DE2038134C3 - Mit flüssigem Metall gekühlter Schnellbrüter-Kernreaktor - Google Patents
Mit flüssigem Metall gekühlter Schnellbrüter-KernreaktorInfo
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- G21C1/022—Fast fission reactors, i.e. reactors not using a moderator ; Metal cooled reactors; Fast breeders characterised by the design or properties of the core
- G21C1/024—Fast fission reactors, i.e. reactors not using a moderator ; Metal cooled reactors; Fast breeders characterised by the design or properties of the core where the core is divided in zones with fuel and zones with breeding material
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf mit flüssigem Metall gekühlte Schnellbrüter-Kernreaktoren mit einer Kern-Brennstoffanordnung,
die eine Reihe von Brennstoffstäben aufweist, /eiche in einem inneren Bereich mit
Spaltstoff und einem äi'ßeren bereich mit Brutstoff
angeordnet sind.
Bei einem mit flüssigem Metall ,"••kühlten Schnellbrüter-Kernreaktor
kann ein flüssiges Alkalimetall, wie beispielsweise Natrium, in Wärmeaustausch durch eine
Kernreaktor-Brennstoffanordnung hindurch gelangen, die eine Vielzahl von schlanken Brennstoffstäben oder
Brennstoffelementen aufweist. Die Brennstoffstäbe weisen Kernbrennstoff auf, der in Edelstahl eingehüllt
ist, und um die Handhabung zu Auswechselzwecken zu erleichtern, ist die Brennstoffanordnung in eine Vielzahl
von Brennstoffuntergruppen unterteilt, die je ein Bündel
von im Abstand voneinander angeordneten Brennstoffstäben in einer rohrförmigen Umhüllung aufweisen. Die
Untergruppen sind so angeordnet, daß sie aufrecht nebeneinander stehen, wobei das Kühlmittel aufwärts
durch die rohrförmigen Umhüllungen strömt. Die Brennstoffanordnung weist Spaltstoff auf. der im
allgemeinen in einem inneren Bereich angeordnet ist. und weist Brutstoff auf, der allgemein in einem äußeren
Bereich der Brennstoffanordnung sitzt, wodurch Neutronen, die durch die Spaltung des Spaltstoffes
freigelassen werden, durch den umgebenden Brutstoff aufgefangen werden, um Spaltstoff zu brüten. Der
Brutstoff, der anfänglich einen sehr kleinen Gehalt an spaltbaren Isotopen aufweist, erzeugt relativ wenig
Wärme, aber die Wärmeausbeute nimmt mit der Bestrahlung der Brennstoffanordnung allmählich zu,
und zwar wegen der Spaltung der neu erzeugten spaltbaren Atome« Die Stoffe sind Oxide* wobei der
Spaltstoff im allgemeinen ein Gemisch aus Plütöniümufid
Üfäriöxiden ist, während der Brutstoff hauptsächlich
das Oxid des Uranisotops 238 ist.
Bei einer herkömmlichen Schnellbrüter-Brennstoffanordnung weist der radial äußere Spaltbereieh der
Anordnung Brennstoffstäbe auf, die nur Brutstoff
enthalten, aber im inneren Bereich enthalten nur die Enden der Stäbe Brutstoff, während die Zwischenbereiche
Spaltstoff enthalten. Die brütbaren Endbereiche der Brennstoffstäbe des inneren Bereiches bilden obere und
untere Bruterbereiche für die Brennstoffanordnung. In einer solchen Brennstoffanordnung ist die Dichte des
Neutronenflusses am größten in der Mitte der Brennstoffanordnung, und beim Betrieb nimmt die
Dichte des Neutronenflusses in Richtung iuf die
IQ Peripherie allmählich ab, so daß die pro Volumeneinheit der Brennstoffanordnung erzeugte Wärme in der Mitte
größer als in den äußeren Bereichen des Kerns sein wird. Um den Neutronenfluß und daher die erzeugte
Leistung über den Kern gleichmäßiger zu verteilen,
i> können zwei alternative Hilfsmittel angewandt werden.
Erstens kann die Brennstoffmenge in den äußeren Bereichen durch Vergrößerung des Durchmessers der
Brennstoffstäbe erhöht werden, oder es können mehr und dichter beabstandete Stäbe verwendet werden, aber
die sich daraus ergebende Reduzierung des Kühlmittelströmungsquerschnittes ist nicht attraktiv. Zweitens
kann der Gehalt an spaltbarem isotop in den äußeren Bereichen der Brennstoffanordnung erhöht werden, da
aber die Zunahme eine allmähliche Zunahme in Richtung auf die Peripherie sein sollte, würde dies viele
Brennstoffstäbe von unterschiedlichen Spaltstoffgehalt erfordern, was bei der Herstellung ko.nplizierter und
kostspieliger wäre.
Wenn auch erkannt ist, daß ein mit flüssigem Metall gekühlter Schnellbrüter-Kernreaktor, bei dem die
Dichte der Flußverteilung über den gesamten Kern hinweg vollkommen gleichmäßig ist. nicht erzielt
werden kann, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kernreaktor zu schaffen, der eine einfache
Brennstoffanordnung aufweist, bei der die Flußdichte
auf eine gleichmäßigere Verteilung hinstrebt, als sie aurch die herkömmliche Anordnung sonst erzielbar ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Kernreaktor der eingangs genannten Galtung dadurch gelöst, daß im
inneren Bereich die Brennstoffsiäbi in einer inneren
und einer äußeren Zone angeordnet sind und daß die Brennstoffstäbe in der inneren Zone eine größere, mit
Spaltstoff besetzte Länge aufweisen und weiter voneinander enlfernt sind als die Brennstoffsläbe in der
äußeren Zone.
Eine derartige Brennstoffanordnung erbringt eine gleichmäßigere Flußverteilung über die gesamte Brennstoffanordnung
hinweg mit sich und ermöglicht eine höhere mittlere Kühlmittelauslaßtemperatur ohne die
Notwendigkeit. Änderungen in der Kühlmittel-Strömungsgeschwindigkeit
in der Anordnung vorzunehmen. Ein durch flüssiges Metall gekühlter Schnellbruter-Kernreaktor
ist schematisch in der ein/igen Figur der
Zeichnung dargestellt, die eine Seitenansicht im Axialschnitt wiedergibt. Die Brennstoffanordnung t des
Reaktors ist allgemein zylindrisch und weist einen inneren spaltbaren Bereich und einen äußeren brütbaren
Bereich auf. Der innere Bereich besteht aus drei Zonen, nämlich einer inneren Zone 2 mit Brennstoff-
6u Untergruppen, wobei die Brennstoffstäbe 4 Spaltstolf 3
aufweisen und in großem Abstand voneinander angeordnet sind, um Kühlmittel dazwischen hindurchfließen
zu lassen; einer Zwischenzone 5 mit Brennstoff-Untergruppen, in denen die Brennstoffstäbe 7 eine
kürzere mit Spaltstoff besetzte Länge 6 als die Brennstäbe 4 und einem geringerem Abstand voneinander
als die Stäbe 4 der inneren Zone aufweisen; Und einer äußeren Zone 8 mit Brennstoff-Untergruppen, in
denen die Brennstoffstäbe 10 eine noch kürzere mit Spaltstoff besetzte Länge 9 aufweisen, wobei die Stäbe
to den kleinstmöglichen Abstand zwischen sich haben, der bei ausreichender Kühlung noch vertretbar ist. Die
Brennstoffstäbe 4, 7, 10 innerhalb der Zonen 2, 5, 8
haben alle den gleichen Durchmesser, und der spaltbare Brennstoff weist insgesamt den gleichen spaltbaren
Isotopengehalt auf.
Der äußere Brüterbereich weist eine radiale äußere Zone 11, obere axiale Zonen 12,14,16 und untere axiale
Zonen 13, 15, 17 auf, wobei die Zone 11 mit Stäben besetzt ist, die nur Brutstoff enthalten, während die
Zonen 12, 13, 14, 15, 16, 17 durch Brutstoff gebildet werden, der in den Endbereichen der Brennstoffstäbe 4,
7 und 10 sitzt.
Die dargestellte Anordnung von Brennstoffstäben ist derart, daß sie sich einem sphärischen inneren Bereich
von Spal'stoff nähert, der von Brutstoff so umgeben ist,
daß die Flußverteilung über einen Querschnitt durch die
Mitte der Brennstoffanordnung allgemein gleichmäßig ist. Daraus resultiert eine Flußabflachung in radialer
Richtung, da der größere Abstand der Brennstoffstäbe in Richtung auf die Mitte des Bereiches eine geringere
Dichte von Brennstoff vorsieht.
Auf diese Weise führt die dargestellte Form der Brennstoffanordnung zu einer verbesserten (abgeflachten)
radialen Leistungsverteilung. Daraus resultiert eine höhere mittlere Kühlmittel-Auslaßtemperatur. Ohne zu
irgendeiner unterschiedlichen Kalibrierung der Kühlmittelkanäle zurückgreifen zu müssen, kann ein
geringerer Brennstoff-Lagerbestand vorgesehen und eine kürzere Verdopplungszeit des Reaktors erzielt
werden. Außerdem wird die Herstellung insofern vereinfacht, als die Brennstoffstäbe für die gesamte
Brennstoffanordnung von konstantem Durchmesser und Spaitstoffgehalt innerhalb des spaltbaren Bereiches
sind.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Mit flüssigem Metall gekühlter Schnellbrüter-Kernreaktor mit einer Kern-Brennstoffanordnung,
die eine Reihe von Brennstoffstäben aufweist, die in einem inneren Bereich mit Spaltstoff und in einem
äußeren Bereich mit Brutstoff angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß im inneren
Bereich die Brennstoffstäbe in einer inneren und einer äußeren Zone (2, 8) angeordnet sind und daß
die Brennstoffstäbe (4) in der inneren Zone (2) eine größere mit Spaltstoff besetzte Länge (3) aufweisen
und weiter voneinander entfernt sind als die Brennstoffstäbe (10) in der äußeren Zone (8).
2. Kernreaktor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Zwischenzone (5) zwischen der inneren
und äußeren Zone (3, 8), wobei die Brennstoffstäbe (7) in der Zwischenzone (5) eine kürzere, mit
Spaltstoff besetzte Länge (6) aufweisen und weniger weit voneinander entfernt sind als die Brennstoffstäbe
(4) in der inneren Zone (2), aber eine größere Menge mit Spaltstofl besetzte Lange (6) aufweisen
und weiter voneinander entfernt sind als die Brennstoffstäbe (10) in der äußeren Zone (8).
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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- 1970-08-08 JP JP45069661A patent/JPS514229B1/ja active Pending
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DE2038134A1 (de) | 1971-02-18 |
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US3736225A (en) | 1973-05-29 |
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Legal Events
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