »7 ^:";ornialer Höchstanstrittsariick, psia 830

ürixckverhältnis 1 .009

I.Iaximaler Strom, lb/sec üb.2

■■■: ■ ■■■ «

ITo tu*; trieb

Verlust von Helitiffl_? rr.it_i Luf t •'Tnter Iimck gesetzt Arbeitsmedinra . Imft

Arbeit sin ediinnstrom lb/sec 240

Kraftabcabe. 3HP Ιβ.ϋυΟ

Temperatur des Arbeitsmedin.ms, ⁰T 55C/12OO Betz'iebrjarnüic, bsip. 830

Driickverhältnis 1.012

Xral't des Zirimlators oder T^Tm\välzeri3 bhP (ir..· -esamt) .λ-SO

Heli-iinver7_r'--t, v.'cbei der Jr-^oic- bis auf 50 psia aufgehoben woraen is τ. . ..,„

liii'tstrcin lb/sec 20

Kraft aes Ziri-:ulators caer ruvv&l-

zers ,biu¹ 130

Dri3cla^rerhäl""nis 1 .04.

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Das unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschriebene, Einsatzrohre oder -stäbe enthaltende Kontroll- oder Steuersystem für die BremsstoffVerdrängung schafft wirksame Mittel dafür, daß ein großes oder dickes radiales Kraftprofil geschaffen wird, indem man die Einsatzröhren oder -stäbe in geeigneter Weise in einzelnen Bremsstoff- oder Moderatorkanälen einstellt. Andere, sich aus der Verwendung der Bremsstoffröhrenanordnung ergebenden Vorteile schließen ein; eine bessere Wärme- , freigabebahn in dem Falle, daß Verluste oder Ströltfmungsstörungen auftreten, eine verringerte feine Störung der Radialkraft und einen V/egfall der Kaiandria- oder Heizkammer und der hiermit verbundenen, zwischengeordneten Kontrolleinsatzstäbe. Die obige Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung wurde nur zu Erläuterungszwecken dargeboten, und sollte nicht begrenzt interpretiert werden. So könnten z.B.

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die Brennstoffanreichung, die Art und Abmessungen geändert und ausgewechselt werden, anstelle von Helium könnte Luft als Hauptkühlmittel genommen werden und die Brennstoffelemente und Bremsstoffröhren könnten horizontal angeordnet sein, ohne daß hierdurch der umfang der vorliegenden Erfindung überschritten wird. Demgemäß ist beabsichtigt, daß die vorliegende Erfindung nur durch den Umfang der dazugehörigen, nachfolgenden Ansprüche definiert wird.

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Claims (11)

Ansprüche

1. Neutronen-Reaktor mit einem gasgekühlten, wassergebremsten oder -moderierten Aktivkernbereich für einen Neutronen-Reaktor-Kernbereich, der eine Vielzahl von Wasser enthaltenden Moderatorröhren und von gasgekühlten ^ Brennstoffelementen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Moderatorröhren in regelmäßiger Anordnung in Abstand zueinander vorgesehen sind und die Brennstoffelemente den Zwischenraum zwischen den Moderatorröhren ausfüllen und hierbei eine kontinuierliche Brennstoff matrix bilden·

2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die in gleichmässiger und regelmäßiger Anordnung vorgesehenen Bremsstoffröhren/
/als Moderator leichtes Wasser enthalten, daß durch die die Räume zwischen den Bremsstoffröhren im wesentlichen ausfüllen- " den und hierbei eine die Moderatorröhren kontinuierlichen umhüllenden Brennstoffmatrize bildenden Brennstoffelemente ein gasförmiges Kühlmittel hindurchgeführt wird, um die-Brennstoffelemente während des Betriebs des Reaktors zu kühlen«

3· Reaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Kühlmittel aus Helium besteht.

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4. Reaktor nach einem der "Ansprüche 1 bie 3» dadurch gekennzeichnet, daß di· Brennstoffelemente als Brennstoffstäbe ausgebildet sind.

5· Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4_f dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsstoff- oder Moderatorröhren die Halterung oder Unterstützung für die Brennstoffelemente darstellen·

6. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein axial bewegliches, innerhalb jeder Bremsstoff- oder Moderatorröhre angeordnetes Kontrollglied vorgesehen ist, das aus einem Material besteht, das einen niedrigeren Absorptionsquerschnitt für thermische Neutronen und eine kleinere Verzögerungskraft als leichtes Wasser hat.

7. Reaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrollglleder aus Zircoloy bestehen·

8. Reaktor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrollglieder als Kontrollstäbe ausgebildet sind, deren erster Teil aus einem Material besteht, das einen ■ niedrigeren Absorptionsquerschnitt für thermische Neutronen und eine kleinere Verzögerungskraft als leichtes Wasser auf-

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weist und deren zweiter Teil einen hohlen Absorptionsquerschnitt für thermische Neutronen aufweist.

9· Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein von den Bremsstoffröhren durchdrungenes Rohr oder Blechrohr ("tube sheet") vorgesehen ist und daß die länglichen Brennstoffelemente an ihrem einen Ende durch die Bremsstoff- oder Moderatorröhren und an ihrem anderen Ende durch die das vorgenannte Rohr oder Bleclirohr tmter- ™ stützt werden und daß mit dem Rohr oder -⁰Iechrohr ein Speicherrauin in Verbindung steht, derart, daß gasförmiges" Kühlmittel während des Heaktorbetriebes vom Speicherraum zum Rohr oder -Blechrohr und zu dem Brennstoffelement strömt.

10. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Moderatorröhren senkrecht angeordnet sind unä der -Moderator in den Moderatorröhren umgewälzt wird, daß die Brennstoffröhren als längliche Stäbe senkrecht .ans^-e- ä richtet sind und-senkrecht und radial an ihren unteren 3nden durch die Iloderatorröliren und radial an ihren oberen Enden durch das Rohr oder Blechrohr-imterstLltzt werden.

11. Reaktor naoli Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der .'loueratorröliren mindestens ein axial bewegliches Kontrollglied vorgesehen ist, viac einen "I'eil aus einem ■!.laterial Eilt gerillteren Absorptionsquerschnitt für thermische

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Neutronen und eine kleinere Verzögernngskraft als leichtes Wasser und ein weiteres Teil "besitzt, das aus einem Material "besteht, das einer höheren Absorptionsquerschnitt' für thermische Neutronen hat.

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