DE1948901C3

DE1948901C3 - Schneier breeder reactor

Info

Publication number: DE1948901C3
Application number: DE19691948901
Authority: DE
Inventors: Albert Dipl.-Phys. Dr.rer.nat. 8520 Erlangen Ziegler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1969-09-27
Publication date: 1977-05-05

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen schnellen Brutreaktor mit Flüssigmetallkühlung und mit einer ohne Trennwand konzentrisch von einer Brutstoff/one umgebenen Brennstoffzone, wobei die Kühlmittelzuführung den gesamten Querschnitt des Brutreaktors mit gleichem Druck beaufschlagt.The present invention relates to a fast breeder reactor with liquid metal cooling and with one without a partition concentric from a Brutstoff / one surrounded fuel zone, the coolant supply the same pressure is applied to the entire cross-section of the breeder reactor.

Rein äußerlich unterscheidet sich der Brutreaktor von einem normalen Kernreaktor dadurch, daß er aus wenigstens zwei Bereichen aufgebaut ist, die sich durch ihre Funktion grundlegend voneinander unterscheiden.Outwardly, the breeder reactor differs from a normal nuclear reactor in that it is made of at least two areas are set up, which differ fundamentally in terms of their function.

Die Kernzcne ist mit Brennelementen bestückt, in ihr findet unter Entwicklung sehr großer Wärmemengen eine gesteuerte Kettenreaktion zur Spaltung von U235 oder Plutonium-Atomen statt. Die außerhalb dieser Zone angeordnete Brutstoffzone — auch Brutmantel genannt — ist rein äußerlich wohl ähnlich aufgebaut wie die Kernzone, enthält jedoch in seinen Elementen, den Brutelementen, keinen Kernbrennstoff, sondern sogenanntes Brutmaterial, wie z. B. Urje- Durch Neutroneneinfang aus dem eigentlichen Reaktorkern werden die U2j8-Atome in Plutoniumatome und damit in Spaltstoff umgewandelt Die Wärmeerzeugung in dieser Zone ist gegenüber der Kernbrennstoffzone verhältnismäßig gering, noch größer sind die Unterschiede hinsichtlich der Wärmeleistung je Volumenelement. Für die Kühlung der beiden Zonen wird normalerweise das gleiche Kühlmittel verwendet, so z. B. Dampf. Gas oder vor allem flüssige Metalle, wie Natrium, Kalium usw.The Kernzcne is equipped with fuel elements in it takes place with the development of very large amounts of heat, a controlled chain reaction for the cleavage of U235 or plutonium atoms instead. The breeding material zone located outside this zone - also known as the breeding mantle called - is constructed in a purely outward manner similar to the core zone, but contains in its elements the Breeding elements, not nuclear fuel, but so-called breeding material, such as B. Urje- By neutron capture the actual reactor core transforms the U2j8 atoms into plutonium atoms and thus into fissile material converted The heat generation in this zone is proportional to the nuclear fuel zone low, the differences in terms of heat output per volume element are even greater. For the For cooling the two zones, the same coolant is normally used, e.g. B. Steam. Gas or especially liquid metals such as sodium, potassium, etc.

Da der Wirkungsgrad der Umwandlung der gewonnenen Wärme in elektrische Energie sehr stark von der Er.dtemperatur des Kühlmittels abhängt, müssen Maßnahmen getroffen werden, damit die Austrittstemperatur des Kühlmittel — über den gesamten Querschnitt des Brutreaktors gesehen — überall gleich ist. Zur Erreichung dieses Zieles ist bereits gemäß FR-PS 14 62 237 vorgeschlagen worden, die einzelnen Brennelemente bzw. Brutstoffelemente mit einem metallischen Mantel zu umgeben, so daß der Innenraum des gesamten Reaktors durch eine Vielzahl solcher die Strömung unterteilender Kühlmittelkanäle gebildet wird. Dabei ist es möglich, der Kernzone des Brutreaktors, in der sich also die Brennelemente befinden, so zu gestalten, daß neben der Verringerung des sogen. Voidkoeffizienten die Temperaturentbindung aus allen Brennelementen gleich ist. Siehe dazu die Patentanmeldung Aktz.: P 17 64 235.2 (PLA 68/1284) sowie Fig. 2 dieser Anmeldung. Im Brutmantel jedoch ist diese Gleichmäßigkeit der Wärmeentbindung nicht mehr gegeben, da auch die Leistungsabgabe der einzelnen Brutelemente nicht mehr zeitlich konstant ist, sondern im Laufe der Einsatzzeit proportional zum Plutoniumaufbau ansteigt. Der Kühlmitteldurchsatz durch diese Zone muß daher zunächst gedrosselt werden, damit die Austrittstemperatur praktisch gleich derjenigen aus der Kernzone ist. Außerdem müssen die hierfür benötigten Drosseleinrichtungen von außen verstellbar sein, um der Veränderung der Leistungsentbindung durch den wachsenden Plutoniumnufbau gerecht zu werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, innerhalb der Brutstoffzone verschiedene Bereiche mit unterschiedlichem Kühlmitteldurchsatz vorzusehen und die Brutstoffelemente entsprechend ihrem Plutoniiimaufbau ständig innerhalb dieser Bereiche umzusetzen.Since the efficiency of the conversion of the heat obtained into electrical energy depends very much Depending on the temperature of the coolant, measures must be taken to keep the outlet temperature of the coolant - viewed over the entire cross section of the breeder reactor - is the same everywhere. To the Achievement of this goal has already been proposed according to FR-PS 14 62 237, the individual fuel elements or to surround Brutstoffelemente with a metallic jacket, so that the interior of the entire reactor formed by a plurality of such the flow dividing coolant channels will. It is possible to use the core zone of the breeder reactor, in which the fuel elements are located are to be designed so that in addition to reducing the so-called. Void coefficient of temperature delivery is the same from all fuel assemblies. See the patent application file number: P 17 64 235.2 (PLA 68/1284) and FIG. 2 of this application. In the brood mantle, however, this uniformity of the release of heat is not more given, since the output of the individual breeding elements is no longer constant over time, but increases proportionally to the build-up of plutonium over the course of the period of use. The coolant throughput this zone must therefore first be throttled so that the outlet temperature is practically the same the one from the core zone. In addition, the throttle devices required for this must come from outside be adjustable to the change in power delivery due to the growing plutonium build-up meet. Another possibility is to have different areas within the breeding material zone to be provided with different coolant throughputs and the elements of the breeding material according to their Constantly implement the plutonic structure within these areas.

Dieser Aufbau der Brenn- und Brutstoffzonen hat den Nachteil, daß eine erhebliche Druckdifferenz zwischen dem Innenraum der Brenn- bzw. Brutstoffelemente und dem Spalt zwischen diesen auftritt. Da in den Spalten zwischen den Brennelementen praktisch keine Strömung vorhanden ist, liegt der Fußpunkt derselben zwischen den Ummantclungen oder Kästen dieser Elemente auf dem Kühlmittelaustrittsdruck. Diese Druckdifferenz, die z. B. in der Größenordnung von 4 atü liegen kann, wirkt sich auf die Brennelementmäntel oder Kästen aus; diese müssen daher in einer entsprechenden Wandstärke ausgeführt sein, um mechanische Deformationen und Verbiegungen zu verme¹-den. Der zusatzliche Strukturmatcrialaufwand beein-This structure of the fuel and breeding material zones has the disadvantage that a considerable pressure difference occurs between the interior of the fuel or breeding material elements and the gap between them. Since there is practically no flow in the gaps between the fuel elements, the base point of the same lies between the jackets or boxes of these elements at the coolant outlet pressure. This pressure difference, the z. B. can be on the order of 4 atmospheres, affects the fuel assembly jackets or boxes; they must therefore be carried out in an appropriate wall thickness, -the to mechanical deformations and deflections to Verme. ¹ The additional structural material outlay affects

trächtigt außerdem die Brutrate des gesamten Reaktors, auch sind die mechanischen Langzeiteigenschaften dieser Kästen bei der hohen Neutronenflußdichte noch nicht zu übersehen.also affects the breeding rate of the entire reactor, also the long-term mechanical properties of these boxes are still at the high neutron flux density not to be overlooked.

Ergänzend sei hierzu erwähnt, daß zusätzlich zur Druckbelastung eine starke Verbiegung der Kästein in der Größenordnung von cm infolge der radial abnehmenden Bestrahlungsintensität durch schnelle Neutronen und dem dadurch bedingten Schwelleffekt der Strukturmaterialien auftritt. Eine mechanische Verhinderung solcher Verbiegungen, z. B. durch Spannelemente, ist unmöglich. In addition, it should be mentioned that, in addition to the pressure load, there is a strong bending of the Kästein in the order of cm as a result of the radially decreasing radiation intensity from fast neutrons and the resulting swelling effect of the structural materials. A mechanical prevention of such bending, e.g. B. by clamping elements is impossible.

Es erhob sich daher bereits die Frage, ob es möglich sei, die Brennelemente ohne äußere Ummantelung wie bei Leichtwasserreaktoren, also als sogenannte offene Brennelemente, zu bauen. Diesem Gedanken konnte jedoch nicht näher getreten werden, t^Ja die damit verbundenen Nachteile hinsichtlich des Wirkungsgrades - keine Beeinflussungsmöglichkeit der Kühlmittelströmung — zu schwer ins Gewicht fallen würden. The question arose as to whether it was possible to build the fuel assemblies without an outer casing, as in light water reactors, i.e. as so-called open fuel assemblies . However, this idea could not be contacted closer, ^J a t the associated disadvantages in terms of efficiency - no way of influencing the coolant flow - too heavy carry weight would.

Es stellte sich daher die Aufgabe, eine Aufbauiösung für schnelle Brutreaktoren zu finden, bei der unter Gewährleistung einer gleichmäßigen Austrittstemperatur des Kühlmittels auch die Druckverhältnisse über den gesamten Reaktorquerschnitt gleich bleiben können.The task was therefore to find an assembly solution for fast breeder reactors with the Ensuring a uniform outlet temperature of the coolant also the pressure conditions over the entire reactor cross-section can remain the same.

Dies wurde erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß sowohl die Brennstoff- als auch die Brutstoffelemerite in offener Bauart ausgeführt sind, und daß zur Vergleichmäßigung der Aufheizung innerhalb der radialen Brutstoffzone übereinander angeordnete horizontal liegende Strömungsleiteinrichtungen vorgesehen sind, die abwechselnd elastisch mit einer außerhalb der Brutstoffzone liegenden, zylindrischen Begrenzungswand, die z. B. als thei mischer Schild ausgebildet sein kann, im Sinne einer Strömungssperre verbunden sind _3<; bzw. unter Belassung eines Ringspaltes zwischen dieser Wand und den Strömungsleiteinrichtungen angeordnet sind.This was achieved according to the invention in that both the fuel and the breeding material elements are of an open design, and that horizontally lying flow guiding devices are provided, one above the other, in order to even out the heating within the radial breeding material zone, which alternate elastic with a cylindrical one lying outside the breeding material zone Boundary wall, the z. B. can be designed as thei mixer shield, connected in the sense of a flow barrier _{3 <;} or are arranged leaving an annular gap between this wall and the flow guide devices.

Mit dieser Anordnung von Leiteinrichtungen wird die durch den Brutmantel fließende Kühlmittelströmung derartig verlängert und damit auch der Strömungswiderstand vergrößert, daß bei wesentlich herabgesetzten Strömungsmengen in diesem Abschnitt die gleichen Austrittstemperaturen wie im Brennstoffbereich erzielt werden. Die Lösung der gestellten Aufgabe wird also ^₅ mit einer erzwungenen Querslrömung in den Brutbereichen erzielt. Eine scheinbar noch einfachere Lösung, nämlich die Einführung einer Trennwand zwischen dem Kernbereich und dem Brutmantel müßte wegen der Strahlenbelastung und der damit gegebenen Vt.--^;"-*erung der Festigkeitseigenschaften etwa alle drei jähre ausgewechselt werden, was bei dem großen Durchmesser auf nicht unerhebliche Schwierigkeiten führen dürfte. Eine andere scheinbar einfache Lösung wäre die Erhöhung des Strömungswiderstandes innerhalb des Brutmantels durch Verringerung der Abstände zwischen den einzelnen Brennstäben. Dies ist technisch nicht durchführbar, weil die Abstünde klein werden müßten, dad bei der geringen Strömungsgeschwindigkeit Ablagerungen nicht vermeidbar wären und das ^₀ Element verstopfen wurden.With this arrangement of guide devices, the coolant flow flowing through the brood mantle is lengthened and the flow resistance is increased in such a way that the same outlet temperatures as in the fuel area are achieved with significantly reduced flow rates in this section. The solution of the problem is so ^ ₅ achieved with a forced Querslrömung in the breeding areas. An apparently even simpler solution, namely the introduction of a partition between the core area and the brood mantle, would have to be due to the radiation exposure and the associated risk ^. "- * The strength properties should be changed about every three years, which should lead to considerable difficulties with the large diameter. Another apparently simple solution would be to increase the flow resistance within the breeding jacket by reducing the spacing between the individual fuel rods. This is technical not feasible because the Abstünde would have to be small, dad at the low flow rate deposits not preventable and the ^ ₀ element were clogged.

Das dieser Erfindung zugrundeliegende Prinzip sei nun anhand der schematischen Skizzen in 1 11- 1 bis 4 näher erläutert.The principle on which this invention is based is now based on the schematic sketches in FIGS. 11-1 to 4 explained in more detail.

F i g. 1 zeigt den allgemeinsten Aufbau eines schnellen Brutreaktors. Mit 1 ist die eigentliche Kernzone, in der die Keitenrcauion stattfindet, bezeichnet. Der radiale «.■iitmanipl ist mit 2 und die axialen ßrut/onen ober und unterhalb des eigentlichen Reaktorkernes 1 mit 21 bezeichnet Außerhalb dieses Reaktorkernes befindet sich der thermische Schild 3, der im Reaktorbehälter 4 gelagert ist Die Kühlmittelströmung ist durch die Pfeile angedeutet Die Ausbildung der axialen Brutstoffzonen 21 ergibt sich durch die Beladung der Brennstoffelemente der Zone 1 an ihrem oberen und unteren Ende mit Brutstoff. Es sind hierfür also keine besonderen Elemente erforderlich, im Gegensatz zu der "-adialen Brutmantelzone. F i g. 1 shows the most general structure of a fast breeder reactor. The actual core zone in which the Keitenrcauion takes place is denoted by 1. The radial “. ■ iitmanipl is denoted by 2 and the axial ßrut / onen above and below the actual reactor core 1 with 21. Outside of this reactor core is the thermal shield 3, which is stored in the reactor vessel 4. The coolant flow is indicated by the arrows of the axial breeding material zones 21 results from the loading of the fuel elements of zone 1 at their upper and lower ends with breeding material. There are therefore no special purpose elements required, as opposed to the "-adialen blanket zone.

Die Fig.2 zeigt, wie bereits erwähnt, einen Aufbau der Kernbrennstoffzone, bei der in allen Brennelemen ten eine gleiche Wärmeentbindung stattfindet und somit für die Kernzone keine besonderen Drosseleinrichtungen zur Vergleichmäßigung der Kühlmittelaustrittstemperatur erforderlich sind. Die F i g. 3 und 4 zeigen schematisch die Einrichtung des Brutreaktors in seinen Brutzonen entsprechend der vorliegenden Erfindung. Innerhalb des thermischen Schildes 3 ist schematisch der Aufbau des Brutreaktorkernes eingezeichnet, durch die Einteilung in senkrechte Streifen ist die Anordnung der Brennelemente angedeutet. Mit 1 sind wieder der Bereich der Brennelemente gekennzeichnet, mit 21 die darüber und darunter liegenden Abschnitte aus Brutmaterial. Radial dazu liegt die Brutstoffzone 2, der Brutmantel, der ebenfalls wieder aus langgestreckten Brutstoffelementen 10 aufgebaut ist. In diesem Brutmantel 2 sind Strömungsleiteinrichtungen 6 vorgesehen. die der Strömung 5 den dargestellten Weg aufzwingen. In der linken Hälfte der Fig. 3 ist eine einzige solche Strömungsleiteinrichtung vorgesehen, die die Störmung innerhalb des Brutmantels zu einem radialen Ausweichen in die Kernbrennstoffzone 1 hinzwingt. Es se¹ dabei insbesondere auch darauf hingewiesen, daß die Kühlmittelströmung nicht nur auf der Unterseite in diese Brutmantelzone eindringen kann, sondern auch von der Seite aus, aus dem Zwischenraum /wischen dem thermischen Schild 3 und dem Brutmantcl. Fig. 2 shows, as already mentioned, a structure of the nuclear fuel zone in which th in all Brennelemen the same release of heat takes place and thus no special throttling devices are required for the core zone to equalize the coolant outlet temperature. The F i g. 3 and 4 show schematically the arrangement of the breeding reactor in its breeding zones according to the present invention. The structure of the breeder reactor core is shown schematically within the thermal shield 3 ; the arrangement of the fuel assemblies is indicated by the division into vertical stripes. The area of the fuel assemblies is again marked with 1, and the sections of breeding material lying above and below are marked with 21. The brood zone 2, the brood mantle, which is again made up of elongated brood elements 10, lies radially to this. Flow guiding devices 6 are provided in this brood casing 2. which force the flow 5 on the path shown. In the left half of FIG. 3, a single such flow guide device is provided which forces the disturbance within the brood mantle to move radially into the nuclear fuel zone 1. It se ¹ particularly pointed out that the coolant flow can penetrate not only on the underside into this brood mantle zone, but also from the side, out of the space between the thermal shield 3 and the brood mantle.

In der rechten Seite der F i g. 3 sind mehrere derartiger Strömungsleiteinrichtungen 6 eingezeichnet. Diese sind abwechseln mit Hilfe von elastischen Ringrippen 7, die mit dem thermischen Schild 3 verbunden sind, gegenüber diesem im Sinne einer Strömungssperre abgedichtet bzw. verbunden. Damit ergibt sich der eingezeichnete Strömungsweg, der mäanderförmig im Brutmantel hin- und hergeführt wird und somit einen wesentlich größeren Strömungswiderstand hat, als im auf der linken Seite dargestellten Beispiel. Daraus geht auch hervor, daß diese mäanderförmige Kühlmittelströmung im Brutmantel auch die Strömung innerhalb des Brennelementkernes 1 beeinflußt, so daß dort eine bessere Durchmischur:g der einzelnen Kühlmittelfäden in den Zwischenräumen zwischen den einzelnen Brennstaben stattfindet und somit die Gefahr sogen, kalter Strähnen vermieden wird. Die eingezeichneten strichpunktierten Linien 10 stellen Linien gleichen Druckes dar: sie zeigen, daß Druekunterschiede an den Fußpunkten der einzelnen Brutstoffelernente praktisch nicht mehr vorhanden sind.In the right side of FIG. 3 several such flow guide devices 6 are shown. These are alternately sealed or connected with the aid of elastic annular ribs 7, which are connected to the thermal shield 3 , in the sense of a flow barrier. This results in the drawn flow path, which is meandering back and forth in the brood mantle and thus has a significantly greater flow resistance than in the example shown on the left. This also shows that this meandering coolant flow in the brood jacket also influences the flow within the fuel element core 1, so that there is better mixing of the individual coolant threads in the spaces between the individual fuel rods, thus avoiding the risk of so-called cold strands. The dashed and dotted lines 10 shown represent lines of the same pressure: they show that pressure differences at the base points of the individual elements of the breeding material are practically no longer present.

Die Strömungsleiteinrichf.jng 6 kann dab'.i ans /. B. ebenen Trennfläche·! gebildet sein, in denen die Bmtstoffclemente seifst gelagert sind. Die Halterung dieser Flächen kann durch Sirukturelemenie, die an Bnitstoffelementpositmuen angeordnet sind, vorgenommen werden. Für den wahrscheinlich häufigsten !■"all. daß dii? Brutstoffeleniente durch den ganzen Reaktorkern hindurchgehen, ist es zweckmäßig, die in diesen Kiementen sowieso notwendigen \bstandshalterThe flow control device jng 6 can dab'.i ans /. B. flat parting surface ·! be formed in which the Bmtstoffclemente are stored soap. The bracket these surfaces can be made by syrukturelemenie that at Bnitstoffelementpositmuen are arranged, made will. For the probably most frequent! ■ "all. That the? Brutstoffeleniente through the whole Going through the reactor core, it is expedient to use the in spacers that are necessary for these bolts anyway

so zu bauen, daß in axialer Richtung der Brutstoffstäbe keine größere Strömung mehr erfolgen kann. Sie wurden also in diesem Falle au:; gelochten Platten bestehen, in denen Bohrungen etwa drei Noppen zur Fassung und Führung der durchgehenden Brutstoffstäbe angeordnet sind. Die sich dadurch ergebenden engen Spalte sind zur Gewährleistung einer ausreichenden Wärmeabfuhr aus diesen Brenn- bzw. Brutstabpartien notwendig. Da diese Abstandshalter alle in gleicher Ebene angeordnet sind, ergeben sich ebenfalls eine oder mehrere Strömungsleitflächen. Die Abstandshalter benachbarter Brutstoffelemente stützen sich dabei elastisch gegeneinander ab, so daß sich keine wesentliche Kühlmittelströmung zwischen ihnen ausbilden kann, ein evtl. notwendig werdender Elementwechsel aber nicht behindert wird.to be built in such a way that no greater flow can take place in the axial direction of the breeding material rods. she were in this case au :; perforated plates exist, in which holes about three knobs for Setting and guidance of the continuous breeding material rods are arranged. The resulting tight Gaps are to ensure sufficient heat dissipation from these burning or incubation rods necessary. Since these spacers are all arranged in the same plane, there is also an or several flow guide surfaces. The spacers of neighboring elements of the breeding material are supported elastically against each other, so that no significant coolant flow can develop between them, a possibly necessary element change is not hindered.

Während die Anordnung nach Fig.3 in ihrem äußeren Aufbau jener nach F i g. 1 entspricht, entspricht die Anordnung nach F i g. 4 jeder der F i g. 2, ist also mit einem stufenförmigen Kern 1 ausgerüstet. In der liniken Hälfte dieser Fig.4 ist in dem Spalt zwischen der mittleren Strömungsleitfläche und dem thermischen Schild 3 eine Strömungsverwirbelungseinrichtung 8 angeordnet, die für eine zusätzliche Durchmischung der einzelnen Strömungsfäden, wie durch eine unterschiedliche zeichnerische Darstellung derselben angedeutet, sorgt. In der rechten Hälfte dieser Figur sind außerdem in ähnlicher Weise wie in Fig. 3 die Strömungslinien 5 sowie die Linien gleichen Druckes 10 eingetragen. Die Eigenschaften des Stufenkerns im Hinblick auf die Leistungsentbindung in den einzelnen Brennelementen können auch mit der Rückwirkung der mäanderförmigen Kühlmittelströmung in den Brutmantelzonen derart überlagert werden, daß der kürzeste Strömungsweg im Zentralbereich der Kernzone 1 vorhanden ist, was außerdem noch durch Verkürzung der zentralen kombinierten Brut- und Brennelemente 9 verbessert werden kann.While the arrangement of Figure 3 in its external structure that of F i g. 1 corresponds to the arrangement according to FIG. 4 each of the F i g. 2, is therefore equipped with a stepped core 1. In the lines Half of this Fig.4 is in the gap between the middle flow guide and the thermal Shield 3 a flow swirling device 8 arranged, which for an additional mixing of the individual flow threads, as indicated by a different graphic representation of the same, cares. In the right half of this figure, in a manner similar to that in FIG. 3, there are also the flow lines 5 and the lines of the same pressure 10 entered. The properties of the step core in terms of Power delivery in the individual fuel assemblies can also with the retroactive effect of the meander-shaped Coolant flow in the brood mantle zones are superimposed in such a way that the shortest flow path in the The central area of the core zone 1 is present, which is also achieved by shortening the central combined breeding and fuel elements 9 can be improved.

Wie aus der Darstellung ersichtlich, wird nicht nur der Strömungsweg in den Brutmantelzonen 2 beträchtlich erhöht, vielmehr wird auch durch die Querströmung eine Integration der Temperaturzunahme über die Leistungsabgabe verschiedener Brennelementzonen erreicht, so daß sich die Austrittsnemperatur vergleichmäßigt und das Umsetzprogramm für die Elemente des Brutmantels extrem vereinfachen läßt. Während bei dem heute üblichen System mit geschlossenen Brut- und Brennelementkästen die Brutelemente während der Lebensdauer mehrfach umgesetzt werden müssen, damit sie jeweils einen in ihrem Plutoniumaufbau entsprechenden Kühlmitteldurchsatz erhalten, können bei der vorgeschlagenen Anordnung alle Brutelemente auf ihrer Position verbleiben, wenn nur dafür gesorgt wird, daß in den einzelnen Bereichen eine gleichmäßige Mischung von Elementen verschiedenen Alters vorhanden ist. Die Einstellung einer über den gesamten Reaktorquerschnitt gleichmäßigen Austrittstemperatur wird durch diese integrierende Wirkung erheblich vereinfacht, weil nur der Gesamtdurchsatz an die im Brutmantel erzeugte und im Gleichgewichtszustand praktisch konstante Leistung angepaßt werden muß.As can be seen from the illustration, not only the flow path in the brood mantle zones 2 becomes considerable Rather, the cross flow also integrates the temperature increase over the Achieved power output of different fuel element zones, so that the outlet temperature is evened out and the relocation program for the elements of the brood mantle can be extremely simplified. While at the system used today with closed breeding and fuel element boxes, the breeding elements during the Lifespan must be implemented several times so that they each have one in their plutonium structure get a corresponding coolant throughput, all breeding elements can with the proposed arrangement remain in their position if only care is taken to ensure that the individual areas are even Mixture of elements of different ages is present. Hiring one over the whole Reactor cross-section uniform outlet temperature becomes significant due to this integrating effect Simplified because only the total throughput to that generated in the brood mantle and in a state of equilibrium practically constant power must be adjusted.

Wie bereits erwähnt, bringt die Radialströmung im Brutmantel den Vorteil, daß in der Kühlmittelströmung des Kernbereiches eine starke Quervermischung angeregt wird, die zum Abbau von Temperaturspitzen beiträgt. Dies hat aber auch den weiteren Vorteil, daßAs already mentioned, the radial flow in the brood mantle has the advantage that in the coolant flow of the core area a strong cross-mixing is stimulated, which leads to the reduction of temperature peaks contributes. But this also has the further advantage that

ίο bei einem Sieden des flüssigen Kühlmetalls keine Propagationsgefahr mehr besteht, d. h. kein schlagartiges Sieden innerhalb größerer Bereiche des Reaktorkerns infolge des Siedeverzugs im Natrium mehr auftreten kann, was beim Stand der Technik auch ein Grund für die Beibehaltung der geschlossenen Brennelemente, also der Brennelementkästen, war.ίο none when the liquid cooling metal is boiling There is more danger of propagation, d. H. no sudden boiling within larger areas of the reactor core can occur more as a result of the delay in boiling in sodium, which is also a in the prior art The reason for keeping the closed fuel elements, i.e. the fuel element casings, was.

Es sei auch noch darauf hingewiesen, daß durch die Quereinströmung des Kühlmittels vom äußeren Spalt zwischen dem Brutmantel und dem thermischen Schild her die Möglichkeit gegeben ist, praktisch den gesamten Fußquerschnitt der Brutstoffelemente für die hydraulische Niederhaltung verfügbar zu machen. Es wirkt daher auch nur ein Teil der Druckkraft in vertikaler Richtung, so daß demnach im Zusammenhang mit der Druckverteilung im gesamten Brutreaktorkern auf eine Sicherung gegen das Aufschwimmen unter Umständen verzichtet werden kann. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ströniungsleiteinrichtungen 6 wird also ein wesentlich vereinfachter Aufbau des gesamten Reaktorkerns ermöglicht; sämtliche Elemente, also Brennelemente sowie auch Brutstoffelemente, können in seitlich offener Bauart ausgeführt werden. Die damit verbundene Einsparung an absorbierendem Material erhöht die Brutrate. Besondere Drosseleinrichtungen, die während des Betriebs verstellbar sein müssen, sind entbehrlich und außerdem werden durch die Rückwirkungen der Querströmung auf den zentralen Teil des Reaktorkernes die mit dem Siedeverzug des Natriums verbundenen Gefahren vermieden. Die beispielsweise angegebenen Ausführungsformen für die Strömungsleiteinrichtungen, also einmal mit Hilfe der Abstandshalter und zum andern mit Hilfe von Strömungsleitblechen an den Verbindungsstellen übereinander angeordneter Brennelemente sind selbstverständlich auch andere Konstruktionen denkbar, die sich aus der Konstruktion und dem Aufbau der einzelnen Brenn- bzw. Brutstoffelemente ergeben. Diese günstigen Eigenschaften der Strömungsleiteinrichtung gelten selbstverständlich nicht nur für flüssigmetallgekühlte schnelle Brutreakto ren, wie sie sich heute vorzugsweise in Entwicklung befinden, sondern auch z. B. für dampf- oder druckgas gekühlte. Auch ist die Anwendung dieses Prinzips nich auf schnelle Brutreaktoren beschränkt vielmehr ist die Anwendung desselben bei jedem Reaktortyp mit seitlichIt should also be noted that the cross inflow of the coolant from the outer gap between the brood mantle and the thermal shield there is the possibility of practically the entire To make the foot cross-section of the breeding material elements available for hydraulic hold-down. It works therefore only a part of the compressive force in the vertical direction, so that accordingly in connection with the Pressure distribution in the entire breeder reactor core on a protection against floating under certain circumstances can be dispensed with. By means of the flow guide devices 6 proposed according to the invention thus enables a significantly simplified structure of the entire reactor core; all elements, so Fuel elements, as well as incombustible elements, can be designed in a laterally open design. The one with it associated saving in absorbent material increases the breeding rate. Special throttle devices, which must be adjustable during operation can be dispensed with and are also due to the repercussions the cross flow to the central part of the reactor core that with the delayed boiling of the sodium associated dangers avoided. The exemplary embodiments specified for the flow guide devices, that is to say once with the aid of the spacers and on the other hand with the help of flow baffles arranged one above the other at the connection points Fuel elements are of course also conceivable other constructions resulting from the construction and the structure of the individual fuel or material elements. These favorable properties of the Of course, flow guiding devices do not only apply to liquid metal-cooled rapid breeding reactors ren, as they are now preferably in development, but also z. B. for steam or compressed gas chilled. Also, the application of this principle is not limited to fast breeder reactors, rather it is Use of the same for every type of reactor with the side

offenen Brennelementen vorteilhaft also z. B. auch be thermischen Leichtwasserreaktoren vom Druckwasser typ.open fuel elements advantageous so z. B. also be thermal light water reactors from pressurized water Type.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Fast breeder reactor with liquid metal cooling and one without a partition concentric of a fuel zone surrounded by a fuel zone, the coolant supply to the entire Cross-section of the breeder reactor pressurized with the same pressure, characterized in that that both the fuel and the fertile elements are carried out in an open design, and that to even out the heating within the radial breeding material zone (2) horizontally arranged flow guiding devices (6), one above the other are provided, which alternate elastic with a lying outside of the breeding material zone, cylindrical Boundary wall (3), the z. B. can be designed as a thermal shield, in the sense of a Flow barrier are connected or leaving an annular gap between this wall and the flow guide devices (6) are arranged.

2. breeding reactor according to claim 1, characterized in that the flow guide devices (6) in Distances in each case at the level of the spacers of the breeding material elements or the ends of the latter are arranged and these spacers the distances between the individual Brutstoffstäben of the elements or the element end pieces so far that only one in comparison to the cross flow small longitudinal flow of the coolant along the rods is possible.

3. breeding reactor according to claim 1, characterized in that the flow guide devices are annular disk-shaped and are formed with radial thermal expansion joints.

4. breeding reactor according to claim 1, characterized in that in the Ringspal ', between the flow guide devices (6) and the outer cylindrical boundary wall (3) swirl body (8) to achieve a turbulent! .. ühlmit- ^ ₀ telströmung are arranged.

5. breeding reactor according to claim 1 to 4, characterized in that the flow guide devices ^) are supported by _<5 fastening structures which are arranged in B: utelementpositionen and penetrate the breeding material zone in the axial direction.

6. breeding reactor according to claim 1, characterized in that that the flow guiding devices (6) only consist of those arranged in each case in horizontal planes There are spacers of the breeding material elements.

7. breeding reactor according to claim 6, characterized in that that the spacers are adjacent Brutstoffelemente elastically support each other in a sealing sense.