DE1589802C - Leistungskernreaktor mit negativem Temperaturkoeffizienten der Reaktivität Ausscheidung aus 1464933 - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Leistungs- steigt der Neutronenfluß in den Bereichen an, in kernreaktor, dessen Reaktivität einen prompten nega- denen sich die Blanket-Elemente befinden. Die bei tiven Temperaturkoeffizienten aufweist, mit einem diesem bekannten Kernreaktor vorgesehene, als Druckgefäß, in dem sich eine als Kühlmittel und Kühlmittel und Moderator dienende Flüssigkeit Moderator dienende Flüssigkeit befindet, mit einem 5 durchfließt den Reaktor dabei jedoch nicht in einer in der Flüssigkeit angeordneten Kern, der Anord- solchen Weise, daß ein prompter negativer Tempenungen von gas- und flüssigkeitsdichten, in Abstand raturkoeffizient erzielt wird.

voneinander angeordneten Brennstoffelementen ent- Es ist im übrigen auch schon ein Kernreaktor

hält, um die herum Durchtrittskanäle für die als Kühl- bekannt (belgische Patentschrift 529 777), bei dem mittel und Moderator dienende Flüssigkeit freigelas- io ein Kühlmittel nacheinander durch Spalte zwischen sen sind, und mit einer Einrichtung zum Umwälzen den Brennstoffelementanordnungen und durch die der als Kühlmittel und Moderator dienenden Flüssig- Brennstoffelemente umschließende Kanäle geleitet keit durch die Durchtrittskanäle. wird. Mit Hilfe dieser bekannten Anordnung ist es

Es sind bereits Kernreaktoren bekannt (französische jedoch nicht ohne weiteres möglich, eine Reaktivität Patentschrift 1289 098, USA.-Patentschrift 2787 593), 15 mit einem prompten negativen Temperaturkoeffibei denen mit einem flüssigen Kühlmittel gearbeitet zienten zu erzielen.

wird, das gleichzeitig die Funktion eines Moderators Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde,

ausübt. Dabei sind in einem Fall Brennstoffelement- einen einfachen Weg zu zeigen, wie vorzugehen, um anordnungen mit in Abstand voneinander aufge- einen Leistungskernreaktor auf relativ einfache bauten Brennstoffelementen vorgesehen, um die 20 Weise zu realisieren, dessen Reaktivität einen prompherum Durchtrittskanäle für die als Kühlmittel die- ten negativen Temperaturkoeffizienten aufweist und nende Flüssigkeit freigelassen sind. Von Nachteil bei dem jeweils die gesamte verfügbare überschüssige bei diesen bekannten Kernreaktoren ist jedoch, daß Reaktivität eingeführt werden kann, ohne daß dabei sie keinen prompten negativen Temperaturkoeffizien- eine Beschädigung auftritt und ohne daß Spaltproten aufweisen, durch welchen eine Erhöhung dei 25 dukte freigesetzt werden.

Brennstofftemperatur in einem Kernreaktor unmit- Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe

telbar zu einer verringerten Reaktivität führt. bei einem Leistungskernreaktor der eingangs genann-

Es ist ferner eine Anordnung des Reaktordruck- ten Art erfindungsgemäß dadurch, daß innerhalb behälters eines Hochleistungs-Druckreaktors in einem des aktiven Bereichs des Kerns zwischen den Brennaus einem Berg ausgesprengten Raum bekannt (deut- 30 Stoffelementanordnungen ein zylinderförmiger Spalt sehe Auslegeschrift 1 046 790), bei der der Reaktor- vorgesehen ist, der wesentlich breiter als der norbehälter selbst nur eine verhältnismäßig geringe male Abstand zwischen den Brennstoffelementen ist, Wandstärke hat und bei der Mittel vorgesehen sind, und daß die Flüssigkeit in einander entgegengesetzter die die Druckspannungen, denen die Decke, die Richtung in an sich bekannter Weise erst durch die-Wände und der Boden des genannten Behälters unter- 35 sen Spalt und dann durch die die Brennstoffelemente worfen sind, weiterleiten, so daß letztlich der Ge- umschließenden Durchtrittskanäle geleitet ist. Die birgsstock den Druck abfängt. Bei dieser bekannten Erfindung bringt gegenüber den bisher bekannten Anordnung sind zwar einzelne Rohre im brennstoff- Leistungskernreaktoren den wesentlichen Vorteil mit freien Bereich für die Aufnahme des Reaktorkühl- sich, daß auf relativ einfache Weise, nämlich allein mittels vorgesehen. Von Nachteil hierbei ist jedoch 4° durch die Bereitstellung eines Spaltes zwischen den ebenfalls, daß ein prompter negativer Temperatur- Brerinstoffelementanordnungen in dem aktiven Bekoeffizient nicht unmittelbar und automatisch erzielt reich des Kerns mit einer wesentlich größeren Breite wird. Vielmehr ist es bei dieser bekannten Anord- als dem normalen Abstand zwischen den Brennstoffnung ebenso wie bei den eingangs betrachteten be- elementen entspricht und durch die genannte Hinkannten Kernreaktoren erforderlich, bei Ansteigen 45 durchleitung der Flüssigkeit durch den Spalt und die der Temperatur des Kernbrennstoffes Steuerelemente Druchtrittskanäle eine Reaktivität mit einem prompin den Reaktorkern einzuführen. ten negativen Temperaturkoeffizienten erzielt wird.

Es ist ferner ein Atomreaktorkern bekannt (deut- An Hand von Zeichnungen wird die Erfindung

sehe Auslegeschrift 1 054 603), bei dem die Brenn- nachstehend näher erläutert. Es zeigt
Stoffelemente in Magazinen angeordnet und gege- 5° F i g. 1 einen Grundriß eines Kernreaktors mit benenfalls zwischen den Brennstoffelementen und/ gewissen Merkmalen gemäß der Erfindung, der in oder der Magazinwand Abstandshalter vorgesehen dem unteren Teil ■ eines Abschirmtanks angeordsind, wobei die Magazinwände in einer solchen net ist,

Blechstärke ausgeführt sind, daß sie sich unter dem F i g. 2 einen Vertikalschnitt entlang der Linie 2-2

Druck des Wassers an den Brennstoffelementen bzw. 55 in F i g. 1,

den Abstandshaltern anlegen. Von Nachteil bei die- Fig. 3 einen vergrößerten Vertikalschnitt entlang

sem bekannten Atomkernreaktor ist jedoch ebenfalls, der Linie 3-3 in Fig. 1,

daß hier kein prompter negativer Temperaturkoeffi- F i g. 4 einen horizontalen Teilschnitt entlang der

zient erzielt wird. Linie 4-4 in Fig. 3, wobei Teile weggebrochen sind,

Es ist ferner ein Kernreaktor bekanntgeworden 60 um die Konstruktion der Brennstoffelementanord-(britische Patentschrift 885 891), bei dem in einem nungen besser zeigen zu können,
sogenannten Seed-und-Blanket-Reaktor 32 söge- Fig.5 einen vergrößerten vertikalen Teilschnitt

nannte Sccd-Elemente vorgesehen sind, die ange- durch den in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Steuerreichertes Uran enthalten. Die die betreffenden Seed- mechanismus,

Elemente umgebenden Blanket-Elemente enthalten 65 Fig. 6 einen horizontalen Teilschnitt entlang der dabei in erster Linie Brutmaterial. Mit zunehmender Linie 6-6 in F i g. 5,

Betriebsdauer des Reaktors brütet das Brutmaterial F i g. 7 eine vergrößerte perspektivische Ansicht

in den Blanket-EIementen spaltbares Material. Damit einer Brennstoffelementanordnung und von Brenn-

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Stoffwerkzeugen für einen Kernreaktor in den Fig. Ibis 4,

F i g. 8 einen vergrößerten Grundriß der Brennstoffelementanordnung in F i g. 7,

F i g. 9 einen Vertikalschnitt entlang der Linie 9-9 in Fig. 8,

Fig. 10 eine Vorderansicht eines der Brennstoffelemente in F i g. 7 und

Fig. 11 bis 13 vergrößerte Vorderansichten von Brennstoffelementen in Fig. 7, von denen Teile weggebrochen sind, um deren Aufbau zu zeigen.

Der in der Zeichnung dargestellte Kernreaktor hat ein Druckgefäß 10, das auf dem Boden eines wassergefüllten Abschirmtanks 11 gelagert ist. Die reaktive Kernanordnung 12 ist in dem Druckgefäß 10 gelagert, welche reaktive Kernanordnung eine Anzahl von vertikal verlaufenden, länglichen Brennstoffelementen 13 aufweist. Ein im wesentlichen ringförmiger Reflektor 15 ist zwischen dem Kern 12 und dem Druckgefäß 10 angeordnet. Der Reflektor 15 ist in Segmente unterteilt, die radial relativ zu dem Kern 12 durch einen Steuermechanismus 16 bewegt werden können, um die Reaktivität des Kerns zu steuern. Eine Einrichtung 17 ist vorgesehen, um einen sich im wesentlichen vertikal erstreckenden ringförmigen Kühlmittelkanal in dem Kern 12 zu begrenzen. Eine im wesentlichen vertikal verlaufende zylindrische Ummantelung 18 ist zwischen dem Kern 12 und dem Reflektor 15 vorgesehen. Das obere Ende des ringförmigen Kanals 17 steht in Verbindung mit einem Bereich zwischen dem Druckgefäß 10 und der Ummantelung 18. Eine Flüssigkeit wie Wasser oder ein organisches Kühlmittel (z. B. Diphenyl, Terphenyl oder Mischungen davon), das sowohl als Kühlmittel als auch als Moderator dient, wird durch einen Einlaß 20, der in dem Druckgefäß 10 vorgesehen ist, nach unten durch den Bereich zirkuliert, der zwischen der Ummantelung 18 und dem Druckgefäß 10 liegt, sowie durch den Kanal 17 nach oben durch die Brennstoffelemente 13 und dann nach außen durch einen Auslaß 21, der in dem Druckgefäß 10 vorgesehen ist und mit der Ummantelung 18 in Verbindung steht. Der in den F i g. 1 und 2 dargestellte Abschirmtank begrenzt einen im wesentlichen zylindrischen Schacht 22 zur Aufnahme des Druckgefäßes 10. Die Wände des Abschirmtanks 11 bestehen aus einem geeigneten Material zur Strahlungsabschirmung, beispielsweise aus Beton. Der Schacht 22 wird mit einer Flüssigkeit wie Wasser gefüllt, die als Strahlungsabschirmung und Kühlmittel dient. Das Wasser wird durch nicht dargestellte Einrichtungen zirkuliert, gekühlt und demineralisiert. Die Tiefe des Schachts 22 wird durch den Betrag der über dem Druckgefäß 10 in dem Schacht 22 gewünschten Abschirmung bestimmt. Die Breite des Schachts 22 wird durch den Betrag der Abschirmung bestimmt, die zur Verringerung der Aktivität der Neutronen auf einen gewünschten Wert in der Grenzzone des Schachts 22 benötigt wird.

Das Druckgefäß 10 ist auf dem Boden des Schachts 22 durch vier Füße 23 abgestützt, die mit dem Druckgefäß verbunden sind und sich davon nach außen erstrecken. Die Füße 23 sind auf zwei parallelen I-Trägern 25 montiert, die auf dem Boden des Schachts 22 ruhen. In dieser Weise kann der Boden des Druckgefäßes von dem Boden des Schachts 22 in einem Abstand angeordnet werden, so daß Wasser unter dem Gefäß 10 frei zirkulieren kann.

Wie besonders in F i g. 3 dargestellt ist, hat das Druckgefäß 10, das aus einem Material mit einem guten Widerstandsvermögen gegen Versprödung durch energiereiche Neutronen, wie aus rostfreiem Stahl, hergestellt ist, eine im wesentlichen rohrförmige Seitenwand 26 und einen elliptischen Boden 27, der einstückig mit der Seitenwand 26 ausgebildet ist. Der obere Teil der Seitenwand 26 ist verjüngt, um die Druckbelastung auf einen im wesentlichen flachen

ίο Deckel 28 zu verringern, der an dem verjüngten Teil der Seitenwand 26, beispielsweise durch Bolzen 30, entfernbar befestigt ist. Eine geeignete Dichtung 31 ist zwischen dem verjüngten Bereich und dem Deckel 28 vorgesehen, um eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zu gewährleisten.

Der zentrale Teil des Deckels 28 ist mit einem sich nach unten erstreckenden, hohlen Ansatz 32 versehen, um die Kühlmittelmenge in dem Druckgefäß 10 möglichst gering zu halten. Der Ansatz 32 kann mit einem Abschirmmaterial 33, beispielsweise mit Blei usw., ausgefüllt werden, um die Strahlungsintensität zu verringern, die nach oben aus dem Kern 12 in das Druckgefäß 10 austritt. Eine Klappe 35 für den hohlen Ansatz ist auf den Deckel, beispielsweise durch Bolzen 36, entfernbar befestigt.

Um Spannungsbeanspruchungen möglichst gering zu halten, sind das Druckgefäß 10 und der Deckel 28 beispielsweise allseitig durch einen wasserdichten Doppelmantel (nicht dargestellt) isoliert, welcher das Druckgefäß 10 umgibt. Thermisches Isoliermaterial (nicht dargestellt) wie Glaswolle ist zwischen dem Doppelmantel und dem Druckgefäß angeordnet.

Wie besonders in Fig. 3 dargestellt ist, wird der im folgenden zu beschreibende Kern 12 in dem unteren Teil des Druckgefäßes 10 durch eine Stützeinrichtung 37 für den Kern zentral gestützt. Die Stützeinrichtung 37 weist eine horizontal verlaufende kreisförmige Platte 38 aus einem geeigneten Material wie rostfreiem Stahl auf, die auf einer Reihe von Blöcken 40 aufliegt, die in Umfangrichtung in einem Abstand voneinander entlang dem Randteil des Bodens 27 angeordnet sind. Die Blöcke 40 sind geeignet mit dem Druckgefäß 10 verbunden, indem sie z. B. daran angeschweißt sind. Die Stützplatte 38 ist mit einer Reihe von Öffnungen 41, angrenzend an deren Peripherie und unter der Kanalbegrenzung 17, versehen, damit Kühlmittel in den unteren Teil des Druckgefäßes 10 fließen kann.

Um thermische Spannungen in dem Druckgefäß 10 möglichst gering zu halten, werden thermische Abschirmungen 42 und 43 aus einem geeigneten Material wie rostfreiem Stahl zwischen der Kernanordnung und dem Druckgefäß vorgesehen. Wie besonders in Fig. 3 dargestellt ist, ist eine der thermischen Abschirmungen 43 direkt unter der Kernanordnung 12 vorgesehen. Diese Abschirmung weist eine sich horizontal erstreckende, im wesentlichen kreisförmige Platte 45 auf, die geeignet durch die Stützplatte 38 für den Kern in einem Abstand davon getragen wird, beispielsweise mit Hilfe konzentrischer Ringe 46, die an die Stützplatte und die Stützplatte 45 angeschweißt sind. Die Ringe 46 sind mit einer Anzahl von öffnungen 47 versehen, durch die Kühlmittel hindurchtreten kann.

Die andere thermische Abschirmung 42 ist zwischen dem Kern 12 und der Seitenwand 26 des Druckgefäßes 10 vorgesehen. Wie in F i g. 3 gezeigt ist, ist diese thermische Abschimung 42 im wesent-

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lichen rohrförmig ausgebildet und angrenzend an die bung werden die am Ende vorgesehenen Haltevor-Seitenwand 26 des Druckgefäßes in einem Abstand richtungen durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet, davon angeordnet. Die rohrförmige thermische Ab- während ein Buchstabe zugefügt wird, welcher sich schirmung 42 ruht auf der Stützplatte 38, und ihre auf die Haltevorrichtung für die betreffende Gestalt Lage kann durch eine Anzahl von Führungsstiften 48 5 eines Brennstoffelements bezieht. Entsprechende bestimmt werden, die von" der Unterkante der Ab- Teile der Haltevorrichtungen werden mit den gleischirmung 42 vorragen, welche Stifte in entspre- chen Bezugszeichen bezeichnet, sowie mit den Buchchende Fühningsöffnungen 50 in der Stützplatte 38 stäben des zugeordneten Brennstoffelements,
hineinragen. Nicht dargestellte Abstandshalter sind Die untere Haltevorrichtung 57a des zentralen am oberen Ende der Abschirmung 42 vorgesehen, io Brennstoffelements 13 α enthält einen oberen Endteil um einen Abstand zwischen der Abschirmung 42 60 a, der geeignet mit dem Rohr 52 a verbunden ist, und der Seitenwand 26 des Druckgefäßes 10 einzu- einen zentralen, länglichen, sich nach unten verhalten. Um die Entfernung der Abschirmung 42 zu jungenden Teil 61a sowie einen unteren mit einem vereinfachen, ist diese unterteilt. Gewinde versehenen Teil 62 a, der einen verringerten

Wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, enthält der 15 Durchmesser besitzt, damit sich eine Schulter 63α

Kern 12 eine Anzahl von Brennstoffelementanord- zum Abstützen des Gewichts des Brennstoffelements

nungen, die auf der Stützplatte 38 für den Kern 13 α ergibt.

ruhen. Die Brennstoffelementanordnungen 51 be- Wie in F i g. 9 dargestellt ist, ist der untere Endstehen jeweils aus einer Anzahl von länglichen, ver- teil 62 a jedes der zentralen Brennstoff elemente 13 a tikal verlaufenden Elementen 13, die in drei ver- 20 in eine entsprechende Anordnungsöffnung 65 in schiedenen Konfigurationen gehaltert werden. Wie einer sich horizontal erstreckenden unteren Bündelbesonders in F i g. 4 dargestellt ist, ist eine einzelne, Stützplatte 66 aus geeignetem Material wie rostfreiem im wesentlichen zylindrische Brennstoffanordnung Stahl angeordnet. Die untere Bündel-Stützplatte 66 51a in dem zentralen Teil des Kerns (also dem Teil der zylindrischen Brennstoffelementanordnung 51a des Kerns, der durch die den Kanal begrenzende Ein- 25 besitzt einen im wesentlichen kreisförmigen Umriß richtung 17 umschlossen ist) angeordnet. Sechs im (vgl. F i g. 4). Die Stützplatte 66 der dreieckförmigen wesentlichen dreieckförmige Brennstoffelementanord- Brennstoffelementanordnung 51 & besitzt im wesentnungen 51 b und sechs im wesentlichen rechteckige liehen einen trapezförmigen Umriß, während der-Brennstoffelementanordnungen 51 c sind wahlweise jenige der rechteckigen Brennstoffelementanordnunum den ringförmigen Raum angeordnet, der zwischen 30 gen 51 c ein Ausschnitt eines Ringes ist.
dem ringförmigen Kanal 17 und den Reflektoren 15 Wie besonders in F i g. 9 dargestellt ist, ist eine liegt. Mutter 67 auf den Gewindeteil 62 a aufgeschraubt,

Wie in den Fig. 10 bis 13 dargestellt ist, hat jedes um das Brennstoffelement 13a in der unteren Stützder Brennstoffelemente 13 ein im wesentlichen läng- platte 66 zu haltern. Die Unterseite der unteren Stützliches Rohr 52 aus einem Material, das bei hohen 35 platte 66 besitzt Gegenbohrungen an jeder der öff-Temperaturen beständig ist und einen hohen Wider- nungen 65,, in welche eine Mutter 67 aufgenommen stand gegen eine. Versprödung durch energiereiche wird.

Neutronen aufweist, wie beispielsweise rostfreier . Wie in den Fig.9 und 13 dargestellt ist, hat die Stahl. Das Rohr 52 jedes Brennstoffelements 13 ist obere Endbefestigung 56 a jedes der Brennstoffele-. mit einer wendeiförmigen Rippe 53. versehen, die 40 mentel3a einen unteren Teil 68 a, der geeignet mit sowohl als Abstandshalter für die Brennstoffelemente dem Rohr 52 a verbunden ist, sowie einen sich nach 13 in der Anordnung als auch als Kühlmittelführung oben verjüngenden Teil 70 a. Das obere Ende des dient, indem sie eine Drehkomponente der Kühl- Brennstoffelements 13 α ist deshalb frei in der Brennmittelgeschwindigkeit verursacht. Eine Drehkompo- Stoffelementanordnung 51 angeordnet.
nente für das Kühlmittel verbessert die Wärme- 45 Die Brennstoffelemente mit den in Fig. 11 darübertragungseigenschaften des Brennstoffelements. gestellten Endbefestigungen (im folgenden als befe-Das Rohr 52 ist mit Brennstoff 55 gefüllt, der im stigende Brennstoffelemente 13 b bezeichnet) sind an folgenden noch zu beschreiben ist, und ist an seinem der Außenseite der Brennstoffelementanordnung 51 oberen und unteren Ende durch Haltevorrichtungen angeordnet und werden zur Halterung der unteren

56 bzw. 57 aus einem geeigneten Material wie rost- 50 Stützplatte 56 in einem Abstand von einer oberen freiem Stahl abgeschlossen, die beispielsweise mit den Stützplatte 70 der Brennstoffelementanordnung 51 Rohren verschweißt sind. Freie Zwischenräume 58 verwandt, welche obere Stützplatte 70 wie die untere sind in dem Brennstoffelement zwischen dem Brenn- Stützplatte 66 ausgebildet ist.

stoff und den Haltevorrichtungen 56 und 57 vorge- Die untere Haltevorrichtung 57 b jedes befestigensehen, damit sich ein Zwischenraum für die Ansamm- 55 den Brennstoffelements 136 ist wie die untere Haltelung irgendwelcher freigesetzter Gase sowie eine Iso- vorrichtung 57 a des zentralen Brennstoffelements lation von dem Brennstoff ergibt, um Temperatur- 13 a ausgebildet. Der Gewindeteil 62b jedes Befegefälle entlang deren Länge zu verringern. stigungs-Brennstoffelements 13 b ist an der unteren Die dargestellten Vorrichtungen 56 und 57 besit- Stützplatte 66 in entsprechender Weise befestigt, wie zen eine unterschiedliche Gestalt. Die spezielle 60 in Verbindung mit der Befestigung der unteren Halte-Gestalt hängt von der Lage und der strukturellen vorrichtung 57 a der zentralen Brennstoffelemente Funktion des Brennstoffelements 13 in der betreffen- 13 a erläutert wurde. Die obere Haltevorrichtung 56 b den Brennstoffelementanordnung 51 ab. Das Brenn- jedes befestigenden Brennstoffelements 13 b ist entstoffelement 13 mit den Haltevorrichtungen 56 und sprechend wie die untere Befestigungseinrichtung

57 in Fig. 13 (im folgenden als zentrale Brennstoff- 65 57ft ausgebildet. Zu diesem Zweck weist die obere lemente 13 a bezeichnet) nimmt den Hauptanteil des Haltevorrichtung 56 b einen länglichen sich nach Bereichs der betreffenden Brennstoffelementanord- unten verjüngenden Teil 71 b und einen oberen Genung 51 ein. Zum Zwecke der folgenden Beschrei- windeteil 72 b auf, dessen Durchmesser zur Ausbil-

dung einer Schulter 73 b zum Abstützen der oberen Bündel-Stützplatte 70 verjüngt ist. Der obere Gewindeteil wird von einer entsprechenden Öffnung 75 in der oberen Stützplatte 70 aufgenommen und an der oberen Stützplatte 70 durch eine Mutter 76 befestigt, die von einer Gegenbohrung 77 in der Stützplatte 70 aufgenommen wird, die über der Öffnung 75 vorgesehen ist."

Wie in F i g. 4 dargestellt ist, ist die zylindrische Brennstoff el ementanordnung 51a mit sechs zur Befestigung dienenden Brennstoffelementen 13 b versehen, die im gleichen Abstand auf einem Kreis angeordnet sind, dessen Zentrum dem Zentrum der Brennstoffelementanordnung entspricht. Die dreieckförmigen Brennstoffelementanordnungen 51 b weisen jeweils drei der zur Befestigung dienenden Brennstoffelemente 13 b auf, von denen eines in jeder Ecke der Brennstoffelementanordnung 516 vorgesehen ist. Die rechteckförmigen Brennstoffelementanordnungen 51 c sind jeweils mit vier der zur Befestigung dienenden Brennstoffelemente versehen, von denen eines in jeder Ecke angeordnet ist.

Die Brennstoffelemente mit den am Ende vorgesehenen Haltevorrichtungen gemäß Fig. 12 (im folgenden als Umfangs-Brennstoffelemente 13 c bezeichnet) sind entlang dem Umfang jeder der Brennstoffelementanordnungen angeordnet und finden zur Halterung der oberen Enden der zentralen Brennstoffelemente 13 α in einer geeigneten Lage in den betreffenden Brennstoffelementanordnungen Verwendung. Dazu werden die Umfangs-Brennstoffelemente 13 c in den betreffenden Brennstoffelementanordnungen so gehalten, daß eine seitliche Bewegung der Umfangs-Brennstoffelemente 13 c beschränkt wird, daß aber gleichzeitig eine Längsbewegung ermöglicht wird. Die untere Haltevorrichtung 57 c der Umfangs-Brennstoffelemente 13 c weist einen oberen Teil 60 c auf, der geeignet mit dem Rohr 52 c verbunden ist, einen länglichen, sich nach unten verjüngenden zentralen Teil 61 c sowie einen unteren Endteil 78 c mit verringertem Durchmesser. Wie'in Fig. 9 dargestellt ist, wird der untere Endteil 78 c in einer entsprechenden, öffnung 80 in der unteren Stützplatte 66 aufgenommen. Die obere Haltevorrichtung 56 c hat einen unteren Teil 68 c, der geeignet mit dem oberen Ende des Rohres 52 c verbunden ist, einen länglichen, sich nach oben verjüngenden zentralen Teil 81c sowie einen oberen Endteil 82 c mit verringertem Durchmesser, der von einer entsprechenden Öffnung 83 in der oberen Stützplatte 70 aufgenommen wird. '

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Brennstoffelementanordnungen 51 in dem Kern durch eine Reihe von Führungsstiften 85 in geeigneter Lage angeordnet, die sich von der unteren Stützplatte 66 nach unten erstrecken. Wie in F i g. 9 dargestellt ist, sind die Führungsstifte 85 an den unteren Gewindeteile 62 α ausgewählter zentraler Brennstoffelemente 13 a befestigt. Die Führungsstifte 85 werden von entsprechenden Öffnungen 86 für Führungsstifte in der Stützplatte 38 für den Kern aufgenommen. Die unteren Enden der Führungsstifte sind gefast, um das Einsetzen der Führungsstifte 85 in die Führungsöffnungen 86 zu vereinfachen.

Wie in Fig.4 dargestellt ist, ist die Stützplatte 38 für den Kern mit im wesentlichen rechteckigen Öffnungen 87 versehen, von denen jeweils eine unter jeder der dreieckförmigen und rechteckförmigen Brennstoffelementanordnungen 51 b und 51 c vorgesehen ist, um einen Durchtritt von Wasser von dem unteren Abschnitt des Druckgefäßes 10 zu den Brennstoffelementen 13 zu ermöglichen. Vier im wesentliehen dreieckige Öffnungen 88 sind in der Stützplatte 38 für den Kern unter der im wesentlichen zylindrischen Brennstoffelementanordnung 51 α zum selben Zweck vorgesehen. In den unteren Abschnitt fließt Wasser durch die Öffnung 41, die in der Stützplatte

ίο angrenzend an die rohrförmige thermische Abschirmung und unter dem ringförmigen Kanal vorge^· sehen ist. . ■

Längliche Schlitze 90 sind in der unteren Bündel-Stützplatte 66 vorgesehen, damit Kühlmittel in die betreffenden Brennstoffelementanordnungen 51 eintreten kann. Diese Schlitze 90 besitzen eine solche Größe, daß der Betrag des Kühlmittelflusses in die einzelnen Anordnungen 51 von der Unterseite der Stützplatte 38 für den Kern gesteuert werden kann, wodurch eine gleichmäßige Verteilung der Strömung und des Drucks über den Brennstoffelementanordnungen 51 erzielt werden kann.

Eine Anzahl irregulär ausgebildeteter,' vertikal verlaufender Durchflußseperatoren 91 aus einem geeigneten Blech (z. B. aus rostfreiem Stahl) sind, wie aus F i g. 4 ersichtlich ist, zwischen der Ummantelung 18 und den angrenzenden peripheren Brennstoffelementen 13, zwischen der Kanalbegrenzung 17 sowie den angrenzenden peripheren Brennstoffelementen angeordnet. Die Seperatoren 91 stimmen in ihrer Gestalt mit den peripheren Brennstoffelementen 13 überein und sind angrenzend an diese angeordnet. Die Seperatoren 91 werden ihrer Lage beispielsweise durch Verschweißen an voneinander getrennten Stellen mit der angrenzenden Ummantelung 18 oder der Kanalbegrenzung 17 gehalten. Diese Seperatoren 91 verhindern ein Vermischen des nach oben durch den Hauptkörper der betreffenden Brennstoffelementanordnung 51 fließenden Kühlmittels und des nach oben durch die Zwischenräume 92 zwischen den Seperatoren 91 und der angrenzenden Ummantelung 18 oder den Kanal 17 fließenden Kühlmittels. Die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels in den Zwischenräumen 92 wird durch Verwendung nicht dargestellter Verschlußwände in den oberen Enden der Zwischenräume 92 und geeignet dimensionierter, nicht dargestellter Austrittsöffnungen in den Verschlußwänden verringert. Diese verringerte Strömungsgeschwindigkeit verhindert eine zu starke Kühlüng der peripheren Brennstoffelemente 13 und dient ebenfalls als Isolierung, wodurch verhindert wird, daß zu große Wärmemengen zwischen dem nach oben durch die Brennstoffelementanordnungen 51 fließenden Kühlmittel und dem nach unten durch den Kanal 17 und aus der Ummantelung 18 herausfließenden Kühlmittel übertragen werden.

Wie in den Fig.6 bis 9 dargestellt ist, ist in jeder oberen Bündel-Stützplatte 70 eine öffnung 93 zur Aufnahme eines Greiferwerkzeugs 95 vorgesehen. Zu diesem Zweck weist die öffnung 93 einen im wesentlichen dreieckigen zentralen Teil 96 und einen Schlitz 97 mit einem abgerundeten Ende auf, das sich von jeder Ecke des dreieckförmigen Teiles 96 erstreckt. Die Unterseite der Stützplatte 70 ist mit Aussparungen 98 versehen, die sich nach außen von den im wesentlichen gestreckten Kanten des dreieckförmigen zentralen Teils 96 der öffnungen 93 erstrecken. Andere öffnungen 100 sind in der Stützplatte 70 vor-

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gesehen, um einen Durchtritt von Kühlmittel zu er- teil an Zirkoniumhydrid. Das Volumen des Kühlmöglichen, mittels beträgt vorzugsweise ein Drittel. Ein zufrieden-

Das dargestellte Werkzeug 95 weist eine Stange stellendes Brennstoffelement enthält etwa 8 Gewichts-

101 auf, an deren Ende ein Aufnehmer 102 vor- prozent Uran, während der Kern zu etwa einem Drittel

gesehen ist. Der Aufnehmer besitzt eine derartige 5 aus Wasser besteht.

Gestalt und Größe, daß er in die Öffnung 93 einge- Jedes Brennstoffelement 13 enthält ferner vorzugs-

führt werden kann. Zu diesem Zweck hat der Auf- weise Erbium. Das Erbium dient als abbrennbares

nehmer 102 drei rechteckige Finger 103, die sich Gift in dem Reaktor und trägt ebenfalls beträchtlich

radial von der Stange mit Winkeln von 120° gegen- zu dem prompten negativen Temperaturkoeffizienten

einander erstrecken. Ein im wesentlichen zylindrischer io der Reaktivität bei. In Verbindung mit dem ersteren

Verriegelungsring 104 ist an dem Stab 101 über dem verringert das Erbium den Betrag der überschüssigen

Aufnehmer 102 vorgesehen. Der Verriegelungsring Reaktivität, die in dem Reaktor bei Beginn der

wird relativ zu dem Aufnehmer durch ein Rohr 105 Lebensdauer des Reaktors vorhanden ist. Erbium

bewegt, das um die Stange 101 angeordnet und an besitzt einen Absorptionsquerschnitt, der etwa gleich

seinem unteren Ende mit dem Verriegelungsring 104 15 demjenigen von Uran 235 bei der Betriebstemperatur

verbunden ist. des Reaktors von etwa 300° C ist. Deshalb gleicht

Bei der Benutzung wird der Aufnehmer 102 mit der Verbrauch des Erbiums den Verbrauch von spalt-

der öffnung 93 in der Stützplatte 70 ausgerichtet und barem Material aus, wodurch die effektive Lebens-

in die öffnung 93 abgesenkt, wonach die Stange 101 dauer der Brennstoffelemente verlängert wird.

so gedreht wird, daß die Finger 103 in die Ausspa- 20 Wie bereits erwähnt wurde, trägt Erbium zu dem

rungen 98 in der Stützplatte 70 gelangen. Der Auf- negativen Temperaturkoeffizienten der Reaktivität

nehmer 95 wird dann in dieser Lage durch Absenken bei. In diesem Zusammenhang wurde festgestellt, daß

der Verriegelungseinrichtung 105 arretiert. Die Brenn- der Absorptionsquerschnitt von Erbium etwas sinkt,

Stoffelementanordnung 51 kann dann aus dem Kern bis die Temperatur der Neutronen größer als etwa

12 herausgehoben werden. 25 200⁰C ist, und daß dann der Querschnitt von Erbium

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel enthält scharf ansteigt. Andererseits ist der Querschnitt von

jedes Brennstoffelement 13 eine feste, homogene Uran 235 etwa umgekehrt proportional der Neu-

Mischung aus Zirkoniumhydrid und stark ange- tronentemperatur. Wenn die Temperatur des Brenn-

reichertem Uran mit mehr als 90% Uran 235. Vor- Stoffelements ansteigt, wird deshalb der Anteil von

zugsweise wird die Zirkoniumhydrid-Zusammen- 30 in dem Erbium absorbierten Neutronen relativ zu den

setzung so ausgewählt, daß der Brennstoff bei den in dem Uran absorbierten Neutronen erhöht, wodurch

verhältnismäßig hohen Temperaturen beständig ist, die Reaktivität erniedrigt wird. Da der Querschnitt

die in dem Leistungsreaktor auftreten können. Zu von Erbium fällt, bis die Neutronentemperatur etwa

diesem Zweck wird eine höhere Hydridverbindung 200° C beträgt, erfordert die Anwesenheit von Erbium

(eine Zusammensetzung, bei der das Verhältnis von 35 keine großen Beträge überschüssiger Reaktivität in

Wasserstoffatomen zu Zirkoniumatomen größer als dem Reaktor, um den Reaktor auf seine Betriebs-

etwa 1,5 :1 ist) ausgewählt, weil eine derartige Ver- temperatur zu bringen.

bindung einphasig ist (Gamma) und deshalb keiner Das Erbium kann in dem Brennstoff homogen verthermischen Phasentrennung bei einem thermischen teilt oder darin an gewissen Stellen angehäuft vorZyklus ausgesetzt ist. Ferner beseitigt das Fehlen 40 gesehen sein. Brennstoffelemente 13 mit homogen einer zweiten Phase bei den höheren Hydriden das verteiltem Erbium werden in der Nähe der Ummante-Problem großer Volumenänderungen, die bei Pha- lung 18 und in der Nähe der einen Kanal begrenzensenumwandlungen auftreten, welche bei etwa 530° C den Einrichtung 17 verwandt, wo der Beitrag zum bei niedrigeren Hydriden auftreten. Darüber hinaus Temperaturkoeffizienten der Reaktivität weniger findet eine geringfügige thermische Diffusion von 45 wichtig ist und wo ein schneller Abbrand erwünscht Wasserstoff bei den höheren Hydriden statt, wodurch ist, um Reaktivitätsschwingungen auf einem Minimum Volumenänderungen und Krackvorgänge, welche mit zu halten. Die Brennstoffelemente mit Anhäufungen einer derartigen Diffusion auftreten, vermieden wer- von Erbium werden in dem Hauptteil des Kerns verden. Die Temperaturgrenze eines höhere Hydride ent- wandt. Bei dieser Konfiguration wurde festgestellt, haltenden Brennstoffelements wird deshalb nur durch 50 daß sich der Abbrand von Brennstoff und der Abden dynamischen Partialdruck des Wasserstoffs be- brand von Erbium gut ausgleicht,
grenzt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht

Zur Erzielung optimaler Ergebnisse wird Vorzugs- die stückige Verteilung von Erbium in einem Draht weise eine Zusammensetzung verwandt, bei der das 106 (Fig. 11 bis 13), der in die Brennstoffelemente Verhältnis von Wasserstoffatomen zu Zirkonium- 55 eingeschlossen wird, indem eine axiale Bohrung durch atomen 1,7 : 1 beträgt. Der Wasserstoffdruck im die Brennstoffzusammensetzung vor dem Hydrieren Gleichgewichtszustand beträgt für eine derartige Zu- .gebohrt wird. Der Erbiumdraht wird dann in die üammensetzung etwa eine Atmosphäre bei 800° C. Bohrung eingesetzt, und die Brennstoffzusammen-Dadurch wird ein beträchtlicher Spielraum hinsieht- setzung kann durch das Rohr 52 aus rostfreiem Stahl lieh Änderungen der Brennstofftemperatur züge- 60 umhüllt und dann hydriert werden. Das Hydrieren lassen, ohne daß ein hoher innerer Gasdruck in dem bewirkt eine Ausdehnung der Brennstoffzusammen-Brennstoffelement erzeugt wird. setzung, was zu einem engen Sitz gegen das Rohr 52

Die Menge von Zirkoniumhydrid und Wasser, die und ebenfalls gegen den Erbiumdraht 106 führt. Da

in dem Bereich des Reaktorkerns verwandt wird, das Erbium nicht unabhängig von dem Brennstoff

hängt von der gewünschten Größe des Kerns und 65 entfernt werden kann, wird die Sicherheit des Reak-

dem gewünschten Temperaturkoeffizienten ab. Um tors erhöht.

die kleinste kritische Masse zu erzielen, enthält das Wenn das inhomogen verteilte Erbium abbrennt,

Brennstoffelement vorzugsweise einen größeren An- wird der Temperaturkoeffizient durch zwei konkur-

riereiide Faktoren beeinflußt. Ein Verlust von Erbium ergibt eine Erniedrigung des prompten negativen Temperaturkoeffizienten. Wenn jedoch das Erbium abbrennt, schirmt es sich aber selbst weniger ab, wodurch sein effektiver Absorptionsquerschnitt ansteigt. Dadurch wird der prompte negative Temperaturkoeffizient erhöht. Die Wirkung dieser Effekte kann in einem gewissen Ausmaß beeinflußt werden, indem die Größe und der Durchmesser des Erbiumdrahts geeignet gewählt werden. Die Größe und der Durchmesser des Erbiumdrahts beeinflussen ebenfalls den Abbrand des Erbiums.

Für gewisse Verwendungszwecke kann Lutecium (Kassiopeium) oder eine Mischung von Erbium und Lutecium an Stelle von Erbium Verwendung finden. Lutecium hat im wesentlichen gleiche Eigenschaften wie Erbium.

Im allgemeinen benötigt ein Reaktor mit einem, starken prompten negativen Temperaturkoeffizienten ebenfalls eine große überschüssige Reaktivität, um den Reaktor von Raumtemperatur auf die Betriebstemperatur zu erhitzen. Diese große überschüssige Reaktivität, die bis zu Erreichen der Betriebstemperatur des Reaktors sinkt, erfordert einen entsprechend großen Betrag von in dem Reaktor vorzusehender Steuerung. Um den Betrag der überschüssigen Reaktivität zu verringern, die in dem Reaktor erforderlich ist, um ihn auf seine Betriebstemperatur zu bringen, wird der dargestellte Reaktor mit einer Einrichtung zur Kompensation der Erniedrigung der Reaktivität auf Grund des Temperaturanstiegs des Kühlmittels versehen, ohne daß dadurch der prompte negative Temperaturkoeffizient nachteilig beeinflußt wird. Dies wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch die Verwendung eines brennstofffreien Bereichs in dem Kern erzielt, der durch den ringförmigen Kühlmittelkanal 17 in dein Kernbereich begrenzt wird und einen Kühlmittelkanal 107, der zwischen der Ummantelung 18 und dem Reflektor 15 liegt. Als Kühlmittel dienender flüssiger Moderator wirkt in diesen Bereichen wie ein Gift für die Gesamtreaktivität. Wenn deshalb die Kühlmitteltemperatur erhöht und die Dichte dadurch erniedrigt wird, wird die Reaktivität des Reaktors erhöht. Diese Erhöhung gleicht den Reaktivitätsverlust auf Grund des negativen Temperaturkoeffizienten des Reaktors aus. Allgemein ist der Einfluß auf die Reaktivität um so größer, je dicker der Kanal ist.

Wie in Fig. 3 dargestellt ist, enthält die ringförmige Kanalbegrenzung 17 zwei konzentrische, vertikal verlaufende rohrförmige Elemente 108 und 110, die an ihren oberen Enden miteinander verbunden sind. Das obere Ende des ringförmigen Kanals 17 steht mit der Außenfläche der Ummantelung 18 über eine Reihe von Leitungen 111 in Verbindung. Die Leitungen 111 dienen ebenfalls zur Halterung des Kanals, so daß dessen unteres Ende in einem Abstand über der Stützplatte 38 für den Kern liegt. Deshalb fließt der größere Teil des Kühlmittels, das durch den ringförmigen Kanal fließt, radial in die unteren Enden der BrennstofTelementanordnungen 51. Es ist zu bemerken, daß der brennstofffreie Bereich nicht kreisförmig sein muß, sondern beispielsweise auch sechseckig sein kann, was von der Konfiguration der BrennstofTelementanordnungen abhängt.

Wie bereits erwähnt wurde, wird der äußere Kühlmittelkanal 107 durch die vertikal verlaufende, rohrförmige Ummantelung 18 begrenzt, welche den Kern 12 und die Innenfläche des Reflektors 15 umgibt. Die Ummantelung 18 ragt von der Oberseite des Druckgefäßes 10 herab. Das obere Ende der Ummantelung 18 ist mit einem nach außen verlaufenden Flansch 112 versehen, der in einer ringförmigen Aussparung 113 in dem verjüngten Bereich der Seitenwand 26 aufgenommen wird. Die Unterkante der Kernummantelung ist in einem Abstand von der Stützplatte 38 für den Kern angeordnet, um darunter einen Durchtritt

ίο in radialer Richtung von Kühlmittel in die Brennstoffelementanordnungen zu ermöglichen.

Wie in den Fig. 3 und 9 dargestellt ist, ist der Reflektor 15 aus einem geeigneten moderierenden Material wie Beryllium ringförmig ausgebildet und konzentrisch um den Kernmantel 18 in einem Abstand davon angeordnet. Der Reflektor 15 erstreckt sich im wesentlichen von der Oberseite zu der Unterseite des Körpers der Brennstoffelemente 13. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel findet ein Reflektor 15 zur Steuerung der Reaktivität des Reaktors Verwendung. Zu diesem Zweck ist der Reflektor 15 in acht Abschnitte unterteilt, die in radialer Richtung zur Änderung der Reaktivität bewegt werden.

Wie in den Fig. 3, 5 und 6 dargestellt ist, wird jeder der Reflektorabschnitte 15 bei seiner radialen Bewegung durch zwei starr angeordnete voneinander getrennte, sich horizontal erstreckende Führungsstäbe geführt. Jeder Führungsstab 115 ist mit dem einen Ende an dem Druckgefäß 10 beispielsweise durch Verschrauben befestigt. Das andere Ende des Stabes 115 wird in einer entsprechenden Öffnung 116 in einen bogenförmigen Arm 117 aufgenommen, der geeignet mit der Stützplatte 38 für den Kern verbunden ist. Zwei parallel verlaufende Bohrungen mit Büchsen 120 sind in einem halternden Paßstück 121 vorgesehen, das beispielsweise aus rostfreiem Stahl besteht und geeignet an dem unteren Ende jedes Reflektorabschnitts 15 befestigt ist. Die Büchsen 120 ■ sind auf den Führungsstäben 115 verschiebbar angeordnet.

Jedes der dargestellten Segmente 15 wird durch einen gesteuerten Antriebsmechanismus in radialer Richtung bewegt, der am besten aus den F i g. 4 und 5 ersichtlich ist. Der Antriebsmechanismus 16 hat eine horizontal verlaufende Antriebswelle 122, welche sich durch eine Öffnung 123 in dem Druckgefäß 10 erstreckt und an ihrem anderen Ende mit dem Paßstück 121 starr verbunden ist. Zu diesem Zweck ist das Ende der Welle 122 mit einem Endteil 124 mit verringertem Durchmesser versehen, der in einer entsprechenden Öffnung 125 in dem halternden Paßstück 121 aufgenommen wird. Das innere Ende der Antriebswelle 122 wird in dem Paßstück 121 durch Verschraubung des Endteils 124 mit einer Mutter 126 gehaltert. Das innere Ende der Öffnung 125 weist eine Gegenbohrung auf, in der die Mutter 126 aufgenommen wird.

Die Welle 122 wird bei ihrem Verlauf durch die thermische Abschirmung 42 durch eine Rohrkupplung 127 geschützt, die geeignet mit dem Druckgefäß 10 verbunden ist. Der äußere Endteil der Welle 122 ist mit einem Gewinde versehen, an dem eine längliche, zylindrische Antriebsmutter 128 angreift. Die Antriebsmutter 128 ist in einem konzentrisch angeordneten Stutzen 129 drehbar gelagert, welcher mit dem Druckgefäß 10 durch zwei horizontal getrennte Lager 130 geeignet verbunden ist, die an beiden Enden der Antriebsmutter 128.angeordnet sind. Die

Lager 130 werden in einer geeigneten Lage auf der Antriebsmutter 128 durch eine Abstandshülse 131 gehaltert, die konzentrisch in dem Stutzen 129 angeordnet ist. Der innere Endteil der Antriebsmütter 128 besitzt einen verringerten Durchmesser und verläuft über die Lager 130 hinaus. Eine Flüssigkeitsabdichtung 132 ist auf dem inneren Endteil der Antriebsmutter 128 vorgesehen, um einen Flüssigkeitsaustritt aus dem Druckgefäß zu verhindern.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Einrichtung 133 auf der Antriebsmutter 128 vorgesehen, um diese in einer derartigen Richtung vorzuspannen, daß der Reflektor in seine radiale Endlage bewegt wird. Wenn die Antriebsverbindung zu der Antriebsmutter 128 freigegeben wird, wie im folgenden beschrieben werden soll, wird also der Reflektor 15 schnell in seine äußere Endlage bewegt, wodurch die Reaktivität des Reaktors schnell verringert wird. Dadurch ergibt sich ein sehr guter Schnellschluß für den Reaktor. Wie in F i g. 5 dargestellt ist, ist die zur Vorspannung dienende Einrichtung eine Schraubenfeder 133, die an einem zentralen Teil mit verringertem Durchmesser der Antriebsmutter 128 angeordnet ist. Das äußere Ende der Feder 133 ist mit dem Stutzen 129 und das andere Ende mit der Antriebsmutter 128 verbunden.

Die dargestellte Antriebsmutter 128 ist mit einer Antriebswelle 134 mit zwei ineinandergreifenden Kegelzahnrädern 135 und 136 verbunden. Zu diesem Zweck ist eines der Kegelzahnräder 135 an der Antriebsmutter 128 beispielsweise durch dessen Anordnung auf einem verjüngten Ansatz 137 der Antriebsmutter 128 befestigt. Das Kegelzahnrad 135 ist an dem Ansatz 137 durch eine Mutter 138 befestigt, die mit einem Gewindeteil 140 des Ansatzes 137 verschraubt ist. Eine Unterlegscheibe 140 ist zwischen dem Kegelzahnrad 135 und der Antriebsmutter 128 angeordnet, um das äußere Lager 130 geeignet zu haltern. Das äußere Kegelzahnrad 136 ist mit dem Ende einer vertikal verlaufenden Welle 141 verbunden. Die Welle 141 erstreckt sich durch eine öffnung in einer oberen Wand eines Gehäuses 143 für die Kegelzahnräder 135 und 136, welches Gehäuse 143 an dem Stutzen 129 geeignet befestigt ist. Die Welle 141 ist in dem Gehäuse 143 mittels zweier Lager 145 angeordnet, die in einer vertikal getrennten Lage durch eine Abstandshülse 146 gehaltert werden, die zwischen den Lagern 145 und in der öffnung 142 in der oberen Wand angeordnet ist. Eine Abwärtsbewegung der Welle 141 relativ zu den Lagern 145 wird durch einen Bund 147 ausgeschlossen, der mit der Welle 141 über dem oberen Lager 145 verbunden ist. Eine Flüssigkeitsabdichtung 148 ist auf der Welle 141 über dem Bund 147 vorgesehen.

Wie in F i g. 5 dargestellt ist, ist das obere Ende der Welle 141 durch ein unteres Universalgelenk 150 mit der Antriebswelle 134 verbunden, die sich nach oben zu der Oberseite des Abschirmtanks 11 erstreckt. Das obere Ende der Antriebswelle 134 ist über ein Universalgelenk 151 mit einer vertikal verlaufenden Abtriebswelle 152 einer Antriebs- und Anzeigeeinrichtung 153 verbunden! Die Welle 152 ist in einem Gehäuse 154 drehbar gelagert, das beispielsweise durch einen Ann 155 auf der Oberkante des Abschirmlanks 11 angebracht ist.

Die Welle 152 wird durch einen üblichen Getriebemotor 156 gedieht, der über dem Gehäuse 154 und iin diesem befestigt ist, und der mit der Antriebswelle 152 über eine elektromagnetische Kupplung 157 und ein Getriebe 158 verbunden ist. Zu diesem Zweck wird eine vertikal verlaufende Antriebswelle 150 des Getriebemotors 156 mit dem oberen Ende einer vertikal verlaufenden Welle 161 verbunden, die in dem Gehäuse 154 drehbar gelagert ist. Das untere Ende der Welle 161 ist mit der oberen Hälfte der Kupplung 157 verbunden. Die untere Hälfte der elektromagnetischen Kupplung 157 ist mit dem oberen

ίο Ende einer vertikal verlaufenden Hohlwelle 162 verbunden. Die Hohlwelle 162 ist auf einer vertikal verlaufenden Stange 163 drehbar gelagert, welche entlang der Achse der Hohlwelle 162 angeordnet ist. Der Stab 163 ist starr an dem Gehäuse 154 befestigt. Eine Abwärtsbewegung der Hohlwelle 162 wird durch einen Bund 165 verhindert, der auf der Stange 163 angeordnet ist. Die Hohlwelle 162 wird mit der Abtriebswelle 152 durch das Getriebe 158 gekuppelt, das zwei ineinandergreifende Stirnzahnräder 166 und 167 enthält, die an der Hohlwelle 162 bzw. der Abtriebswelle 152 befestigt sind.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel findet ein Potentiometer 168 Verwendung, das durch das Stirnzahnrad 167 gedreht wird, um eine Anzeige der Reflektorlage auf einem nicht dargestellten Steuerpult des Reaktors zu ermöglichen. Zu diesem Zweck ist das Potentiometer 168 in dem Gehäuse 154 starr befestigt. Die Welle des Potentiometers 168 ist mit einer vertikal verlaufenden Welle 170 verbunden, die in dem Gehäuse 154 drehbar gelagert ist. Die Welle 170 ist mit der Abtriebswelle 152 durch das Stirnzahnrad 167 verbunden, das an der Abtriebswelle 152 und einem Stirnzahnrad 171 befestigt ist, das an der Welle 170 angeordnet ist.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird Wasser, das z. B. durch einen nicht dargestellten Dampfgenerator hindurchgeleitet wurde, dem Druckgefäß über eine Leitung 172 zugeführt, die mit dem Einlaß 20 in Verbindung steht, welcher, wie in Fig. 3 dargestellt ist, einen Stutzen in dem oberen Teil der Seitenwand des Druckgefäßes 10 ist. Das Wasser tritt in das Druckgefäß 10 ein und wird gleichmäßig entlang des Umfangs des Druckgefäßes 10 verteilt. Das Wasser gelangt dann durch vier parallele ringförmige Wege, und zwar zwischen der thermischen Abschirmung 42 und der Seitenwand 26 des Gefäßes, zwischen der thermischen Abschirmung 42 und dem Reflektor 15, den Kanal 107 zwischen dem Reflektor 15 und der Kernummantelung 18 sowie den ringförmigen Kanal 17 in dem Kern 12. Am unteren Ende des Gefäßes wird die Strömung vereinigt, umgekehrt und dann nach oben durch die beiden Kernbereiche geführt. Über der Kernanordnung wird die Strömung wieder vereinigt und tritt durch eine horizontal verlaufende Leitung 173 aus, die zwischen die Ummantelung 18 und dem Auslaß 21 geschaltet ist, der die Form eines Stutzens besitzt und mit dem oberen Teil der Seitenwand 26 verbunden ist. Der Auslaß 21 ist mit einer horizontal verlaufenden Leitung 174 verbunden, die mit dem Dampfgenerator in Verbindung steht.

Für gewisse Verwendungszwecke kann eine organische Flüssigkeit wie Diphenyl, Terphenyl oder eine Mischung dieser beiden an Stelle von Wasser verwandt werden.

Bei einem Ausführungsbeispiel des Reaktors gemäß der Erfindung linden die folgenden Parameter Verwendung:

Claims (4)

Reaktorleistung [MW (t)] Leistungsdichte im Brennstoffbereich (kW/Liter) Kernlänge (cm) Abmessungen des Brennstoffbereichs (cm) Innerer Abschnitt (Außendurchmesser) Äußerer Abschnitt (Innendurchmesser) Äußerer Abschnitt (Außendurchmesser) Volumen des Brennstoffbereichs (Liter) Innerer Bereich Äußerer Bereich Anzahl von Brennstoffelementen Innerer Abschnitt Äußerer Abschnitt Abmessungen der Wasserkanäle (cm) Innerer Ring (Innendurchmesser) .... Inneren Ring (Außendurchmesser) ... Äußerer Ring (Innendurchmesser) ... Äußerer Ring (Außendurchmesser) ... Volumen der Wasserkanäle (Liter) Innerer Ring Äußerer Ring Abmessungen des Reflektors (cm) Innerer Durchmesser Äußerer Durchmesser Neutronenfluß Mittlerer thermischer Fluß, 0 bis 1 eV (n/cm2 · see) Mittlerer schneller Fluß, > 1 eV (n/cm2 · see) Verhältnis des Scheitelwerts zum mittleren thermischen Fluß "... Thermischer Absenkungsfaktor [Φ (Brennstoff) / Φ (Zelle)] Verhältnis des Scheitelwerts zur durchschnittlichen Leistungsdichte Anfängliche Kernladung [voll angereichertes U-235] (kg) Verbrauch an U-235 während der Lebensdauer (kg) Lebensdauer des Kerns (Jahre) Reaktivitätsänderungen dk/k [kalt zu heiß] ("Zo) f5 k/k [während der Lebensdauer] (°/o).. Brennstofftemperatur, Durchschnitt im Kern (° C) Wassertemperatur im Brennstoffbereich (0C) Einlaß Auslaß Durchschnitt Reaktivitätskoeffizienten Brennstofftemperaturkoeifizient [prompt] {,)k/k° C) Wasser-Temperaturkoel'fizient [mittlerer Nettowert für Kern- und Ringraum-Wasser 25 bis 3(K)'' C] (rH/Ao C) .... I.cenaumkoeffizient-Kern (<)k/k"/op) 10 Spezifikation der Brennstoff elemente . go Außendurchmesser 9,53 mm Länge des aktiven Teils .. 609,6 mm ~61 5 Dicke der Umhüllung aus rostfreiem Stahl 0,51 mm ~20,3 Zirkoniumhydrid 92 Gewichtsprozent Uran 8 Gewichtsprozent ~31>0 10 Anreicherung des Urans .... 95°/o Uran-235 „ , Wasserstoffatome/Zirkonium- ~53'6 atome 1,7 Druckgefäß 'ooi Außendurchmesser 1117,6 mm ~y2,l 15 oicke der Hülle 50,8 mm Länge 152,4 mm ~300 Boden 2 zu 1 elliptisch ~1400 Aus den obigen Ausführungen ist ersichtlich, daß 20 ein Kernreaktor angegeben wurde, der kompakt und "^n? von SiC^ aus s'cner lsi> ^er a'so zu Jedem Zeitpunkt ~y~'L seiner Lebensdauer in der Lage ist, einer Stufenein-577 führung der gesamten verfügbaren Reaktivität ohne ~ ' eine bedeutsame-Beschädigung des Kerns und ohne 25 Freisetzung von Spaltprodukten standzuhalten.· Für ~25,1 den Reaktor kann eine Fernbedienung, eine beweg- ~ 20,3 liehe Bedienung oder eine Steuerung ohne Bedienung erfolgen. Ferner kann der Reaktor im Vergleich zu ^5g 0 anderen Reaktorsystemen desselben Leistungsbereichs ~7δ'3 3° Leistung mit niedrigen Erstehungskosten erzeugen. Der Reaktor verringert die Betriebskosten, da dessen Betrieb auf einer kontinuierlichen Basis mit wenig oder keinem Personal zur Bedienung möglich ist. 2 · 101! Obwohl Ausführungsbeispiele der Erfindung ein- 35 gehend beschrieben wurden, ist die Erfindung nicht 1' 1014 auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt, da entsprechend den vorliegenden Gegebenheiten zahlreiche 3 3 andere Ausführungsformen der Erfindung möglich sind. - Q 9 4° Patentansprüche:

1. Leistungskernreaktor, dessen Reaktivität I₁O einen prompten negativen Temperaturkoeffizienten

aufweist, mit einem Druckgefäß, in dem sich eine ₉- 45 als Kühlmittel und Moderator dienende Flüssig- ■~ keit befindet, mit einem in der Flüssigkeit angeordneten Kern, der Anordnungen von gas- und 4,5 flüssigkeitsdichten, in Abstand voneinander ange-

₁ , . _ ordneten Brennstoffelementen enthält, um die

^1S 50 herum Durchtrittskanäle für die als Kühlmittel

und Moderator dienende Flüssigkeit freigelassen ~0 sind, und mit einer Einrichtung zum Umwälzen

±0,5 der als Kühlmittel und Moderator dienenden

Flüssigkeit durch die Durchtrittskanäle, da-336 55 du rc h gekennzeichnet, daß innerhalb des aktiven Bereichs des Kerns (12) zwischen den Brennstoffelementanordnungen (51) ein zylinderförmiger Spalt (17) vorgesehen ist, der wesentlich 2"0 breiter als der normale Abstand zwischen den

302 60 Brennstoffelementen ist, und daß die Flüssigkeit 291 in einander entgegengesetzter Richtung in an sich

bekannter Weise erst, durch diesen Spalt (17) und dann durch die die Brennstoffelemente (13) um-

— 8 · 10~^r> schließenden Durchtrittskanäle geleitet ist.

65

2. Leistungskernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein ringförmiger, in + 7,5 ■ 1 ()-·'■ mehrere Segmente (15) unterteilter Reflektor den

— 7·10~⁴ Kern (12) umgibt und daß eine Einrichtung (16)

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zur Verschiebung der Segmente relativ zu dem Kern (12) vorgesehen ist.

3. Leistungskernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verschiebung der Segmente (15) Antriebswellen (122) vorgesehen sind, die durch das Druckgefäß (10) verlaufen und mit je einem Segment (15) verbunden sind, daß die äußeren Enden der Antriebswellen (122) mit einem Außengewinde versehen sind, auf dem eine. Antriebsmutter (127) sitzt, daß an die jeweilige Antriebsmutter (127) eine Feder (133) angreift, die die jeweilige Antriebsmutter (127) in einer solchen Richtung vorspannt, daß diese auf

ihre Drehung hin das jeweilige Segment (15) in seine radial innerste Lage bewegt, daß eine zweite Antriebswelle (142) mit der jeweiligen Antriebsmutter (127) verbunden ist und daß eine elektromagnetische Kupplung (157) die jeweilige zweite Antriebswelle (142) mit einem Antriebsmotor (156) verbindet.

4. Leistungskernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nächst dem Umfang des Kerns (12) innerhalb des Reflektors (15) ein zweiter ringförmiger, von oben nach unten von der Flüssigkeit durchströmter Durchtrittskanal (107) vorgesehen ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen