!'Dampfgekühlter Atomkernreaktor" Die Erfindung betrifft einen dampfgekühlten
Atonkernreaktor mit einem von einem dichten Kernmantel umschlossenen Kern.-In der
ersten Generation der großen Leistungskernkraftwerke haben sich leichtwassermoderierte
und leichtwassergekühlte Reaktoren bewährt.--Die Nachteile dieser Reaktoren sind
die damit erzielten schlechten Dabpfzustände und die schlechte Brennstoffausnutzung.
Man erhält im allgemeinen nur Sattdampf aus derartigen Reaktoren, MB. Siedewasser-
oder Druck-Wasserreaktoren. Den Nachteil der schlechten D.amufzustände -versucht
man z.B. zu beheben, indem man in den Reaktor integrierte Siedeüberhitzer-Brennelemente
einsetzt. Auf diese Weise erhält man Dampftemperaturen, die in modernen Turbinenanlagen
wesentlich bessere Wirkungsgrade zulassen. als reiner Sattdampf.-Aber auch mit dieser
Technik ist eine bessere Brennstoffausnutzung nicht
möglich, solange
die Kettenreaktion im Reaktor nur mit thermi= scheu Neutronen abläuft. Bei Leicht-
oder Schwerwasser als Moderator ist jedoch kein anderes als ein thermisches Neutronenspektrum
zu erzielen. .! 'Steam-cooled nuclear reactor "The invention relates to a steam-cooled
Atomic nuclear reactor with a core enclosed by a dense core.-In the
first generation of large power nuclear power plants have light water moderated
and light water-cooled reactors proven - The disadvantages of these reactors are
the poor steaming conditions and poor fuel efficiency achieved with it.
In general, only saturated steam is obtained from such reactors, MB. Boiling water
or pressurized water reactors. Tried the disadvantage of the bad condition
can be remedied, for example, by installing boiling superheater fuel elements integrated into the reactor
begins. In this way, steam temperatures are obtained that are found in modern turbine systems
allow much better efficiencies. as pure saturated steam - but also with this
Technology isn't better fuel economy
possible as long as
the chain reaction in the reactor only takes place with thermally shy neutrons. With light
or heavy water as a moderator is none other than a thermal neutron spectrum
to achieve. .
Kühlt man jedoch einen Kernreaktor mit Dampf, so ist es auch möglich,
dampfgekühlte Reaktoren zu entwerfen, die als Brutreaktoren in der Zage sind, für
ihren schnellen Kern mehr Brutstoff in Spaltstoff umzuwandeln, als sie selber verbrauchen.
Auf diese Weise ist es möglich, den gesamten Brennstoff' fast restlos auszunutzen.
Es ist bekannt, derartige Reaktoren unmittelbar mit Dampf zu kühlen, wobei man für
die Erzeugung des Kühldampfes einen Teil des Heißdampfes verwendet. Ein konstruktives
Problem stellt bei diesen Reaktoren die Dampfführung innerhalb des Reaktordruckgefäßes
dar. Die Temperatur des im Reaktor überhitzten Dampfes beträgt beispielsweise für
ein günstiges Arbeiten einer Turbinenanlage etwa 5000C. Dieses--ist die Temperatur
einer beginnenden Rotglut. Die Temperatur des in den Reaktoreintretenden Kühldampfes.liegt
wesentlich darunter. Durch diese Temperaturunterschiede, die im Reaktor auftreten,
können starke Thermospanhangen auftreten;.genauso gefährdet sind die Zu- und
Ab-
führungen durch das Druckgefäß. Es maß also unbedint vermieden werden,
da2 es zu Br.chen in-Pol-,-e dieser Thermospannungen kommt.
Ferner
darf innerhalb des Reaktors keine Vermischung von Kühldampf und Heißdampf auftreten,
da sonst entweder der Wirkungsgrad der aufgrund der verminderten Dampftemperaturen
Anlage stark sinkt oder aber,. wenn sich in den Kühldampf Heißdampf mit hinein mischt,
eine unzulässige hohe Erhitzung im Kern auftritt.However, if a nuclear reactor is cooled with steam, it is also possible to design steam-cooled reactors which, as breeder reactors, are able to convert more of the material into fissile material for their fast core than they consume themselves. In this way it is possible to use almost all of the fuel. It is known to cool reactors of this type directly with steam, part of the superheated steam being used to generate the cooling steam. A structural problem in these reactors is the steam flow inside the reactor pressure vessel. The temperature of the steam superheated in the reactor is, for example, about 5000C for a favorable operation of a turbine system. This - is the temperature of an incipient red heat. The temperature of the cooling steam entering the reactor is considerably lower. Through these temperature differences that occur in the reactor, strong thermal tension slopes can occur; the supply and exhaust are at risk .genauso guides through the pressure vessel. It must therefore be absolutely avoided that there are breaks in-pole -, - e of these thermal voltages. Furthermore, no mixing of cooling steam and superheated steam must occur within the reactor, since otherwise either the efficiency of the system falls sharply due to the reduced steam temperatures or else. if superheated steam mixes with the cooling steam, an inadmissible high level of heating occurs in the core.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, durch Einbauten. in den Reaktor
eine derartige Dampfführung zu bewirken, daß ohne Sicherheitsrisiko für den Reaktorbetrieb
und in Hinsicht-auf -eine leichte Zugänglichkeit zu dem Kern des Reaktors sich Dampfzustände
erreichen lassen, die z.Be Turbinenanlagen mit gutem Wirkungsgrad zulassen Diese
Aufgabe wird bei einem dampfgekühlten Atomreaktor mit einem von einem dichten Kernmantel
umschlossenen Kern dadurch gelöst, daß der Kernmantel mittels .eines tberleitungsteiles
mit einem ieißdampfdom dichtend-verbunden ist, und daß mindestens eine der Verbindungen
zwischen Überleitungsteil und Kernmantel leicht zu lösen ist In einer weiteren-Ausgestaltung
der Erfindung besitzt das überleitungsteil Durchführungen, durch die eine Grüppe
von am äusseren Kernumfang befindlichen .Brennelementen ausschliesslich mit dem
Raum ausserhalb des Kernmantels verbunden sind. In besonders vorteilhafter- Weise
handelt es sich hierbei um die Bratelemente eines dampfgekühlten schnellen Brutreäktors.
Im
folgenden sei anhand einer Figur die Erfindung näher beschrieben.It is the object of the invention by internals. into the reactor
to effect such a steam flow that without any safety risk for the reactor operation
and in view of easy accessibility to the core of the reactor, there are steam states
can be achieved that, for example, allow turbine systems with good efficiency
The task is in the case of a steam-cooled nuclear reactor with a dense core
enclosed core solved in that the core sheath by means of .eines tüberleitungteiles
is sealingly connected to a hot steam dome, and that at least one of the connections
In a further embodiment, it is easy to detach between the transition part and the core jacket
According to the invention, the transition part has bushings through which a group
of fuel elements located on the outer core circumference exclusively with the
Space outside the core sheath are connected. In a particularly advantageous manner
these are the frying elements of a steam-cooled fast breeding reactor.
in the
The invention is described in more detail below with reference to a figure.
Es ist *hier das Prinzip eines dampfgekühlten schnellen Brutreaktors
angegeben. Um den schnellen Kern 7 des Reaktors sind die Brutelemente 3 angeordnet.
Der Kern wird von einem Kernmantel 5 dicht gegen den Raum zwischen Kern und Druckgefäßwand
abgeschlossen.-Auf den Kernmantel ist nach oben ein Überleitungsteil 4 aufgesetzt
und auf dieses Überleitungsteil-4 ein Heißdampfdom 9. Die Verbindungen zwischen
Kernmantel und Überleitungsteil sowie zwischen Überleitungsteil und Heißdampfdom
sind leicht zu lösen. Das Überleitungsteil 4 weist seitlich Durchdringungen auf,
durchdie eine Gruppe von Brennelementen mit dem Raum ausserhalb des Kernmantels
verbunden sind. Es handelt sieh hierbei um die Brütelemente des Reaktors. Die übrigen
Brennelemente münden unmittelbar in den Heißdampfsammelraum 12. Der Heißdampfsammelraum
12 ist mit einem Rohr 10 verbunden, durch das der Heißdampf abströmt. Konzentrisch
um dieses Rohr 10 herum, ist die Kühldampfzuführung 1- gelegt. Der Raum um den Heißdampfsammelraum
herum ausserhalb des Kernmantels und des Dampfdomes dient als Kühldampfsammelraum
13 Zwischen Kern- und Druekgefäßwand ist eine thermische Abschirmung vorgesehen.
Sie besteht im betrachteten Beispiel aus Stahlplatten 11. Es ist jedoch auch möglich,
einen Wassermantel zur Abschirmung zu verwenden. Zwischen den einzelnen Stahlplatten
befinden sich Kanäle, durch die der Heißdampf hindurch strömen kann. Auf diese
Weise
werden die Stahlplatten 11 von dem Kühldampf mitgekühlt. Die Kühlkanäle der thermischen
Abschirmung führen herunter bis unter den Tragboden 6 des Kernmantels. An seinemunteren
Stelle .besitzt der Kernmantel -definierte Durchtrittsöffnungen, durch die das Kühlmittel,
das vorher das thermische Schild gekühlt hat, in den schnellen Kern eintreten kann.
Ausserdem führen die ebenfalls von dem Kühldampf durchströmten Absorbtionz-- und
Regelelemente von unten in den Kern- des Reaktors. 1Vian erhält alsoföltende Dampfführung::
Bei 1 strömt der Kühldampf in das: Druckgefäß. Ein Teil des Kühldampfefl, gelangt
in den Kühldampfsammelrawn 13 und-ein-anderer Teil des Kühldampfes durchströmt die
Stahlplattendes thermischen Schildes. Aus dem Kühldampfsämmelraum 13 strömt nun
der Kühldampf zunächst in die Radial angeordneten Brutelemente-und wird dort geringfügig
erhitzt. Im, Tragboden 6 des Kernmantels wird der Kühldampf, der die Brutelemente
3 passiert hat, umgelenkt und-durchströmt nun-den schnellen Kern 7. Ausserdem weist-der-Tragboden
6 unten Öffnungen auf, durch die der Kühldampf, der die Stahlplatten 11 der biologischen
Abschirmung gekühlt hat, auch in den Kern eintritt. Vom Heißdampfsammelraum 12 strömt
dann der Dampf zu Abnehmer durch das Rohr 10 innerhalb der Kühldampfzuführung:
Das gesamte Reaktordruckgefäß steht also lediglich mit. Kühldampf in Berührung,
selbst an:-der-Heißdampf ausströmstelle: 'Eine-Abschirmung aus Stahlplatten ist
von Vorteil" wenn eine sehr
schnelle Reaktivitätsänderung zu einem
explosionsartigen Unfall führen sollte. Der Aufbau des Heißdampfsammelraumes aus
rierr Heißdampfdom 9, dem Tberleitungsteil 4 und einer Verlängerung des Kernmantels
5 dient der leichten Zugänglichkeit zu dem Kern. Nach Öffnen des Reaktordeckels
kennen die Verbindungen zwischen Kernmantel und Überleitungsteil sbwie zwischen
Heißdampfdom und Überleitungsteil leicht von oben gelöst werden. Da die Elemente
des schnellen Kernes thermisch wesentlich höher beansprtr.cht'-sind, liegt eine
Fehlerwahrscheinlichkeit hier zunächst höher, so daß es von Vorteil ist, wenn man
sie besonders leicht ausbauen kann. Aus diesem Grunde wurde der Durchmesser des
Dampfdomes 9 etwa dem Durchmesser des schnellen Kernteiles angeglichen. Somit sind
also die Brutelemeiste des Kernes zwar innerhalb des Kernmantels, sie werden jedoch
von dem Kühldampf, der den Dampfdom umgibt, durchstrmt. Der gesamte Heißdampfbereich
ist von den übrigen Bereichen getrennt. Da der Druckunterschied zwischen Kühldampf
und Heißdampf gering ist, nämlich lediglich dem Druckverlust des strömenden Kühldarr.pfmediums
entspricht, braucht der Kernmantel 5 und die Einbauten zur Dampfführ_mg nicht für
hohe Druckbelastungen ausgelegt werden. Das.The principle of a steam-cooled fast breeder reactor is indicated here. The breeding elements 3 are arranged around the fast core 7 of the reactor. The core is sealed off by a core jacket 5 tightly against the space between the core and the pressure vessel wall. A transition part 4 is placed on top of the core jacket and a superheated steam dome 9 is placed on this transition part 4 easy to solve. The transition part 4 has laterally penetrations through which a group of fuel assemblies are connected to the space outside the core jacket. This concerns the breeding elements of the reactor. The remaining fuel assemblies open directly into the superheated steam collection space 12. The superheated steam collection space 12 is connected to a pipe 10 through which the superheated steam flows off. The cooling steam supply 1 is placed concentrically around this pipe 10. The space around the superheated steam collecting space outside the core jacket and the steam dome serves as cooling steam collecting space 13. Thermal shielding is provided between the core and pressure vessel wall. In the example under consideration, it consists of steel plates 11. However, it is also possible to use a water jacket for shielding. There are channels between the individual steel plates through which the superheated steam can flow. In this way, the steel plates 11 are also cooled by the cooling steam. The cooling channels of the thermal shield lead down to under the support base 6 of the core jacket. At its lower point, the core jacket has -defined passage openings through which the coolant, which previously cooled the thermal shield, can enter the fast core. In addition, the absorption and control elements, through which the cooling steam also flows, lead from below into the core of the reactor. 1Vian receives a flowing steam supply: At 1 the cooling steam flows into the: pressure vessel. Part of the cooling steam reaches the cooling steam collecting rack 13 and another part of the cooling steam flows through the steel plates of the thermal shield. From the cooling steam collecting space 13, the cooling steam first flows into the radially arranged breeding elements and is slightly heated there. In the support base 6 of the core jacket, the cooling steam that has passed the breeding elements 3 is deflected and now flows through the fast core 7. In addition, the support base 6 has openings at the bottom through which the cooling steam, which the steel plates 11 of the biological Shield has cooled, also enters the core. From the superheated steam collecting space 12, the steam then flows to the consumer through the pipe 10 within the cooling steam supply: the entire reactor pressure vessel is therefore merely with it. Cooling steam in contact, even at: -the-superheated steam outlet: 'Shielding made of steel plates is an advantage "if a very rapid change in reactivity should lead to an explosive accident of the core jacket 5 serves for easy access to the core. After opening the reactor cover, the connections between the core jacket and the transfer part can be easily released from above The probability of an error is higher here at first, so that it is advantageous if it can be removed particularly easily. For this reason, the diameter of the steam dome 9 has been approximated to the diameter of the fast core part. However, they are from the Kühlda mpf, which surrounds the steam dome, flows through. The entire superheated steam area is separated from the other areas. Since the pressure difference between cooling steam and superheated steam is small, namely only corresponds to the pressure loss of the flowing Kühldarr.pfmediums, the core jacket 5 and the internals for Dampfführ_mg need not be designed for high pressure loads. That.
Reaktordruckgefäß kommt an keiner Stelle mit dem Heildampf in i3erührung.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß zwischen dem Brutmantel und dem schnellen
Kern kein zusätzlicher Kernmantel vorhanden ist, der Kühldampf- und-He-ißdampfbereich
voneinander trennt, denn alle zusätzlichen Einbauten im energieerzeugenden Bereich
des Reaktors stellen neutroneneinfangende Strukturmaterialien dar, so da2 unnötig
viele Neutronen für Kernreaktionen verloren gehen.The reactor pressure vessel does not come into contact with the hot steam at any point.
Another advantage is to be seen in the fact that between the brood mantle and the fast
Core no additional core sheath is available, the cooling steam and He-ißdampfbereich
separates from each other, because all additional fixtures in the energy-generating area
of the reactor are neutron-capturing structural materials, so they are unnecessary
many neutrons are lost for nuclear reactions.