DE950494C - Procedure for carrying out nuclear fission - Google Patents

Procedure for carrying out nuclear fission

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DE950494C DEST9061A DEST009061A DE950494C DE 950494 C DE950494 C DE 950494C DE ST9061 A DEST9061 A DE ST9061A DE ST009061 A DEST009061 A DE ST009061A DE 950494 C DE950494 C DE 950494C
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Durchführen von Kernspaltungen, in dem als Kernbrennstoff eine Suspension von fester spaltbarer Materie in eimer Trägerflüssigkeit verwendet wird, welche Suspension zwecks Gewinnung von thermischer Energie durch einen Kernreaktor und einen Wärmeaustauscher zirkuliert.The invention relates to a method for carrying out nuclear fission in which as nuclear fuel a suspension of solid fissile matter in a bucket of carrier liquid is used, which suspension for the purpose of obtaining thermal energy through a nuclear reactor and a Heat exchanger circulates.

Die Suspension kann z. B. aus einer Verbindung (beispielsweise einem Oxyd) von natürlichem oder angereichertem Uran bestehen, die in gewöhnlichem oder schwerem Wasser suspendiert worden ist.The suspension can e.g. B. from a compound (for example an oxide) of natural or enriched uranium suspended in ordinary or heavy water.

Dabei besteht die Möglichkeit, daß die Suspension der spaltbaren Materie in schwerem Wasser eine solche ist, daß der Reaktor keinen gesonderten Moderator zu enthalten braucht (homogene Reaktoren). Dies läßt sich verwirklichen, indem man eine Suspension verwendet, weiche besteht aus einem Gemisch der spaltbaren Materie und eines festen Moderators, wie BeO in schwerem Wasser. Bei anderen Reaktortypen, den sogenannten heterogenen Reaktoren, findet keine oder bloß eine teilweise Vermischung des Moderators mit der spaltbaren Materie statt. Ein gesonderter Moderator kann dann unbeweglich in dem Reaktor aufgestellt sein oder in einen gesonderten Elüssigkeitskreiislauf aufgenommen werden. Letzteres ist der Fall, wennThere is the possibility that the suspension of the fissile matter in heavy water one such is that the reactor does not need to contain a separate moderator (homogeneous reactors). This can be accomplished by using a suspension made up of a mixture of the fissile matter and a solid moderator such as BeO in heavy water. With other types of reactors, the so-called heterogeneous reactors, none or only one takes place partially Mixing of the moderator with the fissile matter takes place. A separate moderator can then be set up immobile in the reactor or in a separate liquid circuit be included. The latter is the case, though

eine Flüssigkeit, ζ. B. schweres Wasser, als Moderator angewandt wird.a liquid, ζ. B. heavy water is used as a moderator.

Eine Schwierigkeit, die sich in vielen Fällen bei der Verwendung v©n Kernibrennstoffsuspensionen geltend macht, ist, daß diese bei den Konzentrationen, wie sie innerhalb des Reaktors erwünscht sind, gewöhnlich eine so hohe Viskosität besitzen, daß sie sich nur schwer rundpumpen lassen. Bed dieser Konzentration ist außerdem eine kontinuierliehe Abtrennung von Spaltprodukten aus der Trägerflüssigkeit beschwerlich durchzuführen.A difficulty that arises in many cases when using nuclear fuel suspensions asserts is that these are at the concentrations as desired within the reactor are usually of such a high viscosity that they are difficult to pump round. Bed this concentration is also a continuous separation of cleavage products from the Carrier liquid cumbersome to carry out.

Dies ist besonders dann der Fall, wenn man die Brennstoffsuspension unter der Wirkung der Schwerkraft durch den Reaktor strömen, läßt, weil in diesen Fällen die Suspension überhaupt eine höhe Viskosität aufweist.This is especially the case when the fuel suspension is under the action of the Gravity flow through the reactor, because in these cases the suspension at all has a high viscosity.

Nadhder Erfindung lassen sich die obenerwähnten Schwierigkeiten dadurch völlig beheben, daß man die Suspension außerhalb des Kernreaktors verdünnt mit einer zusätzlichen Menge Trägerflüssigkeit, besagte zusätzliche Menge wieder von der verdünnten Suspension abscheidet bevor diese wieder in den Kernreaktor eintritt, und die Beförderung der Suspension mit der verdünnten Suspension durchführt.The invention can add the above-mentioned Eliminate difficulties completely by diluting the suspension outside of the nuclear reactor with an additional amount of carrier liquid, said additional amount separates again from the diluted suspension before it re-enters the nuclear reactor, and the carriage of the suspension with the diluted suspension performs.

Mit Vorteil kann man die abgeschiedene Trägerflüssigkeit wenigstens teilweise von Spailtprodukten befreien und -anschließend die gereinigte Flüssigkeit wieder für die Verdünnung der Suspension benutzen. In dieser Weise wird eine kontinuierliche Reinigung der Brennstoffsuspension erzielt.The separated carrier liquid can advantageously be used at least partially free from Spailt products and then the purified liquid use again to dilute the suspension. In this way it becomes continuous Purification of the fuel suspension achieved.

Vorzugsweise erfolgt die Abscheidung der zusätzlichen Menge Trägerflüssigkeit mit Hilfe von wenigstens einem Eindickhydrozyklon.The additional amount of carrier liquid is preferably deposited with the aid of at least one thickening hydrocyclone.

Hydrozyklone weisen nämlich den Vorteil auf, daß mechanisch bewegte Einzelteile völlig fehlen, so daß Instandhaltungsaribeiten, die infolge der auftretenden starken Strahlung sehr erschwert werden, fast ganz überflüssig sind. Außerdem ist die Kapazität pro Volumeneinheit im Vergleich zu anderen Eindickertypen sehr groß; hierdurch ist es möglich, die Gesamtmenge der zirkulierenden Suspension gering z.u halten.Hydrocyclones have the advantage that mechanically moving individual parts are completely absent, so that maintenance work, which is made very difficult as a result of the strong radiation that occurs, are almost entirely superfluous. Also, the capacity per unit volume is compared to others Thickener types very large; this makes it possible to reduce the total amount of the circulating suspension to be kept low.

Vorzugsweise findet die Beförderung der verdünnten Suspension mit Hilfe eines vorwiegend senkrecht angeordneten Steigrohrs statt, in das ein Gas eingeblasen wird. Die verdünnte Suspension wird durch dieses Gas hinaufbefördert, worauf das Gas abgetrennt und auf Wunsch rezirkuliert werden kann. Das Gas hat dabei überdies noch eine Sonderfunktion, und zwar die, daß etwa vorhandene, unter den herrschenden Temperatur- und Druckverhältnissen gasförmige Spaltprodukte wie J135 und das daraus gebildete Xe135 aus der Suspension gespült und aus dem Gas ausgeschieden werden können. Dies ist auch von besonderer Bedeutung für die D2- und H2-Mengen, die durch die Wirkung der Strahlung gebildet werden. Werden diese GaseThe diluted suspension is preferably conveyed with the aid of a predominantly vertically arranged riser pipe into which a gas is blown. The diluted suspension is carried up through this gas, whereupon the gas can be separated and, if desired, recirculated. The gas also has a special function, namely that any existing fission products such as J 135 and the Xe 135 formed from it, gaseous under the prevailing temperature and pressure conditions, can be flushed out of the suspension and eliminated from the gas. This is also of particular importance for the D 2 and H 2 quantities that are formed by the action of the radiation. Will these gases

- nicht regelmäßig entfernt, so besteht die Möglichkeit, daß sie in der Vorrichtung zusammen mit O2, das sich gleichfalls dort entwickelt, gefährliche Mengen Knallgas bilden. Diese Stoffe können, ohne daß man sie von dem .Gas zu trennen braucht, mit O2 katalytisch verbrannt werden. Die Verdünnung der Suspension mit Trägerflüssigkeit kanu gegebenenfalls bereits vor dem Eintritt in den Wärmeaustauscfher stattfinden.- not regularly removed, there is the possibility that they form dangerous amounts of oxyhydrogen in the device together with O 2 , which is also developed there. These substances can be catalytically burned with O 2 without having to separate them from the gas. The dilution of the suspension with the carrier liquid can, if necessary, take place before it enters the heat exchanger.

Da die Viskosität von z. B. UO2-Su.spensionen in Wasser in starkem Maße durch die Konzentration bestimmt wird, kann man sich zu einer beträchtliehen Herabsetzung der Viskosität mit verhältnismäßig geringen Mengen Trägerflüssigkeit begnügen. Dadurch kann der Nachteil der Temperaturerniedrigung, die sich beim Mischen der heißen Suspension mit der abgekühlten Trägerflüssigkeit einstellt, verhältnismäßig gering sein. Wenn nötig, kann auch ein Teil der Trägerflüssigkeit vor dem Eintritt der Suspension in den Wärmeaustauscher und der Rest nach dem Austritt aus diesem Austauscher zugesetzt werden.Since the viscosity of e.g. B. UO 2 -Su.spensions in water is largely determined by the concentration, one can be content to reduce the viscosity considerably with relatively small amounts of carrier liquid. As a result, the disadvantage of the temperature decrease that occurs when the hot suspension is mixed with the cooled carrier liquid can be relatively small. If necessary, some of the carrier liquid can also be added before the suspension enters the heat exchanger and the remainder can be added after it leaves this exchanger.

Die verdünnte Suspension kann gegebenenfalls einer Reinigung ^unterzogen werden zwecks Entfernung von in der Trägerflüssigkeit gelösten Spaltprodukten. In dieser Weise bietet das Verfahren nach der Erfindung eine weitere Möglichkeit zur kontinuierlichen Reinigung des Kernbrennstoffs.The diluted suspension can optionally be subjected to purification for the purpose of removal of fission products dissolved in the carrier liquid. In this way the procedure provides According to the invention, a further possibility for continuous purification of the nuclear fuel.

Zur Erläuterung der Erfindung und ohne dieselbe darauf beschränken zu wollen, sind in den Zeichnungen schematisch Vorrichtungen dargestellt worden, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet sind.To explain the invention and without wishing to restrict it thereto, are in the Drawings have been shown schematically devices for carrying out the invention Process are suitable.

Fig. ι zeigt schematisch einen heterogenen>Fig. Ι shows schematically a heterogeneous>

Fig. 2 einen homogenen Reaktor.Fig. 2 shows a homogeneous reactor.

In Fig. ι besteht der Reaktor aus einem Raum 1 für die Kernbrennstoff suspension, um den herum ein Raum 2 für einen flüssigen Moderator vorgesehen ist. Der Reaktor ist von einem Reflektor 3 umgeben, der z. B. aus Wismut bestehen kann.In FIG. 1, the reactor consists of a space 1 for the nuclear fuel suspension, around which a space 2 is provided for a liquid moderator is. The reactor is surrounded by a reflector 3 which, for. B. can consist of bismuth.

Der flüssige Moderator, z. B. schweres Wasser, zirkuliert mit Hilfe der Pumpe 4 durch den Reaktor und einen. Wärmeaustauscher 5. Die aus dem Reaktor austretende konzentrierte Brennstoffsuspension fließt durch den Wärmeaustauscher 14 und wird anschließend mit in der Leitung 16 strömenden Trägerflüssigkeit verdünnt. Die verdünnte Suspension wird anschließend durch die Leitung 6 hinaufgepumpt, indem man in? die Leitung 6 ein Gas wie Kohlensäure oder Helium leitet, welches Gas durch die Pumpe 7 herangeführt wird. In der Trennvorrichtung 8 wird das Gas von der Suspension getrennt. Das Gas strömt anschließend durch eine Vorrichtung oa, in der die durch die Wirkung der Strahlung gebildeten D2- oder H2-Mengen wieder in Wasser umgewandelt werden. Dieses Wasser und das etwaig im Gas vorhandene Wasser werden in der -Vorrichtung a& aus dem Gas entfernt, z. B. durch Kühlung, und anschließend in den Trennungsapparat 8 zurückgeführt. Das Gas strömt dann über einen Reinigungsapparat 10, in dem gasförmige Spaltprodukte z. B. durch Absorption ent- iao fernt werden, nach der Pumpe 7 zurück. Etwaige Gasverluste können mittels durch die Leitung 42 zugeführten Gases ergänzt werden.The liquid moderator, e.g. B. heavy water circulates with the help of the pump 4 through the reactor and a. Heat exchanger 5. The concentrated fuel suspension emerging from the reactor flows through the heat exchanger 14 and is then diluted with the carrier liquid flowing in the line 16. The diluted suspension is then pumped up through line 6 by adding? the line 6 conducts a gas such as carbon dioxide or helium, which gas is supplied by the pump 7. In the separation device 8, the gas is separated from the suspension. The gas then flows through a device o a , in which the D 2 or H 2 quantities formed by the action of the radiation are converted back into water. This water and any water present in the gas are removed from the gas in the device a &, e.g. B. by cooling, and then returned to the separation apparatus 8. The gas then flows through a cleaning apparatus 10, in which gaseous fission products z. B. removed by absorption iao, after the pump 7 back. Any gas losses can be supplemented by means of gas supplied through line 42.

Die Suspension fließt von der Trennvorrichtung 8 durch die Leitung 11 in einen Eindicker 12, der hier als ein Hydrozyklon ausgeführt ist. Die ein-The suspension flows from the separating device 8 through the line 11 into a thickener 12, which is here is designed as a hydrocyclone. The A-

gedickte Suspension strömt über die Leitung 13 dem Reaktor wieder zu. Wenn nötig, 'kann die Suspension, ehe diese in den Wärmeaustauscher 14 strömt, mit Trägerflüssigkeit verdünnt werden, die über die Leitung 19 'herangeführt wird. Mit Hilfe eines Regelventils 20 kann die zugefübrte Menge reguliert werden. In der Leitung 16 strömt die in dem Eindicker 12 abgetrennte Trägerflüssigkeit. Die Wirkung des Eindickers 12 ist mit Hilfe eines Regelventil 41 einstellbar.Thickened suspension flows back to the reactor via line 13. If necessary, 'the suspension, before this flows into the heat exchanger 14, are diluted with carrier liquid, the is brought in via line 19 '. With the help of a control valve 20, the added amount can be regulated. The carrier liquid separated in the thickener 12 flows in the line 16. The effect of the thickener 12 can be adjusted with the aid of a control valve 41.

In der Leitung 16 ist ein Reinigungsapparat 18 vorgesehen, in dem die abgeschiedene Trägerflüssigkeit von gelösten Spaltprodükten befreit wird.
Das Absperrventil 17 dient dazu, die Suspension im Notfall aus dem Kreislauf abzuführen.A cleaning apparatus 18 is provided in the line 16, in which the separated carrier liquid is freed from dissolved fission products.
The shut-off valve 17 is used to discharge the suspension from the circuit in an emergency.

In dem Raum 21 des in der Fdg. 2 dargestellten Reaktors wird die Kernspaltung mit Hilfe einer Suspension von Kernbrennstoff, z. B. angereichertem U O2, und gegebenenfalls von festen. Moderatör-In the space 21 of the reactor shown in FIG. B. enriched UO 2 , and optionally of solid. Moderator

2CX teilchen aufrechterhalten, wobei als Trägerflüssigkeit schweres Wasser dienen kann'. Eine ständige Mischung der Suspension, die eine hohe Viskosität besitzen kann, erreicht man durch Anwendung eines vibrierenden Rührwerks 22. Die Suspension kann durch die Leitungen 23 und 24 in einen Wärmeaustauscher 25 abgeführt werden, worauf die Suspension in die .Leitung 26 geführt wird, durch die auch Trägerflüssigkeit strömt, so daß eine Verdünnung dieser Suspension stattfindet. Die jetzt verdünnte und leicht rund zu pumpende Suspension strömt anschließend in das Steigrohr 27 und wird mittels eines in dieses Rohr eingeblasenen Gases hinausbefördert, welches Gas durch die Pumpe 32 über die Leitung 28 herangeführt wird. An der oberen Seite des Steigrohrs wird in dem Trennungeapparat 29 das Gas wieder von der Suspension getrennt. Das Gas strömt anschließend durch eine Vorrichtung'30°, in der die durch Zersetzung des Wassers in dem Reaktor anfallenden D2- und2CX particles are maintained, with heavy water serving as the carrier liquid '. A constant mixing of the suspension, which can have a high viscosity, is achieved by using a vibrating stirrer 22. The suspension can be discharged through the lines 23 and 24 into a heat exchanger 25, whereupon the suspension is passed into the line 26 which also flows the carrier liquid, so that a dilution of this suspension takes place. The now diluted and slightly round to be pumped suspension then flows into the riser pipe 27 and is conveyed out by means of a gas blown into this pipe, which gas is supplied by the pump 32 via the line 28. On the upper side of the riser pipe, the gas is separated again from the suspension in the separation apparatus 29. The gas then flows through a device at 30 ° in which the D 2 and

H2-Mengen z. B. auf katalytischem Wege zu Wasser verbrannt werden; weiterhin durch einen Wasserabscheider 3 o6 und einen Reinigungsapparat 31, wo die von dem Gas aus der Suspension mitgerissenen Spaltprodukte entfernt werden können.H 2 amounts, e.g. B. be burned catalytically to water; further through a water separator 3 o 6 and a cleaning apparatus 31, where the fission products carried along by the gas from the suspension can be removed.

Zum Schluß wird das Gas durch die- Ziorkulationsp.umpe 32 über das Rohr 28 wieder in das Steigrohr 27 eingespritzt. Etwaige Gasverluste können mittels durch die Leitung 39 zugeführten Gases ergänzt werden.Finally the gas is circulated through the circulating pump 32 is injected again into the riser pipe 27 via the pipe 28. Any gas losses can be avoided by means of be supplemented by the line 39 supplied gas.

Die verdünnte Suspension strömt aus dem Trennungsapparat 29 über das Fallrohr 33 in einen Eindickhydro'zyklon 34, wird dort zu der gewünschten Konzentration eingedickt und strömt anschließend wieder durch den Reaktor. Die abgetrennte Trägerflüssigkeit bewegt sich über die Leitung 26 wieder zurück und passiert dabei einen ReinigungsapparatThe diluted suspension flows out of the separation apparatus 29 via the downpipe 33 into a thickening hydro'cyclone 34, is thickened there to the desired concentration and then flows through the reactor again. The separated carrier liquid moves via the line 26 again back and passes a cleaning device

35) in dem Spaltprodukte und etwaige Z©rsetzungsprodukte aus der Trägerflüssigkeit ausgeschieden werden können.35) in the fission products and any decomposition products can be excreted from the carrier liquid.

Die Konzentration der Suspension in dem Reaktor läßt sich durch Einstellung des Hydrozyklons 34 regeln. Die zirkulierende Suspensionsmenge kann weiterhin mit Hilfe der Absperrventile 36 und 37 reguliert werden.The concentration of the suspension in the reactor can be adjusted by adjusting the hydrocyclone 34 rules. The circulating amount of suspension can still be controlled with the aid of the shut-off valves 36 and 37 be regulated.

Durch Öffnung des Absperrventils 38 kann die in dem Kreislauf vorhandene Suspension im Notfall abgelassen werden.By opening the shut-off valve 38, the suspension present in the circuit can in an emergency be drained.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:PATENT CLAIMS: 1. Verfahren zum Durchführen von Kernspaltungen, in dem als Kernbrennstoff eine Suspension fester spaltbarer Materie in einer Trägerflüssigkeit verwendet wird, weiche Suspension durch einen Kernreaktor und einen Wärmeaustauscher zirkuliert, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension außerhalb' des Kernreaktors verdünnt wird mit einer zusätzlichen Menge "Trägerflüssigkeit, welche zusätzliche Menge wieder von der Suspension abgeschieden wird, bevor diese wiedier in den Kernreaktor eintritt, während die Beförderung der Suspension durchgeführt wird mit der verdünnten Suspension.1. Procedure for carrying out nuclear fission, in which as nuclear fuel a suspension of solid fissile matter in a Carrier liquid is used, soft suspension through a nuclear reactor and a Circulating heat exchanger, characterized in that the suspension outside 'the Nuclear reactor is diluted with an additional amount of "carrier liquid, which additional Quantity is separated from the suspension again before it is returned to the Nuclear reactor enters while the carriage is carried out with the diluted suspension Suspension. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschiedene Trägerflüssigkeit wenigstens teilweise von Spaltprodukten befreit und anschließend wieder für die Verdünnung der Suspension benutzt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that that the separated carrier liquid is at least partially freed from fission products and then again for the Dilution of the suspension is used. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der erforderlichen zusätzlichen Menge Trägerflüssigkeit der Suspension beigemischt wird, bevor diese in den Wärmeaustauscher eintritt. . -3. The method according to claims 1 or 2, characterized in that at least one Part of the required additional amount of carrier liquid added to the suspension before it enters the heat exchanger. . - 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung der zusätzlichen Menge Trägerflüssigkeit mit Hilfe von wenigstens einem Eindickhydrozyklon erfolgt. .4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the separation of the additional amount of carrier liquid takes place with the help of at least one thickening hydrocyclone. . 5. Verfahren nach einem der Ansprüche r bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die verdünnte Suspension einer Reinigung unterzogen wird zwecks Entfernung von Spaltprodukten.5. The method according to any one of claims r to 4, characterized in that the diluted The suspension is subjected to purification in order to remove fission products. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 10g bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beförderung der Suspension in der" Weise durchgeführt wird, daß man die verdünnte Suspension einem vorwiegend senkrecht angeordneten Steigrohr zuleitet, in das ein Gas 'eingeblasen wird, das noan dem oberen Ende des Steigrohrs wieder von der Suspension getrennt wird. -6. The method according to any one of claims 1 10g to 5, characterized in that the transport the suspension is carried out in such a way that the diluted suspension is a predominantly vertically arranged riser pipe, into which a gas is blown, the noan the upper end of the riser pipe is again separated from the suspension. - Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings © ,509 696/392 2.56 (609 644 10.56) ©, 509 696/392 2.56 (609 644 10.56)
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DE1207023B (en) * 1959-11-26 1965-12-16 Degussa Nuclear reactor with shaped bodies guided through the core in tubes
DE1228008B (en) * 1959-12-08 1966-11-03 Atomkraftwerk Rheinsberg Mit B Process for operating nuclear reactors for high powers with fissile material whirled up in a carrier gas and reactor for carrying out the process

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