DE2558179A1

DE2558179A1 - Salzschmelzen-kernreaktor

Info

Publication number: DE2558179A1
Application number: DE19752558179
Authority: DE
Inventors: Jacques Marcel Blum; Michel Grenon; Edmond Ventre
Original assignee: Electricite de France SA; Pechiney Ugine Kuhlmann SA
Current assignee: Electricite de France SA; Pechiney Ugine Kuhlmann SA
Priority date: 1974-12-24
Filing date: 1975-12-23
Publication date: 1976-07-15
Also published as: DE2558179B2; DE2558179C3; GB1494055A; CH596639A5; US4045286A

Description

Salzschmelzen-Kernreaktor

Die Erfindung betrifft einen Salzschmelzen-Kernreaktor, d. h. einen Reaktor, dessen Brennstoff ein geschmolzenes Salz ist, und betrifft insbesondere eine Anordnung des Kernes eines solchen Reaktors, welche die Länge und den Raumbedarf desjenigen Kreislaufteiles, der von der aus dem Reaktorkern austretenden heißen Salzschmelze durchströmt wird, auf ihre unbedingt nötigen Werte zu begrenzen und somit die Wärmebeanspruchungen und die chemische Anfressung der zur Herstellung des Reaktors erforderlichen Bauteile zu vermindern ermöglicht.

Salzschmelzen-Kernreaktoren sind in der Technik bekannt, Sie benutzen bekanntlich einen Brennstoff in flüssiger Form, der durch die Kernspaltung im Reaktorkern auf mindestens etwa 600 ⁰C erhitzt wird; dieser Brennstoff ist meistens Plutoniumfluorid oder Uranfluorid oder auch ein Gemisch von üranfluorid und Thoriumfluorid, gelöst in Lithium-7-Fluorid

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410-(B 5519.4)-Bgn-r (8)

und Berylliumfluorid, die dem so gebildeten eutektischen Gemisch einen verhältnismäßig niedrigen Schmelzpunkt, passende Lexchtflüssigkeit und geringen Dampfdruck geben. Die Reaktoren dieser Art haben im Kern eine Masse aus einem geeigneten Moderator, im allgemeinen Graphit, mit Kanälen für den Durchfluß der Brennstoff-Salzschmelze, die dann die beim Durchfließen des Reaktorkernes empfangene Wärme in mindestens einem Primär-Wärmetauscher an eine andere Salzschmelze, sogenannte Sperr-Salzschmelze, z. B. Natriumfluorborat, austauscht. Diese Sperr-Salzschmelze gibt dann ihrerseits ihre Wärme in einem Sekundärkreislauf ab, der einen Dampferzeuger enthält; der erzeugte Dampf wird schließlich in einem Kraftwerk zur Erzeugung von Elektrizität entspannt.

Reaktoren dieser Art können mit einem Fluß von Neutronen thermischer Energie oder mit einem Fluß schneller Neutronen arbeiten, je nach der Zusammensetzung des Salzes, seiner Verteilung im Reaktorkern und der Art des Moderators . Das Brennstoff-Salz kann im Reaktorkern verbraucht werden unter periodischer Wiederanpassung der Konzentration des Brennstoffes;· die Behandlung des Brennstoffes und insbesondere das Ausziehen der Spaltprodukte geschehen erst nach einer vorbestimmten Betriebsdauer. Bei einer anderen Bauart werden die Spaltprodukte, insbesondere die gasförmigen Spaltprodukte, laufend abgeführt, nämlich durch ein chemisches Auslaugungsverfahren mit gleichzeitiger Anpassung der Konzentration des Brennstoff-Salzes. Und schließlich wird im Falle, daß der Reaktor als Brüter arbeitet, das Brennstoff-Salz so behandelt, daß ständig Proactinium 233 mittels flüssigen Wismuts ausgezogen und das Salz anschließend mittels Thorium metallisch reduziert und zwischengelagert wird, was die Radioaktivität verringert und die Umwandlung in Uran 233 im Fluorid-Zustand ermöglicht, worauf dieses dann in den Haupt-Primärkreislauf zu-

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rückgeführt wird (s. Zeitschrift "Revue Energie Nucleaire", Band 3, Nr. 2 aus März 1971, Aufsatz "Les recteurs ä sels fondues").

Bei diesen herkömmlichen Bauarten sind die drei Hauptbestandteile des Prxmärkreislaufes der Brennstoff-Salzschmelze, nämlich der Reaktorkern, die Primär-Wärmetaus-cher und die den Umlauf des Brennstoffs in diesem Kreislauf bewirkenden Pumpen, miteinander durch Rohrleitungen verbunden, die eine oder mehrere Schleifen bilden, welche außerhalb der den Kern enthaltenden Wanne angeordnet sind. Diese Rohrleitungen müssen genügend biegsam sein, damit ihre Beanspruchungen thermischen Ursprungs erträglich bleiben. Ferner werden bei den zur Zeit bekannten Ausführungsarten die Pumpen entweder in dem heißen Zweig dieser Schleifen, der die aus dem Reaktorkern austretende Salzschmelze aufnimmt, oder in dem kalten Zweig am Austritt aus den Pr imär-Wärmetauschern angeordnet. Aber diese Ausführungsarten haben den Nachteil, daß sie einen großen Teil des Primärkreislaufes in Gegenwart der Salzschmelze ihrer höchsten Temperatur aussetzen; dadurch werden nicht nur die thermischen Beanspruchungen verschlimmert, sondern werden auch die Probleme vermehrt, welche die chemische Korrosion der Bauteile durch die Salzschmelze hervorruft, deren Angriff svermögen sehr schnell mit der Temperatur ansteigt.

Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor der oben genannten Art, dessen Primärkreislauf unmittelbar in die den Reaktorkern enthaltende Wanne eingebaut ist, was die dargelegten Nachteile zu vermeiden ermöglicht. Insbesondere weist dieser Primärkreislauf innerhalb einer gemeinsamen Wanne, die den Reaktorkern enthält, der aus einer Moderator-Masse besteht, die von Kanälen für den Umlauf der Salzschmelze versehen ist, mindestens einen Primär-Wärmetauscher, der möglichst nahe dem Reaktorkern angeordnet ist

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und die heiße Salzschmelze unmittelbar am Austritt aus dem Reaktorkern aufnimmt, und Umwälzpumpen auf, welche die aus den Wärmetauschern austretende Salzschmelze aufnehmen und in den Kern zurückfördern.

Gemäß der Erfindung ist der Salzschmelzen-Kernreaktor der oben genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß die freien Räume in der Wanne, die sich zwischen dem Reaktorkern, den Wärmetauschern und den Pumpen befinden, von einem inerten, mit der Salzschmelze verträglichen Stoff gefüllt, daß aber in diesem Stoff Verbindungskanäle für den Durchfluß der umgewälzten Salzschmelze angeordnet sind.

Die gewählte Anordnung, die vor allem darin besteht, den Reaktorkern, die Wärmetauscher und die Pumpen für die Rückförderung der aus di,esen Wärmetauschern austretenden

t
Salzschmelze zum Reaktorkern im Inneren einer und derselben Wanne anzuordnen, ermöglicht, dasjenige Volumen an Salzschmelze, das die höchste Temperatur des Kreislaufes innehat, auf den Kleinstwert zu verringern, wobei der oder die Primär-Wärmetauscher oder die diese Wärmetauscher bildenden getrennten Bauteile unmittelbar an die Austrittsöffnung des Reaktorkerns durch Kanäle verringerten Durchmessers angeschlossen sein können, während das aus dem Reaktorkern, den Wärmetauschern und den Pumpen bestehende Ganze in einer einzigen Höhlung oder Wanne angeordnet ist, die den gesamten Kreislauf umschließt. Daher sind diejenigen metallischen oder sonstigen Bauteile, die den schwierigsten Betriebsbedingungen, insbesondere der Berührung mit der heißen Salzschmelze ausgesetzt sind, aufs äußerste beschränkt, nämlich die meisten Teile des Primärkreislaufes nur mit dem kalten Brennstoffsalz in Berührung, und dort sind die Verbindungskanäle so berechnet und bemessen, wie die Strömungstechnische Wirkungsweise der Anlagen erfordert.

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Ferner ergibt diese integrierte Reaktorbauart, daß die die Salzschmelze enthaltende Wanne eine einfache Form hat, welche die Kühlung und die Wärmeisolierung der Wanne erleichtert.

Eine erste Abwandlung der Erfindung besteht darin, daß der Reaktorkern in der Mitte einer offenen zweiten Wanne von senkrechter Achsrichtung angeordnet und von einem seitlichen Reflektor umgeben ist, der mit der Innenwand der ersten Wanne einen Ringraum bildet, und daß die Pumpen für die Umwälzung der Salzschmelze und die Wärmetauscher in diesem Ringraum angeordnet, und zwar rings um den Reaktorkern regelmäßig verteilt sind.

Ein besonderes Merkmal dieser ersten Abwandlung besteht darin, daß die Umwälzpumpen und die Wärmetauscher im Ringraum unter einem oberen Verschlußdeckel aufgehängt sind, der sich waagerecht über der Wanne erstreckt, und daß dieser Verschlußdeckel in seiner Mitte senkrecht über dem Kern eine öffnung aufweist, die mit einem beweglichen Verschlußstopfen versehen ist.

Eine zweite Abwandlung der Erfindung, welche die Länge und Weite der von der Salzschmelze durchströmten Kanäle am Austritt aus dem Reaktorkern noch mehr zu verringern ermöglicht, besteht darin, daß jede Umwälzpumpe in dem Ringraum unmittelbar unter je einem Wärmetauscher angeordnet und mit diesem zu je einer Umwälzpumpe-Wärmetauscher-Einheit zusammengebaut ist und daß die Verbindungskanäle, die diese Einheiten mit dem Reaktorkern verbinden, durch Kanäle gebildet sind, die von der Wannenachse ausgehend radial im oberen und im unteren Bereich des Reaktorkerns angeordnet sind.

Unabhängig davon, welche Ausführungsform des Primär-

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kreislaufes man wählt, insbesondere wie man die Bauteile dieses Kreislaufes zueinander anordnet, empfiehlt sich, daß der inerte, mit der Salzschmelze verträgliche Stoff, mit dem die zwischen dem Reaktorkern, den Wärmetauschern und den Umwälzpumpen befindlichen Zwischenräume ausgefüllt sind, damit der freie Raum für die Umwälzung möglichst klein ist, aus expandiertem Graphit besteht.

Die Verwendung von Graphit in der Wanne eines Salzschmelzen-Kernreaktors ist schon vorgeschlagen worden. Aber bei den bekannten Bauarten hat dieser Stoff die Form imprägnierter Blöcke, und das ergibt zwei Nachteile, nämlich daß diese Blöcke erstens teuer sind und zweitens hohe örtliche Temperaturen ergeben, die in gewissen Fällen untragbar sind. Es bilden sich nämlich bei Graphitblöcken, welche die freien Räume, z. B. im Ringraum um den Reaktorkern zwischen den Pumpen und den Wärmetauschern, ausfüllen sollen, unvermeidlicherweise infolge der für Bau und Betrieb nötigen Spiele dünne stillstehende Schichten der Salzschmelze. Infolgedessen finden in den Kernbestandteilen dieser Salze, die der sie umgebenden Neutronenstrahlung ausgesetzt sind, Kernreaktionen statt, welche eine Wärmeenergie freisetzen, die nicht vermöge Wärmeleitung durch den Graphit hindurch abfließen kann, da dieser im allgemeinen ein schlechter Wärmeleiter ist. In manchen Fällen können sehr hohe Temperaturen entstehen, welche gutes Funktionieren der Anlage verhindern, indem sie schwere Schäden an gewissen Bauteilen der Wanne oder den die Salzschmelze enthaltenden Bauteilen hervorrufen.

Aber die Verwendung expandierten Graphites ermöglicht, diese Nachteile zu mildern. Vorzugsweise wird dieser Graphit aus blättrigen Körnern von Graphit erzeugt, die plötzlich stark erhitzt werden, so daß ein Wärmestoß entsteht, der die Umwandlung dieser Körner in Flocken bewirkt. Diese

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Flocken werden dann aneinandergepreßt zu Graphitblöcken von Dichte 0,1 bis 2. Diese Zusammenpressung kann isostatisches Pressen oder durch Pressen in nur einer Richtung geschehen, je nach der zu erreichenden Eigenart des Erzeugnisses und nach der Bauart der benutzten Fabrikationseinrichtungen.

Ein bemerkenswerter Vorteil des expandierten Graphits ergibt sich aus der Möglichkeit, Preßblöcke zu schaffen, die leicht sind und deren Oberfläche praktisch undurchlässig ist für Flüssigkeiten, die starke Oberflächenspannung aufweisen; genau dies ist der Fall bei der im Reaktor umlaufenden Salzschmelze bei der Berührung mit diesen Blökken, welche die freien Räume in der Wanne ausfüllen. Diese freien Räume, insbesondere an dem in der Wanne gebildeten Ringraum, können mit expandiertem Graphit ausgefüllt , werden, dessen Verdichtung auf die gewünschte Dichte ohne vorheriges Ausglühen an Ort und Stelle, insbesondere in Bereichen verwickelter Form, z. B. um die von der Salzschmelze durchflossenen Kanäle herum, vorgenommen werden kann. Diese Kanäle, die den Reaktorkern mit den Wärmetauschern und den Umwälzpumpen verbinden, lassen sich in der Masse expandierten Graphites erzeugen, und zwar entweder durch Schaffung von Hohlräumen für das beim Füllen der Wanne nötige Forastück oder durch Verwendung von Rohren aus dichtem Graphit, um die herum dann die Füllschicht aus expandiertem Graphit verdichtet wird.

Zu bemerken bleibt schließlich noch, daß die Verwendung expandierten Graphits, weil dieser keine Bemessungsbeschränkung für die Graphitmasse auferlegt, es möglich macht, Fugen zwischen Blöcken in denjenigen Bereichen, wo die Dichte des Heutronenflusses untragbare Temperatur in der in diesen Fugen eingeschlossenen Salzschmelze ergeben würde, zu vermeiden; man kann die Anordnung dieser Masse

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notfalls so wählen, daß ein leichter Umlauf der Salzschmelze zugelassen und so ein Stillstand der Schmelze vermieden wird.

Weitere Merkmale eines erfindungsgemäßen Salzschmelzen-Kernreaktors werden aus der nun folgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele - die Erfindung ist keineswegs auf diese Beispiele beschränkt - und der anliegenden Zeichnung ersichtlich. Diese zeigt in

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kernreaktors in senkrechtem Längsschnitt in schematischer Darstellung;

Fig. 2 eine andere Ausführungsform des betrachteten Kernreaktors in senkrechtem Längsschnitt;

Fig. 3 eine Einzelheit der Wand der Wanne des einen

oder des anderen Reaktors in größerem Maßstab.

In Fig. 1 ist der schematisch dargestellte Salzschmelzen-Kernreaktor als Ganzes mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet. Er weist innerhalb eines äußeren Schutzbehälters 2 mit dicken Betonwänden, der einen Hohlraum 3 bildet, eine zylindrische Wanne 4 mit senkrechter Achse und mit im wesentlichen kugelschalenförmigem Boden auf, die den Reaktorkern und den gesamten ihm zugehörigen Primärkreislauf einschließt. Diese Wanne 4 ist vorteilhafterweise an ihrer Außenwand von einer zweiten, parallelwandigen Wanne 4 a umgeben; der zwischen den beiden Wannen befindliche Zwischenraum 4 b ist mit einer geeigneten Kühlflüssigkeit gefüllt. Die Wannen 4 und 4 a hängen mittels ihrer oben offenen Teile unter einem Verschlußdeckel 5, der sich waagerecht erstreckt und auf einer im Außenbehälter 2 angeordneten Tragfläche 6 aufliegt. Der Reaktorkern 7 ist koaxial zur Wanne

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in deren unterem Teil angeordnet und ruht auf einer Sohlplatte 8, die ihrerseits auf einer zu ihr queren Tragkonstruktion 9 aufruht, welche an ihrem Umfang fest mit dem Boden 10 der Wanne 4 verbunden ist. Der Kern 7 ist aus einem Moderator, vorzugsweise Graphit, gebildet, der von (nicht gezeichneten) Umlaufkanälen für das geschmolzene Salz durchzogen ist. Der Kern 7 ist über seinem oberen Teil von einem Reflektor 11 abgedeckt und an seinen Seiten von einem zweiten Reflektor 12 umgeben; diese Reflektoren sind mit einer geeignet dicken Masse 11a bzw. 12 a aus einem einen Neutronenschutz bildenden Stoff bekleidet. Diese Bauteile des Kerns umgrenzen zwischen sich und über dem Kern mindestens einen engen Kanal 13, durch den die Salzschmelze, nachdem sie, von den nachstehend näher beschriebenen Umwälz-Vorrichtungen gefördert, den Kern von unten nach oben durchströmt hat, in einen oberen Bereich 14 abfließt, der einen Sammler bildet. Unter dem kern ist ferner ein unterer Reflektor 15 angeordnet, der zusammen mit den anderen Reflektoren die Neutronen im aktiven Reaktorteil zusammenzuhalten ermöglicht. Der Kern 7 und der seitliche Reflektor 12 befinden sich in einer dünnwandigen offenen Wanne 16, die innerhalb der ersten Wanne 4 angeordnet und auf der diese tragenden Konstruktion 9 aufgelagert ist und zusammen mit der Innenwand der ersten Wanne 4 einen Ringraum 17 bildet, der in seinem oberen Teil mit dem Sammler 14, in welchem sich die durch den Kanal 13 aus dem Kern kommende heiße Salzschmelze sammelt, verbunden ist und der die Vorrichtungen für die Abfuhr der beim Durchströmen des Kerns aufgenommenen Wärme und die Vorrichtungen für das Umwälzen der Salzschmelze enthält.

In diesem Ringraum 17 sind mehrere Wärmetauscher 18 und Umwälzpumpen 19 angeordnet, und zwar sind diese Primärkreislauf-Bestandteile so angeordnet, daß in diesem Raum gleichmäßigste Verteilung der Temperaturen und des Flüssig-

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keitsstromes erreicht wird. Die Wärmetauscher und die Pumpen sind von zylindrischen Schutzhüllen 20 bzw. 21 umgeben und sind bis in den oberen Teil der Wanne 4 hinaufgeführt und dort an dem Verschlußdeckel 5 aufgehängt. Die Schutzhüllen 20 und 21 münden in ihrem oberen Teil in den Sammler 14 und in ihrem unteren Teil in einen zweiten Sammler 22, in welchem die aus den Wärmetauschern ausströmende kalte Salzschmelze in die Pumpen einströmt, um von diesen zurück zum Reaktorkern, nämlich unter die diesen tragende Sohlplatte 8 gefördert zu werden. Die Wärmetauscher 18 hängen in dichten Verschlußstopfen 23, welche im Verschlußdeckel vorgesehene und geeignet dimensionierte Öffnungen verschließen, und die Umwälzpumpen 19 hängen in Verschlußstopfen 24, welche die Antriebsmotoren dieser Pumpen tragen. Der Verschlußdeckel 5 enthält ferner in seinem mittleren Teil über dem Kern 7 einen Verschlußstopfen 25, der beweglich ist, so daß man durch den Neutronenschutz 11a und durch den oberen Reflektor 11 hindurch an den Kern mittels Ladevorrichtungen 26, die von außerhalb der Wanne durch Antriebsvorrichtungen 27 betätigt werden, herangelangen kann.

Gemäß einer wesentlichen Anordnung der Erfindung ist der zwischen den Wannen 4 und 16 befindliche Ringraum in den freien Räumen, die sich außerhalb der die Wärmetauscher 18 und die Pumpen 19 umgebenden Hüllen 20 und 21 befinden, mit einem inerten Stoff 28 gefüllt, der sich mit der Salzschmelze verträgt; dieser Stoff füllt auch den Boden der Wanne 4 und den im oberen Teil der Wanne 4 unter dem Verschlußdeckel 5, über und unter den Sammlern 14 und 22, befindlichen Raum. Dieser inerte Stoff ist vorzugsweise expandierter Graphit.

Der Umlauf der Salzschmelze in dem vom Reaktorkern 7, den Wärmetauschern 18, den Pumpen 19 und den Sammlern 14

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und 22 gebildeten Primärkreislauf ist wie folgt: Die aus dem Kern oben ausströmende heiße Salzschmelze tritt in den Kanal 13 und fließt in diesem längs des Pfeiles 29 in Richtung zum Sammler 14; von dort strömt sie längs des Pfeiles 30 in die Wärmetauscher 18, in denen sie die beim Durchgang durch den Kern aufgenommene Wärme an eine geeignete Sekundärflüssigkeit abgibt, welche in den WärmeT tauschern durch die Leitungen 31 und 32 fließt; die abgekühlte Salzschmelze strömt dann in den Ausgangssammler 22 und dort in die Kreisel 33 der Pumpen 18, die sie unter den Kern drücken, so daß sie diesen von neuem durchläuft, und zwar auf dem durch den Pfeil 34 schematisch angezeigten Störmungsweg.

Die für die Gestaltung des Primärkreislaufes in der Reaktorwanne geplanten Anordnungen bestehen also darin, durch geschickte Füllung der Zwischenräume zwischen den Pumpen und den Wärmetauschern in dem den Kern umgebenden Ringraum und um die Sammler herum für die heiße und danach die gekühlte Salzschmelze die Abmessungen des von der Salzschmelze durchflossenen Strömungsweges aufs äußerste zu verringern. Insbesondere derjenige Teil dieses Strömungsweges, auf dem die Salzschmelze ihre höchste Temperatur hat, d. h. zwischen dem Austritt aus dem Kern und dem Eintritt in die Wärmetauscher - dieser Teil ist durch den Kanal 13 und den Sammler 14 gebildet - ist verkürzt, so daß sich die Korrosion der Wannen-Bauteile durch die Salzschmelze auf erträglichem Wert halten läßt.

Bei der in Fig. 2 gezeigten anderen Ausführungsform kann man ferner den Strömungsweg der Salzschmelze zwischen den Wärmetauschern und den Pumpen dadurch verringern, daß man unmittelbar in dem zwischen der Wanne und dem Kern befindlichen Ringraum aus Pumpe und Wärmetauscher be'stehende

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Gruppen anordnet/ und zwar unter jedem Wärmetauscher koaxial zu diesem je eine Pumpe anordnet. Wie Fig. 2 (in ihr sind gleiche Bezugsziffern wie in Fig. 1 verwendet) zeigt, läßt sich die Strömungsbahn der Salzschmelze im heißen Teil des Primärkreislaufes zwischen dem Kern 7 und dem Eintritt in die Wärmetauscher 18 auf radiale Kanäle 35 verringern; der Rücklauf der aus dem Kreisel 33 der Pumpe 19 ausströmenden Salzschmelze geschieht durch andere Leitungen 36, die sich radial von diesen Pumpen zur Mitte des Kernes hin erstrecken. Rings um die Leitungen 35 und 36 ist der expandierte Graphit 28, der die freien Räume erfüllen soll, auf passende Dichte verdichtet; das Einbringen der Masse kann dadurch geschehen, daß in den noch leeren Kern Formstücke eingesetzt werden, welche die Rauminhalte des Kernes, der Wärmetauscher, der Pumpen Und der Verbindungskanäle bestimmen, ,und dann der expandierte Graphit um diese Formstücke herumgepreßt wird; wenn das Einbringen beendet ist, werden diese Formstücke entfernt, so daß der Raum für den Einbau der entsprechenden Teile der Anlage frei ist.

Bei beiden oben beschriebenen Ausführungsformen eines Salzschmelzen-Kernreaktors ist der gesamte Primärkreislauf im Inneren der den Reaktorkern enthaltenden Wanne angeordnet. Bei solcher Bauart ist der Schutz der Bauteile dieses Primärkreislaufes gegen Neutronenstrahlung nur nach der Tatsache zu betrachten, daß die Salzschmelze selbst eine Neutronenquelle ist, was unvermeidlicherweise diese Bauteile strahlungsaktiv macht und entsprechende Gestaltung und Anordnung dieser Bauteile erfordert, wobei ihr integrierter Stromweg mit der mechanischen Festigkeit vereinbar bleiben muß. Andererseits wird durch die vorgesehenen Anordnungen, da diese den Strömungsweg der heißen Salzschmelze zwischen dem Austritt aus dem Kern und dem Eintritt in die Primär-Wärmetauscher beschränken, die Korrosionsgefahr beträcht-

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lieh vermindert. Denn die heiße Salzschmelze kommt mit nur einem sehr geringen Teil der Bauteile des Kernes und des Primärkreislaufes in Berührung, während der größte Teil von ihm nur von der kalten Salzschmelze bespült wird.

Um die Wirkungen der die Bauteile des Reaktorkernes berührenden Salzschmelze noch mehr zu begrenzen, kann es besonders vorteilhaft sein, die Wanne des Reaktors zu kühlen, nämlich die Wand der Wanne in den von der Salzschmelze bespülten Bereichen von außen zu kühlen. Zu diesem Zweck kann man an dieser Wand zum Inneren der Wanne hin einen selbständigen Kühlkreislauf eines geeigneten Kühlmittels zusammen mit einer durchbrochenen Wärmedämmschicht 41 von an sich bekannter Art vorsehen. Dank dieser Anordnung entsteht bei Berührung mit der Wanne 4 eine Zone^; 42, in der die Salzschmelze erstarrt, dahinter eine Zone 43, in der sich der Aggregatzustand der Schmelze ändert, und schließlich eine Zone, in der sich das flüssige Salz befindet; durch die so gebildete erstarrte Schicht ist die Wand der Wanne von der umlaufenden Salzschmelze isoliert. Die korrodierende Wirkung der Salzschmelze wird also noch mehr verringert; hierdurch ist es möglich, als Baustoff der Wanne gewöhnlichen Stahl zu verwenden, also kostspieligen und schwer bearbeitbaren SpezialStahl zu vermeiden.

Diese Schicht erstarrten Salzes an der Innenfläche der Wanne läßt sich folgendermaßen herstellen: Zunächst wird, nachdem die Wanne mit dem expandierten Graphit umgeben und mit dem Brennstoff-Salz gefüllt ist, das Ganze auf eine Temperatur erwärmt, die höher als der Schmelzpunkt des von den neutralen Bestandteilen des Brennstoff-Salzes, z. B. Mischung aus Lithium und Beryllium, gebildeten Eutektikums ist; diese Temperatur, die z. B. 400 ⁰C sein kann, wenn die Schmelztemperatur des Salzes etwa 350 ⁰C ist, ermöglicht

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den neutralen Bestandteilen des Salzes, die Zwischenräume auszufüllen, welche durch die Dehnungsunterschiede zwischen der Wanne und dem expandierten verdichteten Graphit entstanden sein mögen. Danach wird die Wanne unter den
Erstarrungspunkt des Eutektikums, z. B. bis auf 300 ⁰C
herab, gekühlt. Wenn alles die Räume zwischen der Wanne
und dem Graphit füllende Salz erstarrt ist, wird die Wanne geleert und danach, während die Wanne auf 300 ⁰C gehalten wird, der Kern mit den zur Reaktion nötigen wirksamen Bestandteilen des Brennstoff-Salzes gefüllt. Danach wird die Kühlung der Wannenwand auf 300 ⁰C mittels des
Kreislaufes 40 weiterhin während des ganzen Betriebes des Reaktors aufrechterhalten, damit nicht das Salz in Berührung mit der Wanne kommt, sondern die Wanne ständig durch die Zonen 42 und 43 isoliert bleibt.

Natürlich braucht man, wenn man aus irgendwelchem
Grunde die Schutzschicht erneuern will, nur die Temperatur auf 400 ⁰C zu erhöhen, so daß alles Salz entfernt werden
kann, und dann die oben beschriebenen Arbeitsvorgänge von neuem zu beginnen. Bemerkt sei noch, daß die oben beschriebene Kühlung keine große Feinheit der Regelung erfordert? Schwankungen von plus oder minus 25 ⁰C stören nicht, denn solche Anlage hat ein hohes Beharrungsvermögen. Diese Regelung läßt sich übrigens einfach dadurch bewirken, daß
der Druck des Dampfes, der in den von der Kühlflüssigkeit im Kreislauf 40 beheizten Wärmetauschern entsteht, entsprechend eingestellt wird.
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In allen Fällen wird durch den Einlauf des Primärkreislaufes in die Wanne erreicht, daß man mit einem wesentlich kleineren Salzschmelzen-Volumen als bei den bekannten mit Außenschleifen ausgestatteten Bauarten auskommt und daß
man wesentlich leichter an die verschiedenen, instandzühaltenden und ggf. zu ersetzenden Bauteile herankommt;

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diese Bauteile sind nämlich an einem einzigen Ort vereinigt, wo die zu ihrer Instandhaltung nötigen Mittel leichter zusammengefaßt werden können.

Natürlich ist die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen und gezeichneten Ausführungsbeispiele beschränkt; sie umfaßt vielmehr auch alle Abwandlungen.

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Claims

Ansprüche

1.)Salzschmelzen-Kernreaktor, welcher in einer gemeinsamen Wanne den Reaktorkern, der aus einer Moderator-Masse mit darin angeordneten Kanälen für den Umlauf der Salzschmelze besteht, ferner mindestens einen Primär-Wärmetauscher, der ganz dicht am Reaktorkern angeordnet ist und von der heißen Salzschmelze unmittelbar hinter dem Austritt aus dem Reaktorkern durchflossen wird, und Umwälzpumpen für die Förderung der aus den Wärmetauschern austretenden kalten Salzschmelze und zurück zum Reaktorkern enthält/ dadurch gekennzeichnet, daß die freien Räume in der Wanne (4), die sich zwischen dem Reaktorkern (7), den Wärmetauschern (1i8) und den Pumpen (19) befinden, von einem inerten, mit der Salzschmelze verträglichen Stoff (28) gefüllt, daß aber in diesem Stoff Verbindungskanäle für den Durchfluß der umgewälzten Salzschmelze angeordnet sind.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktorkern (7) in der Mitte einer offenen zweiten Wanne (16) von senkrechter Achsrichtung angeordnet und von einem seitlichen Reflektor (12) umgeben ist, der mit der Innenwand der ersten Wanne (4) einen Ringraum (17) bildet, und daß die Pumpen (19) für die Umwälzung der Salzschmelze und die Wärmetauscher (18) in diesem Ringraum (17) angeordnet, und zwar rings um den Reaktorkern (7) regelmäßig verteilt sind (Fig. 1).

3. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpen (19) und die Wärmetauscher (18) im Ringraum (17) unter einem oberen Verschlußdeckel (5)

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aufgehängt sind, der sich waagerecht über der Wanne (4) erstreckt, und daß dieser Verschlußdeckel (5) in seiner Mitte senkrecht über dem Kern eine öffnung aufweist, die mit einem beweglichen Verschlußstopfen (25) versehen ist.

4. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Umwälzpumpe (19) in dem Ringraum (17) unmittelbar unter je einem Wärmetauscher (18) angeordnet und mit diesem zu je einer Umwälzpumpe-Wärmetauscher-Einheit zusammengebaut ist und daß die Verbxndungskanäle, die diese Einheiten mit dem Reaktorkern (7) verbinden, durch Kanäle (35, 36) gebildet sind, die von der Wannenachse ausgehend radial im oberen und im unteren Bereich des Reaktorkerns (7) angeordnet sind (Fig. 2).

5. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der inerte, mit der Salzschmelze verträgliche Stoff, mit dem die zwischen dem Reaktorkern, den Wärmetauschern und den Umwälzpumpen befindlichen Zwischenräume ausgefüllt sind, damit der freie Raum für die Umwälzung möglichst klein ist, aus expandiertem Graphit besteht.

6. Kernreaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der expandierte Graphit aus blättrigen Körnern von Graphit erzeugt ist, die durch plötzliche Erhitzung flockenförmig gemacht und dann unmittelbar im Inneren des Kernreaktors verdichtet worden sind.

7. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand der ersten Wanne (4) innen mit einer Wärmeisolierung (41) und außen mit einer Kühleinrichtung (40) versehen ist, welche teilweise Erstarrung der Salzschmelze an dieser Wand bewirkt, damit die korrodierende Wirkung der umlaufenden Salzschmelze auf die Wand vermindert wird (Fig. 3).

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