Claims (2)
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Die Hauptanmeldung bezieht sich auf einen wodurch Wirkungsgrad und Wirtschaftlichkeit desThe main application relates to a whereby the efficiency and economy of the
schnellen Brutreaktor mit Dampf- oder Flüssigmetall- Kraftwerks erhöht werden.fast breeder reactor with steam or liquid metal power plant.
kühlung der Spaltstoff- und Brutzonen sowie einer, Zur weiteren Veranschaulichung des geometrischen
eine Verminderung des Kühlmittelvoidkoeffizienten Aufbaues eines derartigen Reaktors seien nachbewirkenden,
flachen zylindrischen Form des Reaktor- 5 stehend die Daten eines Leistungsreaktors von
kernes mit in radialer Richtung zur Symmetrieachse 2500 MW thermisch genannt. Aus der Fig. 1, die
des Kernes hin abnehmender Spaltstoffmenge, wobei einen Längsschnitt durch einen solchen Reaktor dardie
axiale Höhe der Spaltstoffzone symmetrisch zur stellt, ist dessen geometrischer Aufbau hinsichtlich
mittleren Querebene des Reaktorkernes in radialer Formgebung der Spaltstoff- und Brutstoffzone er-Richtung
zur Symmetrieachse hin abnimmt. Die in io sichtlich.cooling of the fissile material and brood zones as well as one, for further illustration of the geometric
a reduction in the coolant void coefficient of the construction of such a reactor should be
flat cylindrical shape of the reactor- 5 standing the data of a power reactor of
kernes with in the radial direction to the axis of symmetry 2500 MW thermal. From Fig. 1, the
of the core with decreasing amount of fissile material, a longitudinal section through such a reactor being dardie
The axial height of the fissile material zone is symmetrical about its geometric structure
middle transverse plane of the reactor core in the radial shape of the fissile material and breeding material zone er direction
decreases towards the axis of symmetry. The in io visible.
der Zwischenzeit weitergeführte Entwicklung dieses Mit 1 und 2 sind die Spaltstoffzonen bezeichnet,
Reaktortyps hat zu wesentlichen weiteren Fort- mit 3 die axialen und mit 4 die radialen Brutstoffschritten
geführt. Erfindungsgemäß ist der Anreiche- zonen. Die Höhe der Spaltstoffzone 1 beträgt 47 cm,
rungsgrad des Spaltstoffes in an sich bekannter Weise der Radius 100 cm. Die Höhe der abgestuften Spaltin
allen Kernbereichen gleich. Für rein zylindrische 15 Stoffzone 2 beträgt 94 cm, ihr äußerer Radius 158 cm.
schnelle Kernreaktoren mit ebenen axialen Begren- Die Gesamthöhe des Reaktorkernes, also Spaltstoffzungsf
lachen ist ein derartiger Vorschlag bereits aus einschließlich Brutstoff zonen beträgt 139 cm, der
der französischen Patentschrift 1414 851 zu ent- Radius 203 cm.In the meantime, continued development of this. 1 and 2 denote the fissile material zones,
Reactor type has significant further progress with 3 the axial and with 4 the radial breeding material steps
guided. According to the invention, the enrichment zones. The height of the fissile material zone 1 is 47 cm,
The degree of fission of the fissile material in a manner known per se is the radius 100 cm. The height of the graduated Spaltin
the same in all core areas. For a purely cylindrical fabric zone 2 is 94 cm, its outer radius is 158 cm.
fast nuclear reactors with plane axial limits The total height of the reactor core, so fission materialzungsf
laughing is such a proposal already from including breeding material zones is 139 cm, the
of the French patent 1414 851 to ent- radius 203 cm.
nehmen, allerdings mit der Maßgabe, daß die Brenn- Die eingangs genannte Wärmeleistung entsteht im
stoffdichte pro Volumeneinheit in radialer Richtung 20 wesentlichen in den Spaltstoffzonen 1 und 2, den
zur Achse des Reaktors hin abnimmt. Dies wird dort Brutstcffzonen 3 und 4 (Blankets) werden lediglich
insbesondere als ein Mittel zur Erreichung der 100 MW thermisch entnommen. Die mittlere
Neutronenfiußabflachung angegeben. In vorliegendem Leistungsdichte beträgt bei diesem Kernreaktor
Falle jedoch muß dieses Merkmal in Zusammenhang 408 kW/Ltr., der Wirkungsgrad der Anlage 40 0Zo.
mit der neuartigen Raumgeometrie des Reaktorkernes 25 Der Anreicherungsgrad in den beiden Spaltstoffgesehen
werden, wie nachstehend weiter erläutert zonen 1 und 2 ist gleich. Die Wirkung des Voideffektes
werden wird. In diesem Zusammenhang kann es auch ist aus F i g. 2 zu ersehen, wobei zum Vergleich auf
zweckmäßig sein, die Spaltstoffzone aus seitlich Fig. 1 des Hauptpatentes hingewiesen wird, die den
offenen, in konstantem Abstand angeordneten Brenn- prinzipiellen Reaktivitätsverlauf eines aus dem Stande
elementen an sich bekannter Bauart aufzubauen. Mit 30 der Technik bekannten, scheibenförmigen schnellen
diesem zusätzlichen Merkmal ergeben sich für den Reaktors zeigt, bei dem gleichmäßige Kühlmittelvervorliegenden
Kernreaktortyp weitere wesentliche luste auftreten.take, but with the proviso that the thermal output mentioned at the beginning arises in the material density per unit volume in the radial direction 20 essentially in the fissile material zones 1 and 2, which decreases towards the axis of the reactor. This is where breeding zones 3 and 4 (blankets) are only thermally removed, in particular as a means to achieve 100 MW. The mean neutron flattening is given. In the present power density in this nuclear reactor case, however, this feature must be 408 kW / ltr., The efficiency of the plant 40 0 Zo. with the novel spatial geometry of the reactor core 25 The degree of enrichment in the two fissile materials can be seen, as explained further below, zones 1 and 2 are the same. The effect of the void effect will be. In this context it can also be from FIG. 2, it being useful for comparison to refer to the fissile material zone from the side of FIG. With 30 disk-shaped fast, known in the art, this additional feature results for the reactor, in which further substantial losses occur in the case of the nuclear reactor type which is present with a uniform coolant.
Vorteile. Neben der Vereinfachung bei der Her- Es hat sich weiterhin gezeigt, daß der Temperaturstellung
der Brennelemente, die durch die Verwen- gradient über dem Brennelementquerschnitt für die
dung von Tabletten nur eines einzigen Anreicherungs- 35 meisten Elemente wesentlich kleiner ist als beim
grades gegeben ist, ergibt sich eine weitgehende normalen bekannten, scheibenförmigen Zylinderkern.
Linearisierung der Leistungsdichteverteilung inner- Durch eine feinere Höhenstufung kann ein weiterer
halb des Reaktorkernes. Dies hat weiterhin zur Folge, Abbau dieses Temperaturgradienten erreicht werden,
daß der Temperaturgradient über einen Brennele- Wegen der einheitlichen Spaltstoffanreicherung und
mentquerschnitt, also der Unterschied zwischen den 40 der gleichmäßigen Leistungsdichteverteilung kann bei
der Symmetrieachse des Reaktorkernes zu- und abge- dem vorgeschlagenen Reaktoraufbau erwartet werden,
wandten Seiten der Brennelement-Tragkonstruktion daß die Änderungen der Leistungsdichteverteilung mit
stark verringert und über die Vielzahl der Brenn- steigendem Abbrand und Plutoniumaufbau in den
elemente vergleichmäßigt wird, so daß damit Brutmänteln gering sind und eher noch eine weitere
Spannungen bzw. Verbiegungen für den größten 45 Linearisierung bewirken. Dadurch werden die
Teil der Brennelemente kaum mehr zu befürchten Temperaturgradienten über dem Querschnitt eines
sind. Elementes weiter abgebaut, so daß die mittlerenAdvantages. In addition to simplifying the process, it has also been shown that the temperature setting
of the fuel assemblies, which by the usage gradient over the fuel assembly cross-section for the
Formation of tablets with only a single enrichment 35 most elements is much smaller than with
degree is given, there is a largely normal known, disk-shaped cylinder core.
Linearization of the power density distribution within- Through a finer height graduation, another
half of the reactor core. This also has the consequence that this temperature gradient can be reduced,
that the temperature gradient over a Brennele- ways of the uniform enrichment of fissile material and
ment cross-section, i.e. the difference between the 40 of the even power density distribution, can be
the axis of symmetry of the reactor core to and from the proposed reactor structure are expected,
turned the sides of the fuel assembly support structure with the changes in the power density distribution
greatly reduced and over the multitude of burning- increasing burnup and plutonium build-up in the
elements is evened out, so that breeding coats are small and more likely to be even more
Cause tension or bending for the largest 45 linearization. This will make the
Part of the fuel elements hardly have to worry about temperature gradients over the cross-section of a
are. Element further degraded, so that the middle
Es ist zwar möglich, eine Kerngeometrie optimal Kühlmitteltemperaturen steigen.While it is possible to optimally increase coolant temperatures to a core geometry.
im Hinblick auf die Leistungsverteilung je Kühlkanal Wie eine rechnerische Nachprüfung diesesWith regard to the power distribution per cooling channel, like a mathematical verification of this
zu entwerfen, diese liegt jedoch nahe an derjenigen, 50 Reaktorentwurfes zeigt, läßt sich mit einem derartigento design, but this is close to that shown 50 reactor design, can be with such a
die ein Optimum hinsichtlich des Voidkoeffizienten Reaktoraufbau bei einem vorgegebenen maximalenwhich is an optimum in terms of the void coefficient of the reactor structure at a given maximum
darstellt, so daß für die Praxis gesehen beide Ziele Voideffekt ein Optimum hinsichtlich des Spaltstoff-represents, so that, seen in practice, both goals Voideffekt an optimum with regard to the fissile material
mit einer Reaktorkernauslegung mit ausreichender inventars, der Brutraten, des Langzeitverhaltens undwith a reactor core design with sufficient inventory, breeding rates, long-term behavior and
Annäherung erreicht werden können. damit insgesamt der Wirtschaftlichkeit eines schnellenApproach can be achieved. thus the overall economy of a fast
Hinsichtlich des übrigen Aufbaues des Reaktor- 55 Reaktors erreichen. Mit einer derartigen Konkernes
ergibt sich als weiterer Vorteil, daß seitlich struktion werden somit die an einen schnellen
offene Brennelemente verwendet werden können, da Reaktor zu stellenden Forderungen hinsichtlich
die Aufheizspanne in den einzelnen Strömungspfaden Wirtschaftlichkeit und Sicherheit auf einen Nenner
des Kühlmittels in den verschiedenen radialen Be- gebracht,
reichen des Reaktorkernes etwa gleich ist. Die insbe- 60
sondere bei seitlich geschlossenen BrennelementenRegarding the rest of the construction of the reactor- 55 Reach the reactor. With such a Konkernes there is a further advantage that laterally struktion can be used to a fast open fuel assemblies, since reactor requirements with regard to the heating span in the individual flow paths economy and safety on a denominator of the coolant in the various radial loading - brought,
range of the reactor core is about the same. The 60
especially with laterally closed fuel assemblies
oftmals benötigten Drosseln am Kühlmitteleintritt Patentansprüche:
werden daher hier überflüssig. Auch ist die Verwendung seitlich offener Brennelemente gegenüber ge- 1. Schneller Brutreaktor mit Dampf- oder
schlossenen aus kernphysikalischen Gesichtspunkten 65 Flüssigkeitsmetallkühlung der Spaltstoff- und
heraus ebenfalls nur von Vorteil. Damit ergibt sich Brutzone sowie einer, eine Verminderung des
weiterhin eine praktisch gleichmäßige Kühlmittelaus- Kühlmittelvoidkoeffizienten bewirkenden, flachen
trittstemperatur am oberen Ende des Reaktorkernes, zylindrischen Form des Reaktorkernes mit inthrottles often required at the coolant inlet Patent claims:
are therefore superfluous here. The use of laterally open fuel assemblies is also only advantageous compared to the 1. Fast breeder reactor with steam or closed liquid metal cooling of the fissile material and out from the point of view of nuclear physics. This results in a breeding zone as well as a reduction in the flat entry temperature at the upper end of the reactor core, which continues to bring about a practically uniform coolant outlet coolant void coefficient, and a cylindrical shape of the reactor core with in
radialer Richtung zur Symmetrieachse des Kernes hin abnehmender Spaltstoffmenge, wobei die
axiale Höhe der Spaltstoffzone symmetrisch zur mittleren Querebene des Reaktorkernes in
radialer Richtung zur Symmetrieachse hin abnimmt, nach Patentanmeldung P 16 14 404.0-33,
dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Anreicherungsgrad des
Spaltstoffes in allen Kernbereichen gleich ist.radial direction towards the axis of symmetry of the core decreasing amount of fissile material, the
axial height of the fissile material zone symmetrical to the central transverse plane of the reactor core in
decreases in the radial direction towards the axis of symmetry, according to patent application P 16 14 404.0-33,
characterized in that in a known manner the degree of enrichment of the
Fissile material is the same in all core areas.
2. Brutreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltstoffzone aus seitlich
offenen, in konstantem Abstand angeordneten Brennelementen an sich bekannter Bauart aufgebaut
ist.2. breeding reactor according to claim 1, characterized in that the fission zone from the side
open, constantly spaced fuel assemblies of known design
is.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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