DE2103013C3 - Verfahren und Kernreaktor zum Erzeugen von Neutronenimpulsen - Google Patents

Description

wird, die '

t einer gewissen Menge _di*_{Auslösung der} . un _B

an Kernbrennstoff hindurchgeführt

dtall

iniitdaiidar

die kritische Masse für e κπ

die Aulg, gJJJJJ

dun wahrend ^_c^^_{owtmodemor ab}_

IaA angestrebte Neutronenerzeugung be-

^^eSor^ des Verfa,

rens nach Anspruch 1 mit Kernbrennstoff und mit einem einen Neutronenmoderator enthaltenden Tank, in dem der Neutronenimpuls erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Tank (2) mit dem Neutronenmoderator, in dem kein Kernbrennstoff enthalten ist, mindestens ein durchgehender Leitkanal (3) für die gesamte Masse des Kernbrennstoffs (1) vorgesehen ist und daß der Kernbrennstoff im Leitkanal außerhalb des Neutronenmoderators derart untergebracht ist, daß er mittels einer Transporteimichtung entlang des Leitkanals verschiebbar ist.

4. Kernreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kühlung der gesamten Masse des Kernbrennstoffs (1) eine Kühleinrichtung (8) in bezug auf den Tank (2) mit dem Neutronenmoderator derart angeordnet ist, daß die gesamte Masse des Kernbrennstoffs nach der Er-3- -Neutronenimpulses in die Kühlein-

5 Kreak^g _tor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der durchgehende Leitkanal (3) beiderseits vom Tank (2) mit dem Neutronenmoderator aus ihm herausgeführt ist und daß die Transporteinrichtung zur Verschiebung des Kernbrennstoffs im Leitkanal durch Erregerwicklungen (4 bis 7) gebildet ist, die ein elektromagnetisches Feld erzeugen und in unmittelbarer Nähe des Leitkanals und längs diesem in einer solchen Reihenfolge angebracht sind, daß Aufhängen, Beschleunigen und Bremsen der gesamten Masse des Kernbrennstoffs (1) gewährlei-

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen von Neutronenimpulsen unter Zusammenführung von Kernbrennstoff mit einem Neutronenmoderator, wobei der Neutronenmoderator mit Kcrnbrennstoff durchschossen wird, der vor und nach der Erzeugung der Neutronenimpulse außerhalb des Neutronendetcktors angeordnet wird, sowie auf einen zum Durchführen eines solchen Verfahrens geeigneten Kernreaktor.

Verfahren und Kernreaktoren der obenerwähnten Volumen der ^ΤΛΤζη^^ο^Eresetzt ^wf^de"; J^J^^atori kommt. Damit wird mung des ^Ne.^u\^ro"^e"^m0 _v ^d _o ^eI_a ^a _u°"₀°e_Eebene Moderaes aber unmöglich, im ™"^{us ν}.^0Ι^^ϋ^_n tSerml a₅ tortemperaturen einzuhalten^und^e. wa auch therm,

sehe Neutronenfelder zu' ?™,&_n7™„ _Neiio-

ergibt s.ch auch ^e'ⁿ,^e _pn ^Se'^b^^

nenerzeugung durch den negat.ven lemperatuncoer

fizienten. Aufeabe zuerunde

Der Erfindung hegt daher^ die Aug^{be ZU}J«

unter Vermeidung der oben geschiWerten

der bekannten Verfahren und K^er9^r^^kt°^r

Weg aufzuzeigen auf dem sie^h

unter Zusammenfuhrung von ^Κ^ einem Neutronenmoderato erzeugen.^

daß die mit der zugehongen Ker^aktion verbun

dene Wärmeenergie zu einer Erwärmung der akt.ven

Zone des Kernreaktors fuhren kann

J™^ nÄr durch gelöst, daß die gesamte Masse des Kj Stoffs durch den ^Neutro"^enm?^d?™^t0^ schössen wird, der vor und nach f™^. |f^ieBen des Kernbrennstoffs von Kernbrennstoff:,nst

Durch die erfindungsgemaße Arbeitsweise^wird die gesamte während der Kernreaktion ent stehende Wärme mit dem Kernbrennstoff aus dem Neutronen

moderator entfernt, so daß s.ch dessen Temperatur

genau auf einem gewunsc^ht=ⁿ ^^ J"™" 'Jf¹" ¹^

gendwelche unerwünschte Temperatureinf^ auf

die Neutronenerzeugung bzw auf die ihr ™g™nde

liegende Kernreaktion sind daher nicht zu beturch-

Wenn der Kernbrennstoff mehrfach zur Erzeugung von Neutronenimpulsen venvendet werden soll, empfiehlt es sich in Weiterbildung der Erfindung, die gesamte Masse des Kernbrennstoffs nach der Erzeugung des Neutronenimpulses zu kühlen.

Ein zum Durchführen des erfindungsgemäßen

Verfahrens geeigneter Kernreaktor, der Kernbrenn-

stoff und einen einen Neutronenmoderator entnalten-

den Tank besitzt, in dem der Neutronenimpuls er-

zeugt wird, ist erfindungsgemaß dadurch gekenn-

zeichnet, daß im Tank mit dem Neutronenmodera-

tor, in dem kein Kernbrennstoff enthalten ist, minde-

stens ein durchgehender Leitkanal für die gesamte

Masse des Kernbrennstoffs vorgesehen ist und daß

der Kernbrennstoff im Leitkanal außerhalb des Neu-

tronenmoderatofs derart untergebracht ist, daß er mittels einer Transporteinrichtung entlang des Leitkanals verschiebbar ist.

Zur intensiven Kühlung des Kernbrennstoffs zwecks seiner wiederholten Verwendung kann der Kernreaktor in Weiterbildung der Erfindung mit einer Kühleinrichtung versehen sein, die in bezug auf den Tank mit dem Neutronenmtiderator derart angeordnet ist, daß die gesamte Masse des Kernbrennstoffs nach der Erzeugung des Neutronen impulses in die Kühleinrichtung gelangt

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht auch darin, daß der durchgehende Leitkanal beiderseits vom Tank mit dem Neutronenmoderator aus ihm herausgeführt ist und daß die Transporteinrichtung zur Verschiebung des Kernbrennstoffs im Leitkanal durch Erregerwicklungen gebildet ist, die ein elektromagnetisches Feld erzeugen und in unmittelbarer Nähe des Leitkanals und längs diesem in einer solchen Reihenfolge angebracht sind, daß Aufhängen. Beschleunigen und Bremsen tier gesamten Masse des Kernbrennstoffs gewährleistet sind.

Dank des erfindungsgemäßen Aufbaues des Kernreaktors befindet sich bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Kernbrennstoff nut im Augenblick der Erzeugung der Neutronenimpulse im Neutronenmoderator, und die während der Kernreaktion entstehende Wärmeenergie wird mit dem Kernbrennstoff aus dem Tank mit dem Neutronenmoderator nach außen abgeführt, so daß eine Erwärmung des Neutronenmoderators nicht auftreten kann. Dadurch wird es möglich, die Moderatortemperatur zu regeln und auch Neutronenfelder aus thermischen Neutronen zu erzeugen. Weiterhin gelingt es, Neutronenimpulse mit hohem Neutronenfluß zu erzeugen, da ein störender Einfluß eines negativen Tempemturkoeffizienten so gut wie völlig ausgeschaltet ist.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematisch gehaltene Gesamtansicht eines Ausführungsbeispiels für einen Kernreaktor, mit dessen Hilfe sich das erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen von Neutronenimpulsen durchführen läßt, und

F i g. 2 einen Schnitt 11-11 in F i g. 1.

Der Kernreaktor der das erfindungsgemäfte Verfahren zur Erzeugung des Neutronenimpulses durchführen läßt, enthält einen Kernbrennstoff 1 (Uran), der in metallische Zylinder eingeschlossen ist, einen Tank 2 mit dem Neutronenmoderator, der zusammen mit dem Kernbrennstoff 1 im Augenblick der Erzeugung des Neutronenimpulses die aktive Zone bildet.

Der Kernbrennstoff 1 liegt vor (Lage/)) und nach (Lageß) der Erzeugung des Neutronenimpulses außerhalb des Tanks 2 mit dem Neutranenmodera* tor. Der Tank 2 ist ein zylinderförmiges Metallgefäß, als Moderator wird flüssiges Deuterium verwendet.

In dem Tank 2 mit dem Neutronenmoderator sind drei vertikale durchlaufende Leitkanälc3 in Gestalt von Röhren für den Kernbrennstoff 1 ausgeführt, die beiderseits vom Tink2 heraustreten und aus einem paramagnetischen S.off, im vorliegenden Fall Titan, hergestellt sind.

Der Kernbrennstoff 1 befindet sich in jedem der Kanäle 3 und kann längs jedem Kanal 3 mit Hilfe einer entsprechenden Einrichtung verschoben werden. Im hier beschriebenen AiisföhrungsbeJspiel ist die Einrichtung zur Verschiebung des Kernbrennstoffs I in den Kanälen 3 in Gestalt von Erregerwicklungen 4 bis 7 ausgeführt, die in unmittelbarer Nahe der Kanäle 3 und auf dessen Länge in einer solchen Reihenfolge angebracht sind, daß die Erregerwicklungen 4, die mit Gleichstrom gespeist werden, ein Aufhängen des Kernbrennstoffs 1, die Wicklongen 5, die mit Wechselstrom gespeist werden, ein Beschleu-

nigen und die Wicklungen 6 und 7, die ebenfalls mit Wechselstrom gespeist werden, ein Bremsen des Kernbrennstoffs 1 gewährleisten.

Der Kernreaktor enthält ferner eine Kühleinrichtung 8 zur Kühlung des Kernbrennstoffs 1, die in bets zug auf den Tank 2 mit dem Neutronenmoderator derart angeordnet ist, daß der Kernbrennstoff 1 in die Einrichtung 8 nach der Erzeugung des Neutronenimpulses gelangt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Kühleinrichtv ;g8 ein zylinderförmiges Metallgefäß, in dem ein Kühlmittel zirkuliert, und liegt hinter dem Tank 2 mit dem Neutronenmoderator in Bewegungsrichtung des Kernbrennstoffs 1.

Zum Heben und Senken des Kernbrennstoffs 1 aus der bzw. in die Kühleinrichtung 8 sind im beschriebenen Kernreaktor Erregerwicklungen 9, die mit Wechselstrom gespeist werden, und jeweils durch eine Feder 10 abgefederte Stäbe 11 vorgesehen.

Die Kanäle 3 sind von oben und von unten jeweils durch eine Kappe 12 bzw. 13 abgedeckt und liegen zueinander in einem Abstand, der durch die physikalischen Parameter des Kernbrennstoffs und des Neutronenmoderators bestimmt ist. In Abhängigkeit von diesen Parametern kann die Anzahl der Kanäle verschieden sein. Die Kanäle sind voneinander um den gleichen Abstand getrennt, wie in Fig. 2 dargestellt ist.

Das hier beschriebene Ausführungsbeispiel des Kernreaktors zur Erzeugung von Neutronenimpulsen arbeitet folgendermaßen:

Die Arbeit des Reaktors während eines Zyklus, in dessen Verlauf ein Neutronenimpuls erzeugt wird, läßt sich in zwei Schritte einteilen.

Der erste Schritt ist das Anheben des Kernbrenn-Stoffs aus der Kühleinrichtung 8, die außerhalb des Tanks 2 mit dem Neutronenmoderator angeordnet ist, nach oben bis zu den Erregerwicklungen 4 (Lage/l. Fig. 1) Dieser Schritt wird vereinbarungsgemäß als Leerschritt bezeichnet, da bei diesem Schritt kein Neutronenimpuls erzeugt wird. Der zweite Schritt ist die Bewegung des Kernbrennstoffs 1 nach unten von d;n Erregerwicklungen 4 bis zur Kühleinrichtung 8. Dieser Schritt wird als Arbeitsschritt bezeichnet.

Beim Beladen des Reaktors werden die Kappen 13 von den Leitkanälen 3 abgenommen, und in die Kanäle 3 werden der Kernbrennstoff 1, die Stäbe 11 und die Federn 10 eingebracht. Hiernach werden die Kanäle 3 mit den Kappen 13 abgedeckt. Dabei nimmt

der Kernbrennstoff 1 in der Kühleinrichtung 8 eine solche Lage 'Lage ö, F i g. 1) außerhalb des Neutronenmoderators ein, daß er auch bei weiterem Betrieb des Reaktors gekühlt wird.
Zur Vorbereitung des Reaktors auf den Arbeits-

schritt werden die Erregerwicklungen 9,7 und 6 so eingeschaltet, daß sie elektromagnetische Wanderfclder bilden, die von unten nach oben gerichtet sind. Die Kanäle 3 werden nicht gleichzeitig, sondern auf-

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einanderfolgend mit einer Zeitverzögerung in Tiitig- letzteren abgeschaltet, und die ganze Masse des keil gesetzt. Dies ist erforderlich, damit der Kern- Kernbrennstoffs 1 wird durch den Tank 2 mit dem brennstoff 1, der sich in den einzelnen Kanälen 3 be- Neutronenmoderator durchgeschossen, wodurch in findet, nicht auf einmal in den Tank 2 mit dem Neu- ihm ein Neutronenimpuls mit einer Dauer von etwa tronenmoderator gelangt und eine Kettenreaktion 5 K)--* see erzeugt wird. Größe und Dauer des erzeugauslöst, ton Neutronenflusses werden durch entsprechende

Das Feld der Erregerwicklungen 9 hebt die Stäbe Geräte (in der Zeichnung nicht abgebildet) regi-

11 zusammen mit dem Kernbrennstoff 1 in eine stricrt.

solche Lage an, in der der Kernbrennstoff 1 in die Nach Verlassen der aktiven Zone gelangt die Wirkungszone der Erregerwicklung? gelangt. Hier- io ganze Masse des Kernbrennstoffs 1 in die Wirkungsbei werden die Wicklungen 9 abgeschaltet, und das zonen der Erregerwicklungen 6 und 7, deren Feld elektromagnetische Wanderfeld der Wicklung 7 er- den Kernbrennstoff i auf eine Geschwindigkeit abfaßt den Kernbrennstoff 1 und erteilt ihm zusammen bremst, die nahe Null ist.

mit dem Feld der Erregerwicklung 6 eine Bewegung Gleichzeitig mit den Erregerwicklungen 6 und 7

nach oben im Kanal 3 mit einer solchen Geschwin- 15 werden die Wicklungen 9 eingeschaltet, so daß die

digkeit, daß bei weiterer Bewegung des Kernbrenn- Stäbe 11 in eine Lage angehoben werden, in der sich

Stoffs 1 nach oben dessen Geschwindigkeit beim An- der Kernbrennstoff auf ihre Oberseite legt. Danach

nähern an die Wirkungszone der Erregerwicklung 4 werden die Erregerwicklungen 6,7 und 9 abgeschal-

unter Einfluß der Schwerkraft nahezu Null wird. tet, die Stäbe 11 senken sich auf die Federn 10, und

Das Einschalten der Wicklungen 4 erfolgt nach ao der Kernbrennstoff 1 nimmt in der Kühleinrichtung 8

Austritt des Kernbrennstoffs 1 aus der Wirkungszone eine Lage ein, in der er gekühlt wird,

der Wicklung 6. Die Kraft, die von der Wicklung 4 Nach der Abkühlung des Kernbrennstoffs 1 auf

entwickelt wird, ist so groß, daß der Kernbrenn- die vorgegebenen Temperaturen ist der Reaktor für

stoff 1 gebremst wird und im aufgehangenem Zu- den nächsten Zyklus bereit, d. h. zur Erzeugung eines

stand (LageA, Fig. 1) bleibt. Hierbei werden die as weiteren Neutronenimpulses.

Erregerwicklungen 6 und 7 abgeschaltet. Der erfindungsgemäße Kernreaktor zur Durchfüh-

Wenn in allen Kanälen 3 der Kernbrennstoff 1 nv^f- rung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeu-

gehangen ist, ist der Leerschritt zu Ende, und der gung von Neutronenimpulsen schafft die Möglich-

Reaktor ist zum Anfahren des Arbeitsschritts (La- keit, Moderatoren bei verschiedenen Temperaturen

geA, Fig. 1) bereit. Hierbei befindet sich der ganze 30 in einem umfassenden Bereich von niedrigen Tempe-

Kernbrennstoff 1 außerhalb des Tanks 2 mit dem raturen (Heliumtemperaturen) bis zu hohen Tempe-

Neutronenmoderator. raturen zu haben. Außerdem fehlt im erfindungsge-

Zum Anfahren des Arbeitsschritts des Reaktors mäßen Reaktor der Neutronenuntergrund so gut wie werden die Erregerwicklungen 4 aus- und die Er- ganz. Diese Besonderheiten können vorteilhaft bei regerwicklungen 5 eingeschaltet. Der Kernbrenn- 35 Untersuchungen zur Verwendung gelangen, die Neustoff 1 wird vom elektromagnetischen Wanderfeld der tronen benutzen, welche bei verschiedenen Energien Wicklungen erfaßt und auf die vorgegebene Ge- thermisch gemacht worden sind, sowie für Aufgaben schwindigkeit beschleunigt. ausgenutzt werden, zu deren Lösung ein maximales

Nachdem der Kernbrennstoff 1 die Wirkungszone Verhältnis der Impulsneutronen zum Neutronen-

der Erregerwicklungen 5 verlassen hat, werden die 40 untergrund erforderlich ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   Art. mit

   Hilfe sich Neutronenimpulse erzeugen

   U Verfahren zum Erzeugen von Neutronen^ pulsen unter Zusammenführung von Kernbrennstoff mit einem Neutronenmoderator, wobei der Neutronenmoderator mit Kernbrennstoff durchschössen wird, der vor und nach der Erzeugung der Neutronenimpulse außerhalb des Neutronendetektors angeordnet wird, dadurch if' » k e η η ζ e i c h η e t, daß die gesarate Masse des Kernbrennstoffs durch den Neutronenmoderator hindurchgeschossen wird, der vor und nach dem Durchschießen des Kernbrennstoffs von Kern-

   Anspruch 1, dadurch ge- " der

   Kernbrennstoff