DE952919C - Atomkernreaktor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Atomkernreaktoren, bei welchen eine leicht steuerbare Kettenreaktion durch Kernspaltung erzeugt wird, im besonderen auf Reaktoren für stationäre Anlagen.

Es sind Reaktoren bekannt, bei welchen durch Beschießung von aufbaufähigen Stoffen, wie Uran 238 und Thor 232, mit Neutronen spaltbare Materie, wie z. B. Plutonium 239 oder Uran 233, erzeugt wird.

Derartige Reaktoren arbeiten im allgemeinen bei niedrigen Temperaturen und Drücken, erfordern aber eine angemessene Steuerung des Verfahrens und Maßnahmen zum Kühlen.

Zur Energiegewinnung sind ebenfalls schon Reaktoren vorgeschlagen worden. Diese arbeiten überwiegend bei viel höheren Temperaturen und Drücken; viele der Steuer- und Kühlprobleme sind ähnlich wie bei den ersterwähnten bekannten Reaktoren. Die Verwendung von Reaktoren ist auch schon für eine Anzahl anderer Zwecke vorgeschlagen worden, angefangen von reinen Versuchszwecken dienenden Anlagen bis zu Reaktoren für Sonderzwecke, wie ζ. B. Materialunter.suchungen und Erzeugung von Isotopen.

Eine Anzahl verschiedener Typen von Reaktoren findet für diese Zwecke Verwendung; alle bekannten Anlagen aber unterliegen engen Beschränkungen bei der Verwendung, insbesondere in bezug auf die Anpassungsfähigkeit und die Leichtigkeit der Steuerung im Betrieb.

Der erfindungsgemäße Reaktor kommt für alle obenerwähnten Anwendungszwecke in Betracht. Er sieht einen Reaktorkern vor, in welchem die Reaktion stattfindet unter Erzeugung von Wärme. Im nachstehenden wird die Erfindung erläutert an dem Beispiel eines Reaktors zur Gewinnung von Energie; dabei findet ein geschlossenes, bei hohem Druck und hoher Temperatur arbeitendes Kühlsystem Verwendung in Verbindung mit einem ίο Hochdruckkessel für den Reaktorkern. Die Erfindung ist jedoch nicht auf .die Energiegewinnung beschränkt, sondern kann in abgewandelter Aus-. führungsform für andere Zwecke nutzbar gemacht werden. Bei dem zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Teil der entwickelten Wärme in einem Wärmeaustauscher abgezogen, der in einem den Kern des Reaktors enithaltendsen primären Leitungskreis liegt; die so abgezogene Wärme wird zur Erzeugung von Dampf für Turbo-Generatoranlagen od. dgl. verwendet. Bei anderen Ausführungen des erfindungsgemäßen Reaktors is± ein Hochdruckkessel für den Reaktorkern nicht erforderlich, und es genügt eine einfachere Form von Kühlung.

Die bisher bekannteste Ausführung ist der mit festem Brennstoff arbeitende sogenannte heterogene Typ, bei welchem feste Platten oder Blöcke aus spaltbarer Materie in einem genau bestimmten System in dem Reaktorkern angeordnet sind und ein Kühlmittel, z. B. Wasser, in dem Primärkreis durch den Reaktorkern zirkuliert. Diese Ausführungsform erfordert eine außerordentlich komplizierte und kostspielige Herstellung der Brennstoffelemente und außerdem komplizierte Tragkonstruktionen für die Brennstoffelemente und den Durchfluß eines Kühlmittels. Der Ersatz der Brennstoffelemente im Reaktorkern ist sehr schwierig und erfordert Außerbetriebsetzung des Reaktors für eine verhältnismäßig lange Zeitspanne; zwar kann unverbrauchte spaltbare Materie zurückgewonnen werden, das hierzu erforderliche Verfahren ist jedoch sehr umständlich und teuer.

Eine andere Gattung von Reaktoren, die als homogener Typ bezeichnet wird, benutzt die spaltbare Materie in Lösung mit einer Flüssigkeit, z. B. Wasser: Bei dieser Ausführungsform ist das Korrosionsproblem im Hinblick auf die Notwendigkeit der Zirkulation der Lösung in dem ganzen Primärsystem ein erheblicher Nachteil. Schließlich gibt es noch Reaktoren, bei welchen die spaltbare Materie in einer geeigneten Flüssigkeit zu einer verhältnismäßig viskosen Mischung in Form einer Aufschlämmung suspendiert ist. Diese Reaktoren haben die gleichen Nachteile wie die obenerwähnten homogenen Reaktoren; zusätzlich ergibt sich die Schwierigkeit, die Aufschlämmung gleichförmig zu erhalten." Sowohl diese Ausführungsform wie jene des homogenen Typs unterliegt Beschränkungen in der Verwendung von spaltbarer Materie niedrigen Anreicherungsgrades, und zwar wegen der Unmöglichkeit, genügend solcher Materie in dem benötigten Volumen unterzubringen. Bei den beiden letzterwähnten Gattungen von Reaktoren greifen die Reaktorprobleme in den ganzen Primärkreis über, weil die in dem Kreis zirkulierende Materie hoch radioaktiv ist. Schließlich ist die Menge an erforderlichem Brennoder Betriebsstoff sehr groß, weil der in dem außerhalb des eigentlichen Reaktors liegenden Teil des Primärkreises vorhandene Brennstoffanteil nichts zu dem Spaltprozeß im Innern des Reaktors beiträgt.

Bei der Erfindung ist eine neue Form von Reaktorkernen vorgesehen, zusammen mit Mitteln zum Steuern, Kühlen, Reflektieren und Moderieren. Dabei wird die spaltbare Materie in Form von Partikelchen verwendet, die beispielsweise Tabletten-, Pillen-, Perlen- od. dgl. Form haben und sich in einem Behälter des Reaktorkerns befinden, in welchem durch eine Schicht dieser Partikelchen hindurch ein nach oben gerichteter Strom einer Kühlflüssigkeit fließt, der so gesteuert werden kann, daß die Betriebsstoffpartikelchen angehoben und durch den Flüssigkeitsstrom voneinander getrennt und gewissermaßen in ihm suspendiert werden, bis zu einem Grad und in einer Verteilung, die von der Intensität des Flüssigkeitsstromes abhängen. Es leuchtet ein, daß ein derartiger Reaktor die Nachteile der bekannten Typen nicht aufweist; darüber hinaus besitzt er weitere Vorteile, auf die im folgenden hingewiesen werden wird.

Die Verwendung von Kernbrennstoffpartikeln in Tabletten-, Pillen-, Perlen- od. dgl. Form ist bei Atomkernreaktoren an sich bekannt. Ferner ist ein Reaktor bekannt, dessen Behälter einen perforierten Boden als Auflager für eine Schicht aus festen Brennstoffpartikeln in Tablettenform, von denen mindestens ein Teil spaltbare Materie einschließt, besitzt und Mittel zur Erzeugung eines durch den perforierten Boden und durch den Behälter nach oben zu einem Auslaß im Oberteil des Behälters gerichteten Flüssigkeitsstromes aufweist. Bei diesem bekannten Reaktor füllen jedoch die Tabletten den Behälter des Reaktorkerns vollständig aus und können sich nicht bewegen.

Im Gegensatz hierzu können sich erfindungsgemäß die Betriebsstoffpartikeln in Tabletten-, Pillen-, Perlen- od. dgl. Form frei bewegen, und) es sind Mittel vorgesehen, die es ermöglichen, die Menge und den Druck des Flüssigkeitsstromes so zu regeln, daß die Betriebsstoffpartikeln in dem Behälter in eine vorbestimmte kritische Verteilung angehoben werden. Hierdurch läßt sich der Spaltprozeß in dem Reaktor einfach und wirkungsvoll steuern, ohne daß es notwendig wäre, komplizierte Steuervorrichtungen zu verwenden.

Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Es stellt dar

Fig. ι einen erfindungsgemäßen Reaktor im Längsschnitt,

Fig. 2 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktors in Verbindung mit Einrichtungen zum Abfüllen von verbrauchten Betriebsstoffpartikelnund^zum.Einfüllen frischer Betriebsstoffpartikeln in den Reaktor,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der kompletten Anlage mit einem Reaktor nach Fig. 2.

Bei der vereinfachten Ausführungsform nach der Fig. ι besteht der Reaktor aus einem verhältnismäßig dickwandigen Druckkessel 2 aus geeignetem, hoch widerstandsfähigem Material, z. B. Stahl. Das Innere des Kessels kann mit einem korrosionsfesten Stoff, z. B. nichtrostendem Stahl, ausgelegt sein. Jedoch ist dies nicht erforderlich, wenn korrosionshindernde Mittel dem Kühlmittel beigegeben werden oder wenn man ein nicht korrosives Kühlmittel verwendet. Der Kessel ist in Fig. ι einstückig dargestellt; er kann aber aus mehreren in geeigneter Weise miteinander verbundenen, z. B.

verschweißten Teilen zusammengesetzt sein. An seinem oberen Ende besitzt der Kessel eine Auslaßöffnung 4, an seinem unteren Ende eine Einlaßöffnung 6.

Im Innern des Druckkessels 2 befinden sich ein mittlerer Abschirmzylinder 8 und ein innerer Abschirmzylinder 10; diese Schirme sind in· ihrer Form der inneren Form des Druckkessels 2 angepaßt, sind jedoch von dessen Innenoberfiäche und gegeneinander im Abstand angeordnet. Die Schirme bestehen beispielsweise aus Stahl oder nichtrostendem Stahl. Der Zwischenschirm 8 wird durch den Druckkessel 2 mittels einer Anzahl von Abstandhaltern 12, 16 und 22 gehalten, die in Abständen über die Höhe des Druckkessels verteilt und zwischen diesem und dem Schirm 8 in geeigneter Weise befestigt, z. B. festgeschweißt sind. Die Abstandhalter 12, 16 und 22 sind auf dem Umfang unterbrochen, so daß Flüssigkeit in der Längsrichtung hindurchströmen kann. Der innere Schirm 10 wird von dem Zwischenschirm 8 in ähnlicher Weise durch Abstandhalter 14, 18 und 20 getragen, die zweckmäßig auf die Abstandhalter 12, 16 und 22 eingedeckt und an den beiden Schirmen 10 und 8 in geeigneter Weise befestigt, z. B. mit ihnen verschweißt sind. Die Abstandhalter 14, 18 und 20 sind ebenfalls nicht auf dem Umfang kontinuierlich, sondern unterbrochen zum Zwecke der Schaffung von Durchgangsöffnungen für einen Flüssigkeitsstrom.

Die oberen Enden der Schirme 8 und 10 sind miteinander und mit dem ummantelnden Druckkessel 2 durch eine zweckmäßig konische Muffe 24 vereinigt; diese Muffe besitzt Auslaßöffnungen 28 und 26, welche in den Ringraum zwischen den Schirmen 8 und 10 münden sowie in den Ringraum zwischen dem Schirm 8 und dem Druckkessel 2.

Im unteren Teil des Druckkessels 2 befindet sich eine Querwand 30, vorzugsweise in der Flucht der Abstandhalter 12 und 14 oder in der Nachbarschaft dieser Abstandhalter, wo diese Zwischenwand an dem inneren Schirm 10 durch Schweißen oder sonstwie befestigt ist. Diese Wand 30 ist mit einer großen Anzahl von Durchbrechungen 32 versehen, deren Mehrzahl in einen inneren Behälter 13 mündet. Letzterer ist im wesentlichen zylindrisch, steht auf der Querwand 30 und liegt mit seiner oberen Kante an dem inneren Schirm 10 an. Der Behälter 13 wird in geeigneter Weise in seiner Stellung gehalten, beispielsweise durch Verschweißen mit der Querwand 30 an seiner unteren Kante und mit dem inneren Schirm 10 an seiner oberen Kante. Zwischen dem Behälter 13 und dem inneren Schirm 10 ergibt sich ein Ringraum; ■ die Querwand 30 hat mindestens eine Durchbrechung, welche in diesen Ringraum mündet; an seinem oberen Ende besitzt der Behälter 13 außerdem Durchbrechungen 33, die als Auslaßöffnungen für einen in. dem Ringraum zwischen dem Behälter 13 und dem inneren Schirm 10 nach oben steigenden Flüssigkeitsstrom dienen.

Die Brenn- oder Betriebsstoffelemente in dem Behälter 13 sind feste, getrennte Partikelchen 34, beispielsweise in Tabletten-, Pillen-, Perlen- od. dgl. Form, die spaltbare Materie enthalten. Die besondere Konzentration von spaltbarer Materie in den Partikeln 34 oder die genaue Form, in welcher die Partikeln Verwendung finden, sind nicht erfindungswesentlich; es können verschiedene Anordnungen von Formen der Partikeln 34 Verwendung finden. Ebenso kann die besondere Menge an spaltbarer Materie und anderen an der Zusammensetzung der Partikeln beteiligten Elementen variiert werden. So ist es, sofern in dem Behälter 13 durch Atomspaltung infolge Beschießung spaltbarer Materie durch geeignete Strahlung, z. B. Neutronen, go Wärme erzeugt werden soll, lediglich wesentlich, daß mindestens ein Teil der Partikeln 34 spaltbare Materie, z. B. Uran 235, Plutonium od. dgl., enthält und daß zusätzlich Neutronen als Resultat des Spaltprozesses emittiert werden. Solche Ma-' terie kann den Partikeln 34 in relativ reiner Form einverleibt sein oder in der Form einer Legierung oder Verbindung, die ihrerseits mit einem Schutzstoff, z. B. Zirkonium oder Aluminium, versehen sein kann. Dies kann im Rahmen der Erfindung auf verschiedene Weise erfolgen.

Vorzugsweise besteht der Behälter 13 aus einem Werkstoff, der einen kleinen Neutronenabsorptionsquerschnitt aufweist, wie Aluminium oder Zirkon. Es kann indessen auch Stahl als Werkstoff für den Behälter 13 verwendet werden, weil, wenn er auch einen größeren Neutronenabsorp'tionsquerschnitt aufweist, die Neutronen durch ihn unelastisch gestreut werden, er also Neutronen reflektierende Eigenschaften besitzt. Die Reflexion von aus dem Behälter 13 austretenden Neutronen in diesen Behälter zurück kann vervollständigt werden durch den verhältnismäßig dicken Kreisring aus Kühlmittel, welcher den Behälter 13 in dem Ringraum zwischen ihm und dem inneren Schirm 10 unmittelbar umgibt. Natürlich wird ein Teil der Strahlung durch die Schirme 8 und 10 absorbiert; diese sind z. B. durch Verschiedenheit in der Stärke so abgestimmt, daß die Strahlungsabsorption in der Wandung der Druckkammer 2 niedrig iao genug ist, um übermäßig hohe Temperaturgrade auszuschließen. Da indessen ein Teil der Strahlung in dem Material der Kammer 2 und der Schirme 8 und 10 absorbiert wird, ist es notwendig, diese Bauteile durch einen Kühlmittelstrom in den dazwischenliegenden Ringräumen zu kühlen.

Wenn der erfindungsgemäße Reaktor nicht in Betrieb ist, dann liegen die Betriebsstoffpartikeln 34 infolge ihrer Schwere als Schicht in dem unteren Teil des Behälters 13 (in Fig. 1 ausgezogen).. Die Betriebsstoffpartikeln 34 sind hierbei in einem nicht kritischen Zustand und müssen in einen kritischen Zustand bewegt werden, in welchem die Zahl der bei einer Spaltung emittierten und zur Herbeiführung weiterer Spaltungen verfügbaren Neutronen sich der Zahl Eins nähert. Um die Betriebsstoffpartikeln 34 in einen derart kritischen Zustand zu bringen, wird ein geeigneter Flüssigkeitsstrom durch die Einlaßöffnung 6 des Druckkessels unter gesteuertem Druck und gesteuerten Strömungsbedingungen eingelassen.

Das zur Expandierung der Schicht der Brennstoffpartikeln 34 aus der ausgezogenen Stellung der Fig. ι in die gestrichelte Stellung verwendete Medium kann von beliebiger geeigneter Art sein; entao sprechend dem gezeichneten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Medium verwendet, das als Kühlmittel wirkt und die Wärme von dem Reaktorkern zum Zwecke der Energiegewinnung abführt und das außerdem als Moderator wirkt, d. h. die während des Spaltprozesses emittierten Neutronen verlangsamt. Ein geeignetes Medium für diese Zwecke ist Wasser. Die Erfindung ist jedoch auf diese besondere Flüssigkeit nicht beschränkt; andere Beispiele sind flüssige Metalle, wie Natrium, Wismut, Lithium und verschiedene Legierungen dieser Metalle; auch verschiedene organische Flüssigkeiten oder anorganische Verbindungen, wie Alkalimetall-Hydroxyde, können verwendet werden.

Das bei 6 eingelassene Medium wird durch die Perforation 32 der Bodenplatte 30 in eine Vielzahl von aufwärts gerichteten Strömen zerlegt und gleichmäßig verteilt über den ganzen Bereich der Schicht aus Brennstoffpartikeln 34. Der Druck und die Strömung dieses Mediums, welches auch als Kühlmittel wirkt, können derart eingestellt werden, daß die Partikeln voneinander getrennt und in dem Medium bis zu einer bestimmten Höhe und in einer bestimmten geometrischen Form oder Verteilung in dem Behälter 13 suspendiert werden, derart, daß der Spaltprozeß in das kritische Stadium tritt und eine Kettenreaktion erhalten werden, kann. Überdies findet in diesem gewissermaßen fließenden Zustand der Partikeln eine allgemeine Bewegung und sogar Berührung statt, wodurch die Abscheidung von Korrosionsprodukten aus den Brennstoffpartikeln gefördert wird.

Das strömende Medium verläßt den Druckkessel durch die öffnung4 und zirkuliert in einem.Primärkühlsystem, in welchem die Wärme abgezogen wird, um Nutzarbeit zu leisten. Es ist ersichtlich, daß die in jedem Partikel 34 durch den Spaltprozeß erzeugte Wärme von dem Strom des Kühlmittels rasch abgeführt wird, weil jedes Partikelchen individuell durch das rasch strömende Medium getragen und von ihm umgeben ist. In diesem Sinne muß das Verhältnis der Oberfläche eines Betriebs-' stoffpartikels zu dem Volumen groß sein. Außerdem können Betriebsstoffpartikeln, weil es auf ihre Form nicht ankommt, in verhältnismäßig einfachen Formen Verwendung finden, so daß ihre Herstellung einfach, schnell und billig vor sich gehen kann. Da der kritischeZustand des Reaktors im wesentlichen bestimmt wird durch das Gleichgewicht zwischen den Neutronen, welche durch Spaltung erzeugende Brennstoffelemente absorbiert werden, den absorbierten, jedoch keine Spaltung erzeugenden Neutronen und den durch Lecken aus. dem Reaktor verlorenen Neutronen, werden bei Verwendung eines als Moderator wirkenden Kühlmittels, z. B. Wasser, die bei Spaltung emittierten schnellen Neutronen verlangsamt, so daß sie durch spaltbare Materie leichter erfaßt werden und zusätzlich Spaltung verursachen; es kann somit der Grad des kritischen Zustandes des Reaktors geregelt werden durch Veränderung des Mengenverhältnisses zwischen dem Brennstoff und dem eine Moderator wirkung ausübenden Kühlmittel. Wenn letzteres ein Stoff·ist, wie z.B. schweres Wasser (D₂O), der Neutronen nicht in nennenswertem Umfang absorbiert, dann bewirkt eine Erhöhung der Menge an Kühlflüssigkeit eine Steigerung der Zahl der durch die Moderatorwirkung verlangsamten Neutronen im Verhältnis zu jenen Neutronen, die durch Entweichen oder Nichtbeteiligung an dem Spaltprozeß zu Verlust gegangen sind; auf diese Weise wird die Zahl der für den Spaltprozeß verfügbaren Neutronen erhöht. Dies läßt sich bei dem erfindungsgemäß ausgeführten Reaktor einfach erreichen durch Steigerung des Kühlmittelstromes, derart, daß die Betriebsstoffschicht weiter expandiert und so das Verhältnis der Menge an Moderatormittel zu der Brennstoffmenge vergrößert wird. Andererseits läßt sich, wenn das moderierende Kühlmittel z. B. gewöhnliches Wasser ist, das einen beträchtlichen Neutronenabsorptionsquerschnitt hat, eine Steuerung in der gleichen Weise durchführen; erhöhte Expansion der Betriebsstoffschicht über eine vorbestimmte, kritische Grenze hinaus hat aber eine gesteigerte Wegfangung von Neutronen durch das moderierende Kühlmittel zur Folge und damit eine Abschwächung des kritischen Zustandes des Reaktors.

Diese Ausführungsform ist beim. Versagen der Pumpe dadurch selbsttätig gesichert, daß in diesem Falle die Brennstoffpartikeln 34 aus der gestrichelt angedeuteten, expandierten Stellung der Fig. 1 in die ausgezogen gezeichnete Stellung zurückfallen, d. h. in eine Lage, in welcher das Mengenverhältnis zwischen moderierendem Kühlmittel und Brennstoff klein und unterkritisch ist. Andererseits wird der Reaktor, wie bereits festgestellt, auch bei übermäßiger Strömung des Kühlmittels, d. h. also bei übermäßiger Expansion, unterkritisch. Für eine gegebene Strömung kann der kritische Zustand dadurch eingeregelt werden, daß man Brennstoffpartikelchen 34 verschiedener Größe einführt. Auch eine solche Ausführung bietet Sicherheit für den Fall, daß der Strom des Kühlmittels abnimmt oder aufhört, ebenso für den Fall, daß der Strom des Kühlmediums eine obere Grenze überschreitet;

denn in beiden Fällen tritt eine Änderung des Mengenverhältnisses zwischen dem Moderator und dem Brennstoff ein. Bei den meisten bekannten Reaktoren ist dieses Verhältnis fest und lediglich eine Funktion der Temperatur und des Druckes. Beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung läßt sich dieses Verhältnis leicht variieren.

Ein Teil des strömenden Mediums wird in die Ringräume zwischen dem Druckkessel 2, den

to Schirmen 8 und io und dem Behälter 13 abgelenkt, um einen gewissen Bremseffekt auf aus dem Behälter 13 entweichende Neutronen auszuüben und eine Kühlung des Druckkessels selbst und des Innern desselben durch Zirkulation eines Teiles des strömenden Mediums durch diese Zwischenräume zu bewirken.

Bei der abgeänderten Ausführungsform des Reaktors nach der Fig. 2 ist der Druckkessel 36 mit einem Behälter 50 für den Reaktorkern und

zo einem zylindrischen Schirm 43 ausgerüstet; der Behälter 50 wie auch der Schirm 43 sind oberseitig durch Deckel abgeschlossen, die eine Vielzahl von Perforationen 45 aufweisen. Zusätzlich kann ein Gitter 47 vorgesehen sein. Der Behälter 50 und der Schirm 43 sind unter Wahrung von Ringraumabständen in dem Kessel 36 befestigt, z. B. festgeschweißt, unter Verwendung von Abstandhaltern 49, 51, 53, 57 wie bei dem Reaktor nach Fig. 1. Die Abstandhalter sind auf dem Umfang nicht durchgehend, sondern unterbrochen, um den Durchgang des Kühlmediums in dem Ringraum zwischen Behälter 50 und Schirm 43 sowie in dem Ringraum zwischen letzterem und dem Druckkessel 36 zu ermöglichen. Der in geeigneter Weise befestigte, z. B. angeschweißte Boden 38 des Behälters 50 ist mit einer Vielzahl von gleichmäßig verteilten Perforationen 39 Versehen. Im Innern des Behälters 50 befindet sich eine Betriebsstoffauflage 40, die ebenfalls in gleichmäßiger Verteilung Durchbrechungen 41 aufweist. Diese Auflage 40 ist gegen den tiefer liegenden Mittelpunkt zu nach unten geneigt.^ In der Mitte besitzt sie eine Öffnung für den Anschluß eines Betriebsstofförderrohres 37, welches den Boden 38 des Behälters 50 und die Wand des Druckkessels 36 durchsetzt.

Der Druckkessel 36 ist an seinem unteren Teil unterhalb des Bodens 38 mit einer Einlaßkammer 42 versehen, die mit Einlaßöffnungen 44 in den Druckkessel mündet. In ähnlicher Weise ist der Kessel oberseitig, und zwar über dem Schirm 43, mit einer Auslaßkammer 46 versehen, die durch Öffnungen 48 in den Kessel mündet. Die Arbeitsweise des Reaktors nach der Fig. 2 ist ähnlich jener des an Hand der Fig. 1 beschriebenen Reaktors. Der Einlaßkammer 42 wird unter Druck ein Kühlmittel zugeführt, das in den Unterteil des Kessels 36 eintritt und nach oben strömt, wobei der Boden 38 und die Auflagerfläche 40 eine gleichmäßige Verteilung des Kühlmediums in eine Vielzahl von vertikal nach oben gerichteten, die Betriebsstoffschicht 34 durchsetzenden Strömen bewirken. Von dem nach oben gerichteten Strom wird ein kleiner Teil in den Raum zwischen Kessel und Schirm 43 und in den Raum zwischen dem Schirm 43 und dem Behälter 50 abgezweigt. Oben strömt das Medium durch das Gitter 47 und die Perforationen 45 des Behälters 50 und des Schirmes 43, um über die öffnungen 48 in die Auslaßkammer 46 zu gelangen. Wie im Falle der Ausführungsform nach Fig. 1 kann die Strömungsstärke variiert werden, um eine Bewegung der Betriebsstoffpartikelchen 34 nach oben in den Zustand der kritischen Verteilung herbeizuführen. Das System bietet dabei die gleichen Regelmöglichkeiten und die gleichen automatischen Sicherungen wie der Reaktor nach Fig. 1. Die Perforationen 45 werden enger gehalten als die Größe der Betriebsstoffpartikelchen 34, so daß ein Austragen von Betriebsstoffpartikelchen 34 in das Kühlsystem mit Sicherheit vermieden wird.

Die Einlaßkammer 42 und die Auslaßkammer 46 des Druckkessels 36 sind mit einem geschlossenen Primärkühlkreis verbunden. Eine Ausführungsform hierzu ist in Fig. 3 gezeigt. Die Einlaß- kammer 42 liegt an einer Rückleitung 58, die ein Drosselventil VT zur Regelung des Stromes von der Leitung 58 in den Unterteil des Druckkessels 36 aufweist. In ähnlicher Weise ist die Auslaßkammer an eine -Leitung 56 in dem Primärkühl- go kreis angeschlossen.

Ein· Vorteil der Erfindung ist, daß die Form der verwendeten Brennstoffelemente das Einbringen derselben· in den Behälter des Reaktorkerns und das Ausbringen aus letzterem auf besonders einfache Weise gestattet. Zu diesem Zweck ist der Behälter 50 mit dem schon erwähnten Betriebsstoff örderrohr 37 versehen; durch dieses Rohr werden die Betriebsstoffpartikelchen 34 aus dem Behälter 50 in einen Behälter 60 für verbrauchten Betriebsstoff abgeführt. Um den Transport der Betriebsstoffpartikelchen zu bewerkstelligen, ist der Behälter 60 vorzugsweise an das Primärkühlsystem, und zwar parallel zu dem Kessel 36, angeschlossen durch eine Leitung 62, welche die Leitung 56 mit dem Oberteil des Behälters 60 verbindet. In der Leitung 60 befindet sich ein Regelventil 64. Eine weitere Leitung 66 verbindet den Unterteil des Behälters 60 mit der Rückleitung 58 des Primärkühlsystems; in dieser Leitung liegen ein Regelventil 70 und eine Pumpe 68.

Der Behälter 60 ist in seinem Unterteil mit einer Zwischenwand 72 versehen, die über der Anschlußstelle der Leitung 66 liegt und gleichmäßig verteilte Perforationen 74 aufweist. Die Zwischenwand 72 ist ähnlich wie das Auflager 40 des Druckkessels 36 gegen den Mittelpunkt nach unten geneigt. In den Mittelpunkt mündet ein Betriebsstofförderrohr 76, welches nach unten den Boden des Behälters 60 durchsetzt.

Das Förderrohr 37 des Druckkessels 36 ist außerhalb des Kessels mit einem Regelventil 78 versehen, ferner ist ein Nebenschluß rohr 80 von kleinerem Querschnitt vorgesehen, welches die Leitung 58 mit dem Rohr 37 auf der dem Druckkessel zugewendeten Seite des Ventils 78 verbindet.

In der Leitung 8o befindet sich ein Regelventil 8i. Der Behälter 6o schließt eine Anzahl von Platten 82 ein, welche ein Neutronen absorbierendes Material, z. B. Bor, Cadmium, Hafnium od. dgl., enthalten, uni das Entstehen einer Kettenreaktion in dem Behälter 60 zu verhindern, wenn dieser mit Brennstoffpartikelchen 34 gefüllt ist. Das Förderrohr 76 besitzt ein Ventil 84, von dem ein Nebenschluß rohr 86 abzweigt zur Herstellung to einer Verbindung zwischen dem Förderrohr 76 und der Leitung 66. In der Leitung 86 liegt ein Regelventil 87. Das untere Ende des Betriebsstoffförderrohres 76 mündet in eine Abführleitung 88, die an der Hochdruckseite der Pumpe 6S liegt und ein Ventil 90 aufweist.

Der Behälter 60 dient, wie schon angedeutet, der Speicherung der Betriebsstoffpartikeln 34, nachdem dieselben in dem Behälter 50 bis zu einem Punkt verbraucht sind, an welchem ihre Brauchbarkeit sinkt, so daß Ersatz dieser Partikeln erwünscht ist. Dies geschieht mit Hilfe der Anlage nach Fig. 2. Es sei zunächst angenommen, daß der Reaktor in Betrieb ist, daß also die Betriebsstoffpartikeln 34 in dem Behälter 50 auf den kritischen Zustand expandiert sind und daß ein bestimmter Kühlmediumstrom in dem Primärkühlsystem durch die Leitungen 56 und 58 strömt, wobei das Drosselventil VT auf einen bestimmten Grad geöffnet ist. Es ist dann zunächst erforder-Hch, entweder das Drosselventil VT leicht zu schließen oder den Strom durch das Primärkühlsystem auf andere Art zu verringern, beispielsweise durch Verringerung der Drehzahl der Pumpe in dem System. Diese Maßnahme führt dazu, daß die Brennstoffschicht in sich zusammenfällt; dabei ist es indessen zweckmäßig, einen Mediumstrom aufrechtzuerhalten, der ausreicht, die nach unten gefallenen Brennstoffpartikeln in leichter Bewegung zu halten. Die Folge davon ist, daß die Kettenreaktion in dem Reaktor aufhört, wobei in dem Primärkühlsystem ein Kühlmittelstrom von reduziertem Ausmaß weiter zirkuliert und Restwärme aus der Druckkammer 36 und den Betriebsstoffelementen 34 abführt. Nunmehr wird die Pumpe 68 in Betrieb gesetzt nach öffnung der Ventile 64 und 70, so daß die Geschwindigkeit des durch den Behälter 60 geförderten Mediumstromes leicht über der Geschwindigkeit liegt, bei welcher die Betriebsstoffpartikeln 34 in Bewegung gehalten würden. Das Ventil 78 in dem Förderrohr 37 wird dann voll geöffnet, so daß das Kühlmittel durch das Förderrohr 37 in die Betriebsstoffschicht des Behälters 50 strömt. Dieser Strom wird so eingestellt, daß seine Geschwindigkeit etwas größer ist als die Geschwindigkeit, die erforderlich ist, um die Brennstoffpartikeln etwas in Bewegung zu halten, und kleiner als die Sinkgeschwindigkeit der Betriebsstoffpartikeln, so daß letztere durch die in dem Rohr 37 nach oben steigende Kühlmittelsäule nach unten in den Behälter 60 fallen können. Der Kühlmittelstrom in dem Förderrohr 37 kann durch die Ventile 64 und 70 geregelt werden. Die Fallbewegung der Betriebsstoffpartikeln 34 durch das Förderrohr 37 in den Behälter 60 nach unten wird erleichtert durch den reduzierten Kühlmittelstrom des Primärkreises, der jedoch ausreicht, die Betriebsstoffschicht in solcher leichter Bewegung zu halten, daß die Betriebsstoffpartikelchen infolge ihrer Schwere zu der öffnung im Mittelpunkt des Auflagers 40 streben und hier in das Förderrohr 37 fallen. Der Mediumstrom in dem Förderrohr 37 nach aufwärts regelt das Ausmaß des Überganges von Brennstoffpartikeln aus dem Behälter 50 in den Behälter 60.

Es ist zweckmäßig, daß, bevor das Ventil 78 geöffnet wird, in dem Behälter ein Strom des Primärkühlsystems zirkuliert, um diesen Behälter vorzuwärmen, und daß dieser Kühlmittelstrom aufrechterhalten wird, nachdem alle Betriebsstoffpartikeln in den Behälter 60 heruntergefallen sind, um Restwärme aus den Betriebsstoffpartikeln abzuführen, welche durch radioaktiven Zerfall der Spaltprodukte und durch das Freiwerden von in dem Betriebsstoff zurückgehaltenen Neutronen entsteht. Hierauf wird das Ventil 78 der Förderleitung 37 geschlossen, und der Mediumstrom durch den Behälter 60 wird durch entsprechende Einstellung der Ventile 64 und 70 reduziert unter die Geschwindigkeit, bei welcher die Betriebsstoffpartikeln 34 in Bewegung gehalten werden.

Im allgemeinen ist es erwünscht, die Betriebsstoffpartikeln 34 in dem Behälter 60 lange genug zu lassen, um einen beträchtlichen Rückgang der Gammastrahlen-Aktivität der Spaltprodukte zu ermöglichen, bevor sie zur erneuten Aufbereitung abtransportiert werden. Nach einer ausreichend langen Speicherperiode in dem Behälter 60 werden die Betriebsstoffpartikeln dadurch abtransportiert, daß man den nach oben gerichteten Strom durch den Behälter 60 hindurch bei entsprechender Einstellung der Ventile 64 und 70 wieder steigert, um die Betriebsstoffpartikeln in leichte Bewegung zu versetzen; der Strom darf aber die Fallbewegung der Betriebsstoffpartikeln durch das Förderrohr 76 nicht hemmen. Das Ventil 90 wird sodann geöffnet, um eine hohe Geschwindigkeit durch die Ableitung 88 nach der Aufbereitungsanlage hin zu erzeugen. Dann wird das Ventil 84 der Förderleitung 76 geöffnet; es strömt Medium durch diese Leitung in den Behälter 60 bei einer Geschwindigkeit, die etwas über jener liegt, bei welcher die Betriebsstoffpartikeln in Bewegung gehalten werden, aber unter der freien Fallgeschwindigkeit. Diese Geschwindigkeit wird mittels der Ventile 64 und 70 geregelt. Die Betriebsstoffpartikeln fallen nunmehr durch die Förderleitung 76 in die Ableitung 88, in welcher sie der mit großer Geschwindigkeit austretende Flüssigkeitsstrom erfaßt und abtransportiert. Nach dem Abführen der Partikeln aus dem Behälter 60 kann dieser Teil des Systems durch Stillsetzen der Pumpe 68 und Schließen aller Ventile 64, 70, 84 und 90 (Ventil 78 war schon vorher geschlossen worden) in die Ausgangsstellung zurückgeführt werden.

Der Zweck der Nebenleitung 80 ist, bei geschlossenem Ventil 78 über das Ventil 81 einen schwa-

chen Kühlmittelstrom zu erzeugen, um Betriebsstoffpartikeln zu kühlen, welche sich in diesem Teil des Förderrohres 37 befinden und, da sie in einem Neutronenfluß liegen, Wärme erzeugen können. In ähnlicher Weise ermöglicht bei geschlossenem Ventil 84 die Nebenleitung 86, geregelt durch ihr Ventil 87, einen Kühlmittelstrom durch Betriebsstoffpartikeln in dem Rohr 76, so daß durch Gammastrahlen in in den Brennstoffpartikeln enthaltenen Spaltprodukten erzeugte Wärme abgeführt wird.

Die Anlage nach der Fig. 2 ist auch zur Zuführung von frischem Betriebsstoff 34 aus einem Vorratsbehälter 94 in den Behälter 50 auf hydraulischem Wege ausgerüstet. Der Vorratsbehälter 94 ist im wesentlichen von gleicher Konstruktion wie der Behälter 60 für verbrauchten Betriebsstoff. Übereinstimmende Teile sind daher mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht mehr im einzelnen beschrieben. Ein Unterschied in der Konstruktion des Behälters 94 besteht darin, daß er oberseitig eine durch einen Stöpsel 96 verschließbare Öffnung besitzt. Der Behälter 94 ist auch an den Primärkühlkreis parallel mit dem Druckkessel 36 und parallel mit dem Behälter 60 angeschlossen. Dies^ geschieht für den Oberteil des Behälters 94 durch eine Leitung 98 mit Ventil 100 und die schon erwähnte Leitung 62'. Eine zweite Leitung 102 verbindet den Unterteil des Behälters 94 unterhalb der Zwischenwand 72 mit der Rückleitung 58 des Primärkühlkreises über eine Pumpe 104; zwischen letzterer und dem Behälter 94 liegt ein Regelventil 106.

Das Betriebsstofftransportrohr 76 des Behälters 94 ist mit einer Förderleitung 108 verbunden, die zum Oberteil des Druckkessels 36 führt. Das Auslaßende 110 dieser Leitung durchsetzt die Seitenwände des Druckkessels 36, des zylindrischen Schirmes 43 und des Behälters 50 nächst den oberen Enden dieser Teile, jedoch unter den oberen Abschlußwandungen des Behälters 50 und des Schirmes und unter dem Gitter 47. Die Leitung 108 steht unter der Kontrolle eines Regelventils 112, das zwischen dem Förderrohr 76 des Behälters 94 und der Leitung 102 liegt und zweckmäßig mit einer im Querschnitt engeren Nebenleitung 114 ausgerüstet ist.

Wenn in den Behälter 94 bei abgenommenem Stöpsel 96 eine Betriebsstoffcharge eingebracht und der Stöpsel wieder in Verschluß stellung gesetzt worden ist, dann kann der Behälter auf Temperatur und Druck gebracht werden durch Anlassen der Pumpe 104 und öffnen der Ventile 100 und 106. Die Brennstoffschicht 34 in dem Behälter 94 wird unter entsprechender Regelung der Geschwindigkeit des Mediumstromes mittels der Ventile 100 und 106 leicht in Bewegung gebracht; die Geschwindigkeit des Stromes muß jedoch unter der Fallgeschwindigkeit der Betriebs-Stoffpartikeln liegen. Wird Ventil 112 der Förderleitung 108 geöffnet, so steigt ein Strom hoher Geschwindigkeit durch diese Leitung in den Oberteil des Behälters 50. Bei geöffnetem Ventil 84 der Förderleitung 76 des Behälters 94 fallen die frischen Betriebsstoffpartikeln durch das Rohr 76, in welchem der hochsteigende Mediumstrom nur eine den freien Fall nicht behindernde Geschwindigkeit haben darf, in die Förderleitung 108 und werden nach oben in den Behälter 50 gefördert. Wenn der Behälter 94 ganz entleert ist, können die Ventile 84, 100, .106 und 112 geschlossen und die Pumpe 104 stillgesetzt werden. Der Reaktor wird dann in Betrieb genommen durch Erhöhung des Stromes im Primärkühlkreis zum Zwecke der Expandierung der Betriebsstoffschicht in dem Behälter 50 auf das kritische Maß.

Es ist ein Vorteil der Reaktoren des eingangs erwähnten sogenannten homogenen Typs, daß Teile der Lösung ersetzt werden können und daß so das Reaktionsvermögen aufrechterhalten wird trotz des Abbrennens des Brennstoffes und der Bildung von Vergiftungsprodukten u. dgl. in dem Reaktor. Es ist aber einleuchtend, daß ein Reaktor der erfindungsgemäßen Bauart dieses Problem besser löst, weil die Betriebsstoffpartikeln 34 auf einfache Weise hydraulisch entfernt werden können, ohne Beeinträchtigung der Kühlung und ohne Unterbrechung des Betriebes im Reaktor selbst. Wie ersichtlich, läßt sich durch Entfernung verbrauchten Betriebsstoffes oder Zugabe von frischem go Betriebsstoff in gewünschter Menge eine Regelung ermöglichen. So wird die Reaktivität verringert durch Entfernung eines verhältnismäßig kleinen Teiles der Betriebsstoffpartikeln 34 aus dem Behälter 50 in den Behälter 60. Umgekehrt wird die Reaktivität in dem Behälter 50 erhöht, wenn man ein wenig frischen Betriebsstoff aus dem Vorratsbehälter 94 in den Behälter 50 überführt. Diese Regelung wird im besonderen benutzt, um der Verarmung an spaltbarem Material und der Entstehung von Vergiftungsprodukten entgegenzuarbeiten, wodurch die Reaktivität in dem Behälter 50 verringert würde, sowie zur Kompensation von Temperatur- und Druckeinwirkungen auf die Reaktivität.

Es ist bereits bekannt, daß während des Betriebes der kritische Zustand aus einer Reihe von Gründen, wie Verarmung der Brennstoffelemente, Einführung von Verunreinigungen und Giftstoffen, nicht konstant bleibt. Die. relativ einfachen Maßnahmen zur Einführung frischen Brennstoffes und zur Entfernung verbrauchten Brennstoffes, aus dem Behälter des Reaktorkerns ermöglichen es, den Reaktorkern hinsichtlich des Spaltprozesses im Gleichgewichtszustand zu halten.

Es kann erwünscht sein, die in dem Behälter 50 des Reaktorkerns zu einer beliebigen Zeit herrschenden Bedingungen zu prüfen; dies läßt sich beim Gegenstand der Erfindung auf einfache Weise dadurch erreichen, daß man eine verhältnismäßig kleine Menge von Brennstoff 34 in den Behälter 60 überführt, diese Probe untersucht und dann durch die Leitung 88 abtransportiert.

Es leuchtet ein, daß mindestens ein Teil der Betriebsstoffelemente keine spaltbaren Stoffe einschließen muß, sondern anderen Zwecken als jenen

der Energie- oder Wärmegewinnung dienen kann. Zum Beispiel kann ein Teil der Betriebsstoffelemente einen Neutronen absorbierenden Stoff, wie Bor, Cadmium, Hafnium od. dgl., enthalten, zum Zweck der Steuerung der Spaltprozesse; andere Betriebsstoffelemente können aus einem Stoff bestehen, dessen schwerere Isotope man dadurch gewinnen will, daß man ihn der Strahlung in dem Behälter 50 des Reaktorkerns aussetzt. Auch können Betriebsstoffelemente zugegeben werden, die auf Neutronen bremsend wirkende Stoffe, wie Wasserstoff oder Kohlenstoff, enthalten. Wenn mit dem Reaktor spaltbare Materie erzeugt werden soll oder wenn er teils für diesen Zweck, teils zur Energiegewinnung Verwendung finden soll, werden Betriebsstoffpartikeln, die entsprechende Elemente enthalten, wie Uran 238 oder Thorium 232 zur Ezeugung von spaltbarem Plutonium 239 und Uran 233, in den Reaktor eingeao führt. Zusammenfassend ist zu sagen, daß die Erfindung nicht beschränkt ist auf die' Verwendung von Betriebsstoffpartikeln 34, die nur spaltbare Materie enthalten, daß vielmehr andere Materialien in Tabletten-, Pillen-, Perlen- od. dgl. Form für verschiedene Zwecke Verwendung finden und in der gleichen Weise in den Behälter 50 des Reaktorkerns eingebracht, in ihm hinsichtlich ihrer Schichtung expandiert und aus ihm wieder entfernt werden können, wie die Partikeln 34. Gemäß Fig. 3 sind zur Gewinnung von Energie die Leitungen 56 und 58 des Primärkuhlkreises in einem geschlossenen Kreis zusammengeschaltet mit einem Boiler 116, der zwischen der Leitung 56 und einer Leitung 118 liegt; letztere gabelt sich in zwei Arme 120, in deren jedem eine Pumpe 122 mit je einem Regelventil 124 bzw. 126 auf beiden Seiten liegt.

Der Primärkühlkreis enthält somit Pumpenaggregate, die zum Zwecke der Steuerung der Geschwindigkeit des Kühlmittelstromes in dem Primärkreis regelbar sind und welche das Kühlmittel unter Druck über das Drosselventil VT in den Unterteil des Druckkessels 36 des Reaktors fördern. Auf dem Weg durch den Druckkessel von unten nach oben steigt die Temperatur des Kühlmittels; das Kühlmittel fließt aus dem Oberteil des Druckkessels zu dem Boiler 116 und von diesem zu dem Pumpenaggregat.

Der Boiler 116 enthält ein Wärmeaustauscherrohr in, welches durch Leitungen 113 mit einem Dampfkessel 109 verbunden ist. Der in dem Rohr in des Boilers erzeugte Dampf wird in dem Kessel 109 gesammelt; aus diesem Kessel wird er durch eine Rohrleitung 115 abgezogen und dem Verbraucher, z. B. einer Dampfturbine, zugeführt.

Eine Leitung 117 dient dem Zweck der Zuführung von Wasser zu dem Boiler.

Die Füllung des Kühlkreises mit Kühlmittel erfolgt über eine Zuleitung 119 mittels einer Pumpe 121 und einer Rohrleitung 125 zu der Leitung 118 zwischen dem Boiler und den Hauptpumpenaggregaten 122. Die Leitung 125 steht unter der Kontrolle eines Ventils Der Primärkühlkreis kann erforderlichenfalls mit einem die Kühlung regelnden System vereinigt sein, das verschiedene Steuerelemente zum Zwecke der Erhaltung des Kühlmittels in einem vorgeschriebenen Zustand enthält. Die Ausführungsform nach Fig. 3 umfaßt Steuerpumpen 128, welche das Kühlmittel in dem Steuersystem zirkulieren lassen. Die Steuerpumpen 128 sind einlaßseitig über eine Leitung 130 mit der Leitung 58 des Primärkuhlkreises verbunden, so daß ein Teil des Kühlmittels aus dem Primärkreis in das Steuersystem abgezweigt wird. Die Auslaßseiten der Steuerpumpen 128 sind je durch ein Ventil 132 geregelt und an eine Ableitung 134 angeschlossen.

Ein Teil des Steuersystems ist mit einem Druckausgleicher 140 zur Erhaltung konstanten Druckes und zur Entgasung der Kühlflüssigkeit ausgestattet. Dieser Teil des Steuersystems weist eine Leitung 136 auf, welche einerseits mit der Leitung 56 des Primärkuhlkreises verbunden und andererseits an einen Wärmeaustauscher 138 angeschlossen ist. Letzterer steht durch eine Leitung 137 in Verbindung mit dem Druckausgleichs- und Entgasungsgefäß 140. Bei wassergefüllten Systemen enthält dieses Gefäß 140 Heizelemente, z. B. elektrische Heizwiderstände 142, um die Temperatur des ankommenden Wassers auf die Höhe zu bringen, die erforderlich ist, um ein Dampfvolumen im Oberteil zu erzeugen; an den Oberteil des Gefäßes 140 ist eine Leitung 144 angeschlossen, die sich in zwei Arme gabelt; der eine der beiden Arme enthält ein Rückschlagventil 146, der andere einen FlüssigkeitsVerschluß 148; beide Arme münden in eine Leitung 150, die ihrerseits in die Atmosphäre ausmündet. Irgendwelche gelösten Gase sammeln sich in dem Dampf und werden durch den Flüssigkeitsverschluß 148, der für diesen Zweck einen kapillarförmigen Auslaß besitzt, ausgeblasen.

Die Leitung 134, welche den Ausstoß der Steuerpumpen 128 aufnimmt, ist einerseits über ein Rückschlagventil 152 an die Hauptleitung 56 angeschlossen und steht andererseits über eine durch den Wärmeaustauscher 138 geführte Leitung 158 mit dem Druckausgleichs- und Entgasungsgefäß 140 in Verbindung. In der Leitung 158 liegen ein Regelventil 156 und ein Rückschlagventil 154.

Das beschriebene erfindungsgemäße Steuersystem arbeitet in der Weise, daß abhängig von den relativen Drücken das Kühlmittel in einer der beiden Richtungen durch die Leitung 136 strömt und daß das Volumen an Dampf und Gas in dem Gefäß 140 als Druckwellen absorbierendes und reduzierendes Kissen wirkt. Wenn die Steuerpumpen 128 in Betrieb sind, dann steht die Leitung 134 unter erhöhtem Druck, und, abhängig wiederum von dem Druck in dem Gefäß 140, wird der - Hauptleitung 58 entnommene Flüssigkeit direkt in die Hauptleitung 56 über das Rückschlagventil 152 zurückgeführt, oder sie fließt durch den Wärmeaustauscher 138 und das Gefäß 140, wenn das Ventil 156 geöffnet ist, und hierauf durch Leitung 137, Wärmeaustauscher 138 und Leitung in die Hauptleitung 56. Jeder Drucküberschuß

in dem Gefäß Ί40 entweicht durch Leitung 150 in die Atmosphäre.

Das Kühlmittelsteuersystem kann auch mit Einrichtungen zur Reinigung der Flüssigkeit kombiniert sein; beispielsweise können ein Ionenaustauscher 160, der irgendein geeignetes Ionenaustauschmedium enthält, etwa synthetische Harzstoffe od. dgl., sowie Filter 162 vorgesehen sein. Dem Primärkühlkreis und der Hauptleitung 58 durch die Pumpen 128 entnommenes Kühlmittel wird, wenn Ventil 166 offen ist, über eine Leitung 164 durch einen Wärmeaustauscher 167 und über eine Verbindungsleitung 168, erforderlichenfalls durch einen zweiten Wärmeaustauscher 170 gefördert. Der zweite Wärmeaustauscher 170 wird über Leitungen 172, 174 von außen her mit einem unabhängigen Kühlmedium beschickt. Nach dem Verlassen des zweiten Wärmeaustauschers 170 strömt die Flüssigkeit bei geöffnetem Ventil 176 in eine Kammer 178 und von hier durch die Filter 162 in eine Leitung 180, welche die Flüssigkeit durch den ersten Wärmeaustauscher 167 über ein Rückschlagventil 182 der Hauptleitung 56 des Primärkreises wieder zuführt.

Wenn die Flüssigkeit in dem Kühlkreis zusätzlich der Einwirkung des Ionenaustauschers 160 unterworfen werden soll, wird Ventil 176 geschlossen und Ventil 184 in der Zuleitung zu dem Ionenaustauscher geöffnet. Desgleichen wird Ventil 186 einer Leitung 188 geöffnet, die von dem Ionenaustauscher zurück zu der Kammer 178 führt.

Das beschriebene Kühlmittelsteuersystem ist nur ein Beispiel für die Steuerungsmaßnahmen, die bei einem erfindungsgemäßen, Energie gewinnenden Reaktor im Primärkühlkreis vorgenommen werden können. Ein derartiges S teuer sys tem»kann kontinuierlich oder intermittierend arbeiten, zum Zweck der Entgasung und Reinigung der in dem Primärkühlkreis zirkulierenden Flüssigkeit. Wie ersichtlieh, ist das Steuersystem imstande, alle möglichen Arten von Verunreinigungen, welche die Kühlflüssigkeit in dem Reaktor aufnimmt, einschließlich gasförmiger und aus festen Bestandteilen bestehender Verunreinigungen, zu entfernen.

Wenn der erfindungsgemäße Reaktor nur spaltbare Materie erzeugen oder experimentellen Zwecken dienen soll, kann der Boiler 116 durch einen einfachen, bei niedrigen Temperaturen und niedrigem Druck arbeitenden Wärmeaustauscher ersetzt werden. In diesem Falle kann der Boiler 116 oder der Wärmeaustauscher, sofern eine Frischwasserquelle zur Verfügung steht, völlig entbehrt werden; das reine Wasser wird dann direkt dem Reaktor zugeführt und direkt aus demselben wieder abgeleitet.

Claims (11)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   I. Atomkernreaktor mit einem Behälter für den Reaktorkern, dessen perforierter Boden als Auflager für eine Schicht aus festen Betriebsstoffpartikeln in Tabletten-, Pillen-, Perlen- od. dgl. Form dient, von denen mindestens ein Teil spaltbare Materie enthält, und mit Mitteln zur Erzeugung eines Kühlflüssigkeitsstromes durch den perforierten Boden und den Behälter zu einem Auslaß im Oberteil des Behälters, gekennzeichnet durch eine solche Anordnung, daß die Betriebsstoffpartikeln in dem Behälter frei beweglich sind, und durch Mittel zur Veränderung der Stärke und des Druckes des Kühlflüssigkeitsstromes, derart, daß die Betriebsstoffpartikeln in eine vorbestimmte kritische Verteilung angehoben werden.
2. 2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Perforationen am Boden des Behälters relativ dicht und gleichmäßig verteilt sind, so daß der nach oben gerichtete Flüssigkeitsstrom den Behälter in gleichmäßiger Verteilung durchzieht.
3. 3. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter in einem geschlossenen Kessel angeordnet ist, der auf der Seite des perforierten Bodens einen .Flüssigkeitseinlaß und auf der gegenüberliegenden Seite einen Flüssigkeitsauslaß besitzt, wobei zwischen den Seitenwandungen des Behältei3 und den Seitenwandungen des Kessels ein Ringraum vorhanden ist, der einen Neutronenreflexionsschirm bildet.
4. 4. Reaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum an seinem oberen und unteren Ende verengte Einlaß- und Auslaßöffnungen besitzt, so daß durch diesen Raum ein begrenzter Strom von Kühlflüssigkeit fließt.
5. 5. Reaktor nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch einen aufrecht stehenden, geschlossenen, rohrförmigen Kessel mit Kühlflüssigkeitseinlaß an der Bodenseite und Kühlflüssigkeitsauslaß an der Kopfseite, eine Mehrzahl von konzentrisch in diesem Kessel angeordneten Rohren verschiedenen Durchmessers, die eine Mehrzahl äußerer Ringräume und einen inneren, zylindrischen Behälter für den Reaktorkern bilden, wobei in jedem der Ringräume im Unterteil verengte Einlaßöffnungen und im Oberteil verengte Auslaß öffnungen vorgesehen sind, so daß in den Ringräumen Kühlmittelnebenströme fließen und Reflexionsschirme für den Behälter des Reaktorkerns gebildet werden.
6. 6. Reaktor nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Kühlflüssigkeit, welche die Eigenschaft hat, Neutronen zu bremsen.
7. 7. Reaktor nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Materials für einen Teil der Betriebsstoffpartikeln, welches die Eignung hat, in spaltbare Materie umgewandelt zu werden.
8. 8. Reaktor nach Anspruch 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitseinlaß und der Flüssigkeitsauslaß des Kessels (36) in einem geschlossenen Primärkühlkreis (56, 58)

   liegen, der Pumpen (122) zur Erzeugung des Umlaufes der Flüssigkeit unter Druck und Mittel (VT) enthält zur Einstellung des durch den Kessel (36) ziehenden Flüssigkeitsstromes von einem Minimumwert, bei dem eine merkbare Aufrührung der Betriebsstoffpartikelschicht nicht stattfindet, bis auf einen höheren Wert, bei welchem die Betriebsstoffpartikeln unter gegenseitiger Trennung in dem Zustand der kritischen, eine Kettenreaktion aufrechterhaltenden Verteilung, bei welcher jede Partikel allseitig von Kühlmittel umgeben ist, in dem Behälter des Reaktorkerns hochgetrieben werden.
9. 9. Reaktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkreis (56, 58) einen Wärmeaustauscher (in, 116) enthält.
10. 10. Reaktor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindung mit dem Primärkühlkreis und parallel zu dem Kessel (36) ein zusätzlicher Strömungskreis zur Behandlung von Betriebsstoffpartikeln vorgesehen ist, bestehend aus einem Betriebsstoffpartikel-Vorratsbehälter (60), einer Einrichtung zur Steuerung der Strömung durch den zusätzlichen Kreis, einer Betriebsstofförderleitung (37) zwischen dem Oberteil des Vorratsbehälters, einer öffnung in der perforierten Zwischenwand des Behälters (50) und Mitteln zum Öffnen und Schließen dieser Förderleitung, derart, daß bei geöffneter Förderleitung und bei verringerter Strömung der Kühlflüssigkeit durch den Behälter des Reaktorkerns die Betriebsstoffpartikeln in den Vorratsbehälter fallen können.
11. 11. Reaktor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Nachfüllung von frischem Betriebsstoff in den Behälter des Reaktorkerns ein weiterer Vorratsbehälter (94) vorgesehen ist, dessen Unterteil mit dem Oberteil des Kessels (36) durch eine Speiseleitung (108) verbunden ist, derart, daß frische Betriebsstoffpartikeln dem Vorratsbehälter entnommen und über die Speiseleitung (108) dem Kessel (36) zugeführt werden können.

    In Betracht gezogene Druckschriften:
    Schweizerische Patentschrift Nr. 275951;
    Journal de Physique et Ie Radium, Bd. 12, 1951, S. 751.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

    © 609 014/416 5.56 (609 688 11.56)