DE1908908A1

DE1908908A1 - Kernreaktor

Info

Publication number: DE1908908A1
Application number: DE19691908908
Authority: DE
Inventors: Jackson George Oliver
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1968-02-23
Filing date: 1969-02-22
Publication date: 1969-09-18
Also published as: GB1256874A; NL6902777A; JPS4929558B1; BE728799A; FR2002531B1; FR2002531A1; SE348868B

Description

PATENTANWALT " - ν ν ν ν

DIPL-ING. ERICH SCHUBERT 1 908908 τ^η= (0271)32409

Telegramm-Adr.: Patschub/ Siegen Postscheckkonten: Köln 106931, Essen 20362 Bankkonten: Deutsche Bank AG.,

Abs.: Patentanwalt Dipl.-Ing. SCHUBERT, 59 Siegen, Eiserner Straße 227 Filialen Siegen u. Oberhausen (RhId.)

Postfach 325

69 042 Kü/Schm -21:. ffebr» 1969

United Kingdom Atomic Energy Authority, 11, Charles IT Street, London, S.W.1, England

Pur diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung Hr. 9037/68 vom 23„ Febr. 1968 beansprucht,

Kernreaktor

Die Erfindung bezieht sich auf Kernreaktoren und insbesondere auf diejenige Gattung eines Kernreaktors, der durch eine gefrierbare bzw₀ erstarrbare /freezable/ Flüssigkeit gekühlt wird und dessen Reaktorkern in einem Schmelzbad oder sonstigen Flüssigkeitskörper /pool/ aus dieser Flüssigkeit unter- oder eingetaucht ist_o

Die Erfindung hat sich aus dem Zusammenhang der Reduzierung der Kapitalkosten von großen₉ Bnergie-erseugenden, mit Flüssigmetall gekühlten Schnellbrüterreaktoren„ einerseits, mit der Erhöhung der Sicherheit derselben,-andererseits₈ ergeben«

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Erfindungsgemäß wird/bei einem Kernreaktor, der durch · eine gefrierbare Flüssigkeit gekühlt wird und dessen Kern in dieser Flüssigkeit eingebettet ist, die Flüssigkeit durch ■ eine kontinuierliche Schicht der Flüssigkeit gehalten, die in den Festzustand gefroren bzw. in diesen Zustand durch Frieren gebracht ist und durch einen Halteaufbau abgestützt wird«.

~ Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weist ein Behälter zur Aufnahme eines.gefrierbaren flüssigen Kühlmittels , in einem Kernreaktor oder für'diesen einen Aufbau auf, der als Behälter ausgebildet ist, sowie eine Kühleinrichtung im Bereich der Oberfläche dieses Aufbaus zum Gefrieren dieses flüssigen Kühlmittels in einem oder für einen begrenzten Abstand von dieser Oberfläche, wodurch eine Schicht des gefrorenen Kühlmittels auf dieser Oberfläche zur Aufnahme dieses flüssigen Kühlmittels gebildet und durch diese Oberfläche gehalten wird»

Die Erfindung wird nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung ausführlicher beschrieben, und zwar zeigt ".;

^ Fig. 1 eine schematische losgelöste Seitenansicht im - Schnitt durch einen Teil eines Kühlmittel ent

haltenden Behälters für einen mit Flüssigmetall gekühlten Kernreaktor und veranschaulicht das Prinzip der Erfindung,

Figo 2 eine Seitenansichts hauptsächlich im Schnitt nach der Linie ΙΊ-ΙΙ In Fig_o 3, durch einen mit Flüssigmetall gekühlten öchnellbrüter-Kernreaktor, während ".. :

Figo 5 eine Draufsicht im Schnitt nach der Linie ΙΙΙ-ΙΓΙ in Fig» 2 wiedergibtο

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■ί-''ig. 1 soll die Erfindung veranschaulichen, wie sie beispielsweise bei einem mit Natrium gekühlten Kernreaktor derjeni gen Gattung zur Anwendung kommt, welche in einer Abhandlung von A.G. ^rame und u.a. beschrieben und dargestellt ist, die vor der "London Conference on Fast Breeder.Reactors", Mai 1966, verlesen und auf den Seiten 291 bis 315 der "Proceedings" dieser Konferenz wiedergegeben ist, welche 1967 durch Pergammon Press veröffentlicht wurden·

Dieser Reaktor ist mit einem doppelwandigen Behälter zur Aufnahme der Hauptmasse des Natriums versehen, in welches der Reaktorkern, Primär-Wärmeaustauscher und eine Pumpe eingetaucht oder eingebettet sind, wobei der Zwischenraum als ein Leckmantel zum Sammeln .und Ermitteln irgendeines Lecks vom Innenbehälter her verwendet wird«, Der Behälter ist in einem Betongewölbe angeordnet. Es sind somit separate Wände vorhanden, um sicherzustellen, daß kein katastrophales Weglaufen des Natriums erfolgen kann<, Durch die vorliegende-Erfindung werden die Mittel vorgesehen, um das Aufnehmen des Hatriums zu vereinfachen und wirtschaftlicher zu machen„ ohne den hohen Grad von Integrität der bestehenden Konstruktion zu mindern, wie dies in der genannten Abhandlung als typisch herausgestellt wird»

Statt einen doppelwandigen Behälter zu verwenden, wird das Betongewölbe in die gewünschte Form des das Natrium aufnehmenden Behälters gebracht, und es wird ihm das notwendige Ausmaß von Vorspannung gegeben (geführte Kabel 9 in Fig. 1), um es in die Lage zu versetzen, als Tank zu dienen, Seine Wand, von der ein Teilstück in der'Zeichnung dargestellt und mit T bezeichnet ist, Ist mit einer Membran-Auskleidung 2 versehen, die aus einem wirtschaftlichen Material, wie beispielsweise Flußstahl, bestehen kann* Rohre 3 für ein Kühl- oder Gefriermedium 4 sind in der Wand 1 eingebettet, und zwar so, daß sie . mit der Auskleidung 2 über eine möglichst große Innenoberfläche in Berührung stehen.

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Weitere .Rohre .5 sind auf der Außenseite der Aaskleidung 2 vorgesehen und -,berühren so, viel. der äußeren Oberfläche 'dersol" '' 'ben,- wie. notwendig ist, wobei die Berührungsstellen so gewählt.""'' sind, .daß ,Srie ,zu denen der inneren Rohre 5 gestaffelt sind, 'wo-" durch so venig wie möglich von der Auskleidung 2" durch die' Rohre 3 oder 5 unberührt gelassen wird. 2ih Kühl- oder Gefrier^ medium 6 fließt durch die Rohre 5 und kann'das gleiche Medium ' wie 4 sein, wo dieses mit Natrium vertraglich'ist, oder -es lsi; ein Medium, welches mit Natrium verträglich ist, wo es das. Medium 4 nicht ist. So kann das Medium.4 Wasser_s ein Ffigen' · ' * oder ein Arcton. sein, während, das Medium 6 niciri; irgendeines ν ' dieser Substanzen sein darf, welche mit Natrium stark ."reagieren"? Das Medium 6 (und'zusätzlich das.Medium 4, falls"erwünscht) .'; kann die eutektische Natrium/Kalium-Legierung sein (die bei.-V " Raumtemperaturen flüssig ist), oder kann ein kompcLmiertes Gas sein, z.B. Helium, Argon, Kohlendioxyd, oder es kann'ein Markenkühlmittel sein,welches als "DOWTHBRM"· (Warenzeichen)' ¥räd~E-"' bekannt ist, unter welchem ein behandeltes Ör'thadiehlörbenzbl" zu verstehen, ist, mit einem Gefrierpunkt von -»7°F ' (-21^67⁰C)i. einem Siedepunkt von 352⁰F (207,78⁰C) und einer Wärmeleltfähig-Γ keit bei 500⁰F (260⁰C) von .0,120 B₀ToU₀. hr~¹'scicft;"^{1 0}F"^{1 :}:-- (0,5856 kcal/m²h°C) ο Alle diese Kühlmittel sind mit^Natrium^^:/ ^[ über den Betriebstemperaturbereich hinweg verträglich, w"elch#r ^v bei dem in Betracht gezogenen Reaktortyp 'zur Anwendung kömm-fo ".,

Die Wirkung der Kühlung, bei welcher die Medi'eli 4: und'6 ^ ^ in den Rohren 3 bzw. 5 verwendet werden, ist 2L®ifäcH. Erstens'" ist bei einer mittleren Temperatur vonΓ e'twä 400⁰C eine^^ä J^atf ium-Schmelzbades P, welches in dem ausgekleideten Gewölbe enthialten ist:, die Kühlung so ausgelegt, daß die Temperatur der äusge-^V: kleideten Oberfläche der Betqnwand" 1 gut irinerha!b^vder für^■■'.""'' Beton vorbeschriebenen Grenze gehalten "wird" und 'ferner""d"ör^v "'"'*:

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Temperaturgradient über die Beto'nwand hinweg fön der ausgekleideten Oberfläche häeh der äußeren Oberfläche (nicht dargestellt) auf etwa 5O⁰C gehalten wird, was einen Wert darstellt, der als "ein Optimum gegenüber der Notwendigkeit des Vörsehehs, einer Exträvbrspanhung zum Schutz gegen die Auswirkungen einer unterschiedlichen Ausdehnung gewählt ist. Bs kann notwendig sein, die durch die Röhre5 und das itedlüm 6 erzeugte Kühiwlrkuhg durch VOrseheh einer WärmeIsolierung über- den Rohren 5 zu unterstützen ^;(wle in der Zeichnung in strichpunktierten Linien bei 7 dargestellt)> um eine Reduzierung der Temperatur von der mittleren von etwa 40O⁰C der Hauptmasse des Natriums P bis.herunter auf etwa 5O⁰C an der ausgekleideten Oberfläche des Betons hervorzubringen.

Die zweite Wirkung der Kühlung besteht darin, daß sie ein Gefrieren bzw. Erstarren des Natrium-Schmelzbades P bei einem Volumen desselben hervorbringt, welches der Auskleidung 2 der Wand 1 benachbart ist, in Berührung mit dieser stellt und durch diese abgestützt wird (reines Natrium erstarrt bei 98⁰C). In der Zeichnung ist das erstarrte Volumen schematisch durch die schraffierte Fläche 8 angedeutet, und die Grenze des Volumens ist durch die unterbrochene Linie 69 angedeutet. Es wird durch Steuerung der Kühlung erreicht, daß die Grenze von den Rohren 5, und, wo vorgesehen, von der Wärmeisolierung entfernt liegt, um eine ununterbrochene Oberfläche des erstarrten Natriumvolumens 8 zu erzeugen. Gerade diese Oberfläche bildet nunmehr im Endeffekt die Wand des das Natrium enthaltenden Behälters mit allen sich ergebenden Vorteilen, einschließlich Verträglichkeit (identisches Material), Selbstabdic3itungseigenschaft und die Fähigkeit, als Kalteinfang bzw. -falle für Verunreinigungen zu wirken (wobei vorhandene Kalt-Einfangelnrichtungen entweder verstärkt oder ersetzt werden.).

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Es ist erwünscht, eine Instrumentierung vorzusehen, um begliche Änderung von Parametern in der Nähe der Betöhwähä: V anzuzeigen. Eine solche Instrumentieruiig Kann Thermoelemente ^: sowie Diekenmesser e ins c hl Ie SeIi r, um dieMeke der erstäidteil·^ '■--'"^: Nätriumschieht zu überwachen■« Es kann eine Rückkopplung von einer solchen Instrumentierung her vorgesehen weräehi iM Uks Ausmaß der durefe. die eine "oder durch beide Mfedieh· erzeugiieh Kühlung zu steuern» ., "' \, '■

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Möglichkeit,.einem Kühlmittel enthaltenden Behälter eine so komplizierte Form wie erwünscht zu gehen, da es leichter und weniger aufwendig ist, einen Betonauf hau und eine relativ dünne i^ll^:u3stähl-Auskleiduhg als einen Metallbehälter zu formen, der nach genauen Druckbehält ernormen konstruiert ist, sowie aus dem allgemeinen Prinzip, daß es wirtschaftlicher ist, einen vorhandenen Behälteraufbau mit dem Zusatz einer Auskleidung und einer Kühleinrichtung zu verwenden, anstatt einen separaten Behälter vorsehen zu müssen, der nach genauen Druckbehälterndrmen gebaut ist. ■ -^::."

Die Mgn. 2 und 3 zeigen einen großen (600 IW(E)) ehergie- ^ erzeugenden Schnellbrüter-Kernreaktor, der durch flüssiges - Natrium gekühlt wird und bei welchem die vorliegende Erfindung in der Konstruktion desselben zur Anwendung kommt. Da die Erfindung auf dem das Natrium enthaltenden Teil des Reaktors beruht, werden Merkmale, die damit nicht in Verbindung stehen, im Nachfolgenden nur kurz erwähnt. Der Kern 10 (einschließlich radialer und axialer Brüterbereiche) des Reaktors ist allgemein zylindrisch und wird auf einem Haltegitter 11 getragen, welches von einer massiven zentralen Säule 12 und einem konzentrischen üing von Sekundärsäulen 13, die auf dem Boden eines Betongewölbes 14 angebracht sind, gehalten wird, wobei Rollenlager 15

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auf den Säulen 13 _f aber nicht, auf der massiven zentralen Säule 12, -vorgesehen sind, um dem Haltegitter'11 eine Iiage- '-anpassung in Querrichtung zu ermöglichenV und zwar als Folge ' der eigenen Wärme aus dehnung und -zusammenziehung un'd derjenigen der -verbundenen Einrichtungen. Ein Kern-Auffänger 55 ist unterhalb des Haltegitters 11 für den Fall des Herabschmelzens vorgesehen. Der Kern 10 ist in Umfangsrichtung von einer radialen Meutronenabschirmung T6 umgeben und oben von einer oberen leutronenabschirmung,die in einem Deckel 17 enthalten ist, der eine Hülle 18 für den Kern'und die'radiale lbschirmung 1.6 vervollständigt* Primärnatrium,, welches über Brennstöffstäbe in Brennstoff-üntei'gruppen gelangt ist/ die den Kern und die Brüterbereiche bilden,, verläßt die Hülle 18 Über Leitungen 19 "und wird nach Zwisehen-Wärmeaustauschern geführt (von denen vier vorhanden sind), die allgemein mit 20 bezeich-■-net sind, wo es über Rohre 21 strömt und Warme auf ein Sekundärkühlmittel (ebenfalls Matrium) überträgt, welches in Rohren 21 fließt, wobei das Sekundärnatrium außerhalb des Reaktors dazu verwendet wird, Dampf für den Antrieb eines Turboalternators (nicht dargestellt)s zur Energieerzeugung zu erzeugen. Jeder Wärmeaustauscher 20 weist eine Umlaufpumpe 22 für das ihm zugeordnete Primärnatrium auf." Rückführleitungen 23 führen die Speisung von Primärnatrium von den Pumpen 22 her nach dem unteren Ende der- Kernhülle 18 zurück, damit es in Aufwärtsrichtung durch den Kern und die Bruterbereiche hindurchströmt.

Ein Brennstoffspeicher 24, der auf der einen Seite des Kerns 10 sitzt, hat seine eigene Abschirmung 25 und bildet eine Aufnahmemöglichkeit sowohl für neuen und bestrahlten Brennstoff als auch für Radialbrüter-Untergruppen vor dem Einbringen der neuen Untergruppen in den Kern und die Bruterbereiche oder nach dem Herausnehmen der bestrahlten Untergruppen aus diesem

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bzw. diesen. Eine Beschickungsmaschine- 26 dient zur Zuführung ' neuen Brennstoffs nach dem Brennstoffspeicher/24und zum Herausziehen bestrahlten Brennstoffs aus diesem, und zwar jeweils durch Herablassen oder Anheben. Die Maschine 26 dient in Verbindung mit der Drehung einer äußeren drehbaren Abschirmung in einem Dach 28," welches mit dem Gewölbe 14 einstückig ausgebildet ist, dazu, Brennstoff-Untergruppen vom Brennstoffspeicher 24 nach dem Kern TO und umgekehrt zu fördern, _:

Die Achseder äußeren drehbarenAbschirmung 27 verläuft exzentrisch zur Achse des Kerns 10, aber kqinzident mit der . Verbindungslinie der Haupt- und Nebenachsen des Behälters (im Nachfolgenden näher beschrieben) für das Natrium-Schmelzbad, in welches der eingehüllte Kern 10 eingetaucht ist« Die, äußere Abschirmung 27 weist innerhalb ihrer Umgrenzung eine innere Abschirmung 29 auf, die darin drehbar ist,.wobei die Achse der inneren Abschirmung koaxial zur Achse des Kerns 10 verläuft. Die innere Abschirmung 29 ist durch eine Säule 30 mit dem Kern-Hüllendeckel 17 verbunden und ist außerdem zu- ; sätzlich zur Drehbarkeit relativ zur äußeren Abschirmung 27__; . · anhebbar, und zwar durch Anhebevorrichtungen 31 (von denen zweckmäßig 15 um den Umfang herum verteilt sind), wobei ein solches Anheben außerdem dazu dient, den Kerndeckel 17 anzuheben und auf diese Weise aus der Durchdringung in den Kern verschiedene Überwachungsvorrichtungen (nicht dargestellt) herauszunehmen_;, wie beispielsweise Auslaßkanal-Thermoelemente und Probeentnahmero,hre zur Ermittlung schadhafter Brennstoffelemente. Dieses Anheben gibt der äußeren Abschirmung 27 die · Möglichkeit, für Wiederbeschickuhgszwecfce selbst gedreht zu ' werden. Die innere Abschirmung 29 trägt Regel- und Abschalt- "'■ stabrohre 32 sowie Hegelstab-Be-Äigungsmechanismen 33, wobei letztere auf der äußeren Oberfläche der Abschirmung 29 für Zwecke· des Zugangs sitzen» Regel- und .Absohaltstäbe (nicht dargestellt) werden von ihren Betätigungsmechanismen gelöst und während der Wiederbeschickungsvorgänge, welche eine Drehung

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der äußeren Abschirmung 27_;mit sieh bringen, im Kern belassen. Tauchdichtungen 34, 35 unter Verwendung von Quecksilber sind jeweils für die Abschirmungen 27, 29 vorgesehen.

■ Die Natrium-Aufnahmemerkmale des Reaktors, Gegenstand der. vorliegenden Erfindung, werden nunmehr im einzelnen beschrieben. Das Betongewölbe 14, bestehend aus einem Boden 36, einer Wandung 37 und dem Dach 28, hat einen allgemein rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten Enden (Figo 3) und bildet eine Abstützeinrichtung 38 mit im wesentlichen vertikalen Seiten und einem flachen Boden. Die Wand 37 und der Boden 36 weisen eine Metall-rAuskleidung 39 auf einer Schicht 40 aus ™

einem bekannten Beton auf, der speziell geeignet ist, einer höheren Temperatur als gewöhnlicher Beton zu widerstehen. Entlang der Verbindungsebene zwischen der Schicht 40 und dem gewöhnlichen Beton ist eine Vielzahl von Rohren 41, die allgemein den Konturen der Seiten und des Bodens folgen, verlegt. Am oberen Ende der Abstutzeinrichtung 38. erstrecken sich die Rohre 41 nach außen und in die unmittelbare Nähe einer Anzahl von in Reihe geschalteten Kammern (von denen nur zwei in den Fign. 2 und 3 bei 42. dargestellt sind), die sich alle um den Aufbau herum inerhalb der Wand 37 erstrecken. Am unteren Ende der Abstützeinrichtung 38 erstrecken sich die Rohre 41 im Boden 36 bis nahe an die Kernachse, dann sind g

sie abgebogen und erstrecken sich nach unten, um sich mit einem Sammelrohr 43 zu vereinigen, welches eine Verbindung mit dem unteren Ende einer Reihe von Beruhigungs-Tankkammern 44 herstellt, die unterhalb den Kammern 42 (Fig* 3) angeordnet sind. Eine Leitung 45 verbindet das untere Ende, der Kammern mit dem oberen Ende der Kammern 44·

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• Jede der Kammern 42 Ist jeweils in. obere und untere Bereiche 46, 47 unterteilt, und zwar durcn einen Wärmeaustauscher 48, der sich über die Kammer hinweg erstreckt,, Erzwungene Zugluft wird unter Verwendung'eines herkömmlichen Luftzirkulators den deichen 47 aller Kammern 42 zugeführt und strömt nach unten in die Beruhigungs-Iankkaimnern 44, über die darin befindlichen Beruhigungstanks 49, entlang dem Sammelrohr 43 und entlang den Rohren 41, wobei sie , bei ihrem Durchgang den Beton des Bodens 36 und der Wand 37 kühlt, bevor sie nach den -oberen Bereichen 46 der Kammern 42 für den Ausstoß zurückkehrt.

Auf der Innenseite der Metall-Auskleidung 39 der Wand,37 und in Abstand davon ist ein kontinuierlicher Wärmeisolierungsaufbau 50 angeordnet. Zwischen dem Aufbau 50 und der Aus-; kleidung 39- und in Abständen um die Wand 37 herum (Pig. 3) ; befindet sich eine Vielzahl von Rohrgängen 51> die von der / Auskleidung 39 in Abstand angeordnet sind und von denen sich jeder nach unten in Richtung zum Boden 36 erstreckt, eine BIe-gung macht, um dem Boden 36 immer'noch in Abstand von der Auskleidung 39 zu folgen, sich in radialer Richtung in der Nähe der Kernachse erstreckt (in Pig. 2 dargestellt, aber der Klarheit wegen nicht in Fig. 3) und dann zurückkehrt, um einen Rückführgang 52 allgemein parallel zum Gang 51» aber entlang der Wand 37 auf' der Innenseite des Aufbaus 50 gelegen, zu bilden. Entlang dem Boden 36 ist der Rohrgang.52 einer aufgebauten Wärmeisolierung zugeordnet, die allgemein durch das Bezugszeichen 53 angedeutet ist. Die Rohrgänge 51, 52 am· oberen Ende der Wand 37 erstrecken sich nach außen durch die Wand hindurch und in die jeweilige Kammer 42, welche mit dem Einlaß und Auslaß des darin befindlichen Wärmeaustauschers 48 verbunden ist, um auf diese Weise Geschlossenschleife-Kreisläufe zu bilden. Der Rohrgang 51 ist daher der "kühle" Schenkel, und der Rohrgang 52 ist der "heiße" Schenkel«, Die geschlossenen

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"Ίϊ". ~

Schleifen sind je mit einer Natrium/Kaiium-Legierung (HaK) gefüllt* Die den Bereichen 47 der Kammern 4-2 zugeführte erzwungene Zugluft fließt zusätzlich dazu, daß sie die Betonuhd Berühigungstank-Kühlkreisläufe- bildet, außerdem durch die Wärmeaustauscher 48, um das NaK in den Geschlossenschleife-Kreisläufen zu kühlen. Der Zweck der Geschlossenschleife-Kreisläufe aus NaK besteht darin, das Natrium im Gewölbe bis zum Pegel L, Fig. 3) im Zwischenraum zwischen der Auskleidung 39 und dem Aufbau 50 (im Falle der Wand 37) und zwischen der Auskleidung 39 und der Isolierungen 53 (im Falle des Bodens 36) zu verfestigen. Dieses verfestigte bzw. erstarrte Natrium 60 bildet den Behälter für das Natrium-Schmelzbad im Gewölbe 14, wobei das Gewölbe 14 die Abstützteinrichtung 38 für den verfestigten Natriumbehälter bildet«

Die Beruhigungstalte 49 sind durch Leitungen 54 verbunden, die in das Gewölbe 14 oben eintreten und sich durch die Wärmeisolierung 57 hindurch erstrecken, welche auf der unteren Oberfläche des Daches 28 vorgesehen ist. Die Wärmeisolierung ist außerdem auf der unteren Oberfläche der Abschirmungen 27, 29 vorgesehen. Der normale I^el des Natriums ist in Fig. 2 durch L angedeutet, und der Raum 58' oberhalb des Natriums wird von e'inem Polstergas, vorzugsweise Argon, eingenommen. Sollte das Natrium-Schmelzbad eine übermäßige Temperatur erreichen und sich nicht nur ausdehnen, sondern auch einiges oder alles von der festen Natriumschicht 60 zum Schmelzen bringen, so daß der Natriumpegel vom normalen Pegel L her ansteigt, um das Gewölbe 14 zu füllen, dann bilden die Leitungen 54 und die Beruhigungstanks 49 (welche durch die Luftströmung von den Bereichen 47 der Kammern 42 her gekühlt werden) ein zusätzliches Volumen für den Überlauf. Die Hauptwärmeaustauseher weisen manuell betätigbare Ventile (nicht dargestellt) in Leitungen 56 (Fig. 3) zur Herstellung einer Verbindung .und Konvektionsströmung zwischen dem Schmelzbad-Natrium und dem

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eingeschlossenen Primärkreislauf-Natrium auf,um hauptsächlich die Möglichkeit zu schaffen, das Schmelzbad-Natrium als eine Wärmeschleuse für den Fall zu verwenden, daß eine oder mehrere Natriumpumpen ausfallen. In jedem Falle wird ein gewisses Ausmaß von Leckage zwischen dem Primärkreislauf und dem Schmelzbad am Kerndeckel 17 infolge unterschiedlicher Wärmeausdehnung stattfinden.

Durch das Vorsehen der neuen, das Natrium enthaltenden festen Natriumschicht 60 wird dem Reaktor ein wichtiges Sicherheitsmerkmal gegeben, welches insbesondere für große Anlagen relevant ist, und zwar aus Gründen, die den voraufgeführten Wk Vorteilen innewohnen.

Offensichtlich ist die Erfindung weitgehend anwendbar bei Kernreaktoren, welche die Aufnahme eines gefrierbaren. / bzw. erstarrbaren flüssigen Kühlmittels notwendig machen. Andere Beispiele für flüssige Kühlmittel, für we.lchedie Erfindung anwendbar erscheint, sind andere flüssige Metalle zusätzlich zu Natrium, Polyphenyle und geschmolzene Salze. Ein Beispiel für die letztgenannten ist ein Gemisch aus Lithiumfluorid und Berylliumdifluorid, dessen Verwendung für das Sekundär-Kühlmittel in "Molten Salt-Reactor Experiment" (MSRE), Oak Ridge National Laboratory, USA, veröffentlicht ist. ·

. Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Patentanspruch 1 umrissenen Ausführungsform und bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Erfinäungsmerkmale, die im einzelnen -- oder in Kombination — in der gesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart sind. .

Patentansprüche

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Claims

DIPL-ING. ERICH SCHUBERT Λ3 -w^ibtdsmw-

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Abs.: Patentanwalt Dipl.-Ing. SCHUBERT, 59 Siegen, Eiserner Straße 227 Filialen Siegen u. Oberhausen (RhId.)

Postfach 325

69 042 Kü/A . 21. 2.. 1969

Patentansprüche

(1Λ Kernreaktor, welcher durch eine gefrier- bzw. erstarrbare Flüssigkeit gekühlt,wird und dessen Kern in diese eingetaucht oder eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit durch eine kontinuierliche Schicht der Flüssigkeit gehalten ist, welche in den Festzustand erstarrt und durch einen ^alteaufbau abgestützt ist.

2. In einem Kernreaktor ein Behälter zur Aufnahme des . Reaktor-Kühlmittels, weiches eine gefrierbare bzw. erstarrfähige Flüssigkeit ist, wobei der Behälter einen Aufbau aufweist, der als Aufnahmebehälter ausgebildet ist, gekennzeichnet durch eine Kühleinrichtung im Bereich der Oberfläche des genannten Aufbaus zum Erstarren des flüssigen Kühlmittels an der oder in einem begrenzten Abstand von der genannten Oberfläche, wodurch auf diese Weise eine Schicht aus erstarrtem Kühlmittel an dieser Oberfläche gebildet und durch diese zur Aufnahme des flüssigen Kühlmittels abgestützt wird»

' 3. -kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit ein flüssiges Metall ist.

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4-. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit ein Polyphenyl oder ein Gemisch davon ist. " ■ λ

5. Kernreaktor nach einem der Ansprüche T und 2, dadurch' gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit zumindest ein geschmolzenes. Salz, beispielsweise ein Gemisch aus Lithiumfluorid und Beryl-liumdifluorid, ist.

6. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Aufbau ein Betonaufbau ist, daß die Oberfläch© von einer Auskleidung des Betonaufbaus gebildet ist, daß die Auskleidung aus einem Material besteht, welches mit dem flüssigen Kühlmittel verträglich ist, und daß die Kühleinrichtung Rohre für Kühlflüssigkeit aufweist,·die sich über die Oberfläche hinweg erstrecken.

7. Kernreaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich Rohre für Kühlflüssigkeit zusätzlich hinter der Oberfläche erstrecken, indem sie in dem Beton hinter der genannten Auskleidung eingebettet sind.

8. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel Natrium ist, daß die Rohre, die sich über die genannte Oberfläche erstrecken, sich in geschlossenen Schleifen befinden, von denen jede eine Natrium/ Kalium-Legierung enthält, daß die Schleifen je einen Kühler enthalten, der durch einen erzwungenen Luftzug gekühlt ist, und daß durch die Rohre^ die im Beton eingebettet sind, Luft hindurchströmt. .

9. Kernreaktor nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekenn- l· . zeichnet, daß die Kühleinrichtung eine Wärmeisolierung

hält. .

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10. Kernreaktor nach. Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeisolierung in Abstand von der Auskleidung angeordnet ist und daß Kühlrohrgänge auf "beiden Seiten dieser Wärmeisolierung angeordnet sind.

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