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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 13. April 1955 Bekanntgemacht am 5. Juli 1956Registration date: April 13, 1955. Advertised on July 5, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung von Kernreaktionen, wobei der Kernbrennstoff in Körnerform durch einen Kernreaktor und durch einen Wärmeaustauscher zirkuliert.The invention relates to a method and a device for carrying out nuclear reactions, wherein the nuclear fuel is in granular form through a nuclear reactor and through a heat exchanger circulates.

Insonderheit betrifft die Erfindung die Art und Weise, wie der körnige Brennstoff durch das System befördert wird.In particular, the invention relates to the manner in which the granular fuel flows through the system is promoted.

Die Erfindung kann sowohl bei heterogenen als bei homogenen Kernreaktoren Anwendung finden. Tm ersten Fall zirkuliert der Kernbrennstoff in dem Reaktor durch eine Anzahl von Rohren, die von einem Moderator wie z. B. schwerem Wasser umgeben sind. Im zweiten Fall wird der körnige Kernbrennstoff, der mit einem körnigen Moderator, z. B. mit körnigem Berylliumoxyd, gemischt ist, durch einen Reaktorraum geleitet, der von einem Reflektor umgeben sein kann. Im letzteren Fall ist es auch möglich, daß der moderiefende Stoff und der Kernbrennstoff in demselben Korn eingeschlossen sind oder daß eine chemische Verbindung zwischen spaltbaren Atomen und moderierenden Atomen angewandt wird.The invention can be used in both heterogeneous and homogeneous nuclear reactors. In the first case, the nuclear fuel circulates in the reactor through a number of tubes extending from a moderator such as B. are surrounded by heavy water. In the second case, the grainy one Nuclear fuel mixed with a granular moderator, e.g. B. is mixed with granular beryllium oxide, passed through a reactor room, which can be surrounded by a reflector. In the latter case it is it is also possible that the soil soil and the nuclear fuel are included in the same grain are or that a chemical bond between fissile atoms and moderating atoms is applied.

Bei der Anwendung eines körnigen Kernbrennstoffs, der durch ein von schwerem Wasser umgebenes Rohrsystem zirkuliert, welches aus einemWhen using a granular nuclear fuel, which is surrounded by heavy water Circulating pipe system, which consists of a

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nicht oder nur wenig Neutronen absorbierenden Stoff, wie z. B. Berylliiumoxyd, hergestellt ist, hat es sich als möglich erwiesen, unter Anwendung natürlichen oder nur wenig angereicherten¹ Urans als spaltbare Materie einen Reaktor kritisch au gestalten. Es tniuß hier jedoch als Bedingung gestellt werden, daß die Konzentration des Kernbrennstoffs in den Rohren hoch ist.little or no neutron absorbing substance, such as B. Berylliiumoxyd is made, it has proved possible to make using natural or slightly enriched uranium as fissile material ¹ a reactor critical au. However, it must be made here as a condition that the concentration of the nuclear fuel in the tubes is high.

Zum Zirkulieren des Kernbrennstoffs könntenTo circulate the nuclear fuel could

ίο grundsätzlich verschiedene Methoden Anwendung finden. Es scheint z. B., daß der Gebrauch eines Hilfsgases, mittels dessen der körnige Feststoff in einen flüssigkeitsähnlichen Zustand versetzt wird, praktische Möglichkeiten in sich birgt.ίο Basically different methods are used Find. It seems z. B. that the use of an auxiliary gas, by means of which the granular solid in a liquid-like state is put, has practical possibilities in itself.

Der sogenannte »boiling state« eines aufgewirbelten körnigen Feststoffs- ist innerhalb eines Kernreaktors jedoch nicht zulässig. Die von Gasblasen verursachte zeitlich variable Inhomogenität würde mit sich bringen, daß auch die Reaktivität des Reaktors zeitlich variiert, wobei die Kernreaktion nur mit Mühe zu .beherrschen ist.The so-called "boiling state" of a whirled up Granular solids are not permitted within a nuclear reactor. That of gas bubbles The time-varying inhomogeneity caused would also result in the reactivity of the reactor varies over time, whereby the nuclear reaction is difficult to control.

Die Bildung des »liquid expanded state« eines aufgewirbelten körnigen Guts ist grundsätzlich wohl gestattet. Mit Rücksicht auf die Tatsache, daß beim plötzlichen Aussetzen des Gasstroms die Packungsdichte des körnigen Feststoffs sich ebenso unvermittelt ändern wird, sind jedoch besondere Vorkehrungen zu treffen, damit vermieden wirdj daß man die Kontrolle über den Reaktor verliert.The formation of the "liquid expanded state" of a whirled up granular good is fundamentally well allowed. With regard to the fact that when the gas flow is suddenly stopped, the packing density of the granular solid will also change abruptly, however, special precautions must be taken to avoid losing control of the reactor.

Gemäß der Erfindung lassen sich diese und andere Schwierigkeiten, die der Anwendung einer Wirbelschicht mittels eines Gasstroms anhaften, dadurch vermeiden, daß man den körnigen Kernbrennstoff durch Schwerkraftwirkung durch den Reaktor strömen läßt, die körnigen Stoffe an der unteren Seite des Reaktors kontinuierlich abführt, das körnige Gut dosiert an einen Gasstrom abgibt und es anschließend mit Hilfe des Gasstroms über den Wärmeaustauscher einer Stelle oberhalb des Reaktors zuleitet, wo das körnige Gut von dem Gase getrennt und dem Reaktor wieder zugeführt wird.According to the invention, these and other difficulties associated with using a Adhering fluidized bed by means of a gas stream, thereby avoiding the granular nuclear fuel allows the granular substances to flow through the reactor by gravity The lower side of the reactor discharges continuously and releases the granular material in a metered manner into a gas stream and then with the help of the gas flow over the heat exchanger to a point above the Reactor feeds, where the granular material is separated from the gases and fed back to the reactor will.

Die Abführung der durch die Kernreaktion stark erhitzten Körner an der unteren Seite der Reaktor rohre oder des Reaktorgefäßes und die dosierte Abgabe dieser Körner an einen Gasstrom, und zwar derart, daß sich die Abfühnungsgesehwindigkeit variieren läßt, ist hier ein schweres Problem. Dies macht sich um so mehr geltend, wenn man in Befracht zieht, daß die Aufrechterhaltung einer möglichst hohen Temperatur in dem Reaktor von großer Bedeutung ist, weil dadurch die thermische Ausbeute nach Möglichkeit gesteigert werden kann. Eine weitere Schwierigkeit dabei ist, daß das aus dem Reaktor abgeführte Gut stark radioaktiv ist, so daß bewegende Teile in den anzuwendenden \^orr,ichtungen nach Möglichkeit zu vermeiden sind, da die Reparatur oder die Instandhaltung dieser Teile infolge der starken Strahlung nicht oder kaum möglich ist.The discharge of the grains, which are strongly heated by the nuclear reaction, at the lower side of the reactor tubes or the reactor vessel and the metered delivery of these grains to a gas stream, namely such that the rate of repulsion can be varied is a serious problem here. this makes itself all the more assertive when one draws in favor that the maintenance of one as possible high temperature in the reactor is of great importance because it reduces the thermal yield can be increased if possible. Another difficulty with this is that that's out The reactor discharged material is highly radioactive, so that moving parts in the applicable \ ^ orr, seals are to be avoided if possible, as the repair or maintenance of these Parts are not or hardly possible due to the strong radiation.

Gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden diese und andere Schwierigkeiten dadurch beseitigt, daß man jedes Reaktorrohr bzw. das Abführungsrohr oder jedes der Abführungsröhre des" Γ Reaktorgefäßes in ein Gefäß mit schrägen Wänden münden läßt, d!as in eine senkrechte Schwingung versetzt werden kann. Wird ein solches Gefäß, weiterhin Schwingungsgefäß genannt, mit geeigneter Amplitude und Frequenz zum Schwingen gebracht, so zeigt sich, daß das körnige Gut in eine wirbelnde Bewegung gerät, wobei eine lebhafte Zirkulationsströmung in der wirbelnden Masse auftritt. Ist das Gefäß z. B. als gerader Kegel ausgebildet, dessen Spitze hinunterzeigt, so bewegen sich die Körner unter dem Einfluß der Schwingung längs der Wände des Gefäßes hinauf iund längs der Achse des Kegels hinunter.In accordance with a further aspect of the invention, these and other difficulties are thereby eliminated eliminates the need to remove each reactor pipe or the discharge pipe or each of the discharge pipe of the "Γ Reactor vessel can open into a vessel with sloping walls, d! As in a vertical oscillation can be moved. If such a vessel, furthermore called a vibration vessel, is used with a suitable one When amplitude and frequency vibrate, it turns out that the granular material is in a whirling motion occurs, with a brisk circulating current occurs in the swirling mass. Is the vessel z. B. designed as a straight cone, the tip of which points down, the grains move under the influence of the vibration up along the walls of the vessel and along the Axis of the cone down.

Das Schwingungsgefäß ist zweckmäßig von einem gasdichten Gehäuse umgeben, das mit einer Gaszufluß- und einer Gasabflußleitung ausgestattet ist, wobei die verschiedenen Einzelteile derart ausgebildet sind, daß das zugeleitete Gas gezwungen wird, durch den oberen Teil des Gefäßes zu fließen, ehe es durch die Abflußleitung entweichen kann. Dies hat zur Folge, daß das Gas sich durch den oberen Teil der Wirbelschicht bewegt, wodurch das körnige Gut mitgerissen wird.The vibration vessel is expediently surrounded by a gas-tight housing, which is equipped with a gas inflow and a gas discharge line is provided, the various individual parts being formed in this way are that the supplied gas is forced to flow through the upper part of the vessel, before it can escape through the drain line. This has the consequence that the gas is through the upper part of the fluidized bed moved, whereby the granular material is entrained.

Vorzugsweise wird die Gaszuleitung an der ' unteren Seite des Gehäuses angebracht, so daß das Gas längs der Außenwand des Schwingungsgefäßes streichen muß, ehe es die Wirbelschicht erreicht. Das Gas wird dadurch vorgewärmt, während die Wände des Schwingungsgefäßes eine Abkühlung erfahren.Preferably, the gas supply line is attached to the 'lower side of the housing, so that the Gas has to sweep along the outer wall of the vibration vessel before it reaches the fluidized bed. The gas is thereby preheated, while the walls of the vibration vessel cool down Experienced.

Um die Wände des Gehäuses herum kann ein gs Kühlmittel strömen, wodurch das Ganze bereits als Wärmeaustauscher funktionieren kann. Die thermische Energie wird dann hauptsächlich durch Strahlung übertragen.Around the walls of the housing a gs Coolant flow, which means that the whole thing can already function as a heat exchanger. The thermal Energy is then mainly transmitted through radiation.

Die Gehäusewand kann auch derart ausgebildet sein, daß sie die Wärme isoliert und die radioaktive Strahlung absorbiert; sämtliche thermische Energie muß dann in dem eigentlichen Wärmeaustauscher abgegeben werden.The housing wall can also be designed in such a way that it insulates the heat and the radioactive Absorbs radiation; all thermal energy must then be in the actual heat exchanger be delivered.

Um d!as Gas zu zwingen, seinen Weg durch die Wirbelschicht zu nehmen, wird vorzugsweise um das Rohr, durch welches das körnige Gut zugeleitet wird, ein ringförmiger Vorsprung angebracht, dessen Rand in die Wirbelschicht hineinragt. Innerhalb dieses Vorsprunges ist dann die Gasabflußleitung vorgesehen.To force the gas to make its way through the To take fluidized bed, is preferably around the pipe through which the granular material is fed is attached, an annular projection, the edge of which protrudes into the fluidized bed. Inside this projection is then provided for the gas discharge line.

Befindet sich das Gefäß in Schwingung, so zeigt sich, daß der körnige Kernbrennstoff regelmäßig in das Schwingungsgefäß hineintritt. Das Gas wird dann, falls seine Geschwindigkeit hoch genug ist, die Körner kontinuierlich mit sich führen.If the vessel is vibrating, it can be seen that the granular nuclear fuel is regularly in the vibration vessel enters. The gas will then, if its speed is high enough, carry the grains with you continuously.

Durch Einstellung der Amplitude und/oder der Frequenz der Schwingung ist es möglich, die Menge mitgerissenen körnigen Guts innerhalb eines gewissen Bereiches au regeln. Wird die Schwingung des Gefäßes abgestellt, so. findet keine Zuleitung von körnigem Gut statt; das Gas wird dann so lange noch körniges Gut mit sich führen, bis der Weg frei ist. Die obere Grenze von dem, was. bei einer bestimmten Gasgeschwindigkeit- mitgerissen werden kann, wird erreicht, falls die zugeleiteteBy adjusting the amplitude and / or the frequency of the oscillation it is possible to adjust the amount regulate entrained granular material within a certain range. Will the vibration of the vessel turned off, so. there is no supply of granular material; the gas then becomes like this carry granular goods with you for a long time until the way is clear. The upper limit of what. at a certain gas velocity can be entrained, is achieved if the supplied

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Korngiutmenge so groß wird, daß das. Gas die Menge Peststoff nicht mehr mit sich zu führen vermag. Das Korngut strömt d'ann schließlich über den Rand des Schwingungsgefäßes über.The amount of grain becomes so large that the gas reduces the amount Can no longer carry pestilence with him. The grain then finally flows over the edge of the vibration vessel.

Um die in dieser Weise verschütteten Körner wieder in den Kreislauf hineinzuleiten, ist es vorteilhaft, die Gaszuleitung in das -um das Schwingungsgefäß befindliche Gehäuse tangential auszubilden, wodurch höhere Gasgeschwindigkeiten erzielt werden können.In order to get the grains spilled in this way back into the cycle, it is advantageous to the gas feed line in the housing located in the vibration vessel tangential to form, whereby higher gas velocities can be achieved.

Falls der Druck der Korngutsäule auf das im Schwingungsgefäß befindliche körnige Gut zu stark ansteigt und die Teilchengröße der Körner stark variiert, ist es möglich, daß in dem Schwingungsgefäß eine sehr dichte Packung entsteht, wodurch die Wirbelschicht nur schwer oder überhaupt nicht aufrechtzuerhalten ist.If the pressure of the grain column on the grainy material in the vibration vessel is too strong increases and the particle size of the grains varies greatly, it is possible that in the vibrating vessel a very dense packing is created, which makes the fluidized bed difficult or not at all is to be maintained.

Nach der Erfindung läßt sich dieses in einfacher Weise beheben, und zwar indem man in das untere Ende des Zuleitungsrohrs oder in der Nähe desselben eine solche Menge eines HiHsgases zuleitet, daß wenigstens örtlich eine Wirbelschicht entsteht. Dies erzielt man vorzugsweise dadurch, daß das Zuleitungsrohr an der Unterseite örtlich verengt und dicht unterhalb dieser Verengung oder in dieselbe das Hilfsgas zugeleitet wird.According to the invention, this can be remedied in a simple manner, namely by going into the lower At the end of the feed pipe or in the vicinity of the same, such a quantity of a high-temperature gas is fed in, that at least locally a fluidized bed is created. This is preferably achieved in that the Supply pipe narrowed locally at the bottom and just below this narrowing or in the same the auxiliary gas is supplied.

Es wi^:rd einleuchten, daß als Hilfsgas dasselbe Gas angewandt werden kann, das zur Beförderung des körnigen Gutes aus dem Schwingungsgefäß dient.It wi ^: rd obvious that the same gas can be used as the auxiliary gas that is used to transport the granular material out of the vibration vessel.

Von dem Schwingungsgefäß aus werden die heißen in Gas suspendierten Körner durch den Wärmeaustauscher geleitet. Zur Erzielung einer schnellen Wärmeübertragung ist es dabei von Bedeutung, daß die Wandfläche des Wärmeaustauschers hinreichend groß ist. Bei heterogenen Kernreaktoren wird denn auch vorzugsweise der mit heißen Körnern beladene Gasstrom jedes Rohrs gesondert gekühlt. Bei homogenen Reaktoren ist es vorteilhaft, das Reaktorgefäß an der unteren Seite mit einer Anzahl Abflußrohre zu versehen. Jedes dieser Abflußrohre kann dann mit einem gesonderten Schwingungsgefäß und Kreislaufsystem ausgestattet sein. Die Abflußrohre können dabei an der oberen Seite mit einer gleich großen Anzahl aneinandergeschlossenerHohlpyramiden ausgestattet sein, die mit abwärts gerichteter Spitze angeordnet sind. Die Pyramiden können z. B. sechsseitig ausgebildet sein und sich in Form einer Honigwabe aneinanderschließen. From the vibrating vessel, the hot grains suspended in gas are passed through the Heat exchanger passed. To achieve rapid heat transfer, it is important to that the wall area of the heat exchanger is sufficiently large. With heterogeneous nuclear reactors the gas flow of each pipe loaded with hot grains is then preferably separate chilled. In the case of homogeneous reactors, it is advantageous to have the reactor vessel on the lower side to provide a number of drainage pipes. Each of these drainage pipes can then with a separate Vibration vessel and circulatory system must be equipped. The drainage pipes can be attached to the upper side with an equal number of connected hollow pyramids be equipped, which are arranged with the tip pointing downwards. The pyramids can e.g. B. six-sided and join together in the form of a honeycomb.

Die Wände dieser Pyramiden oder Kegel sollen, wie die äußeren Enden der Rohre, die in nur eine gemeinsame Abflußleitung münden, eine solche Neigung aufweisen, daß das körnige Gut nicht auf den abfallenden Wänden liegenbleiben kann. Ein . freies Zuströmen des körnigen Gutes ist hierdurch gesichert.The walls of these pyramids, or cones, are said to be like the outer ends of the tubes that come in only one common drainage line open, have such a slope that the granular material does not can be left on the sloping walls. A . This allows the granular material to flow freely secured.

Durch diese Vielheit von Abflußrohren wird außerdem als besonderer Vorteil erzielt, daß auf verschiedenen Strömungspfaden des körnigen Guts im Reaktorgefäß die Geschwindigkeit, mit der das körnige Gut abgeführt wird,¹ und demzufolge die Verweilzeit der Körner in dem Reaktor ungleich eingestellt werden kann. Dadurch kann erreicht werden, daß trotz der Tatsache, daß der Neutronenfluß auf verschiedenen Strömungspfaden des Reaktors ungleich ist, die Wärmeerzeugung pro Volumeneinheit in irgendeinem waagerechten Schnitt des Reaktorgefäßes und damit die Temperatur der abgeführten Körner überall nahezu dieselbe ist. Die Abführungsgeschwindigkeit läßt sich in diesem Fall durch Einstellung der Amplitude Und/oder der Frequenz der gesonderten Schwingungsgefäße regulieren. This multiplicity of drainage pipes also has the particular advantage that on different flow paths of the granular material in the reactor vessel the speed at which the granular material is discharged ¹ and consequently the residence time of the granular material in the reactor can be set unequal. In this way it can be achieved that despite the fact that the neutron flux is unequal on different flow paths of the reactor, the heat generation per unit volume in any horizontal section of the reactor vessel and thus the temperature of the discharged grains is almost the same everywhere. In this case, the discharge speed can be regulated by adjusting the amplitude and / or the frequency of the separate oscillation vessels.

Gleiches ist bei heterogenen Reaktoren zu erreichen, bei denen eine Anzahl von Rohren angewandt wird. Auch hier läßt sich die Abführungsgeschwindigkeit und mithin die Verweilzeit der Körner in den Rohren durch jeweilige Einstellung der Frequenz und/oder der Amplitude der gesonderten Schwingungsgefäße variieren.The same can be achieved with heterogeneous reactors, where a number of tubes are used. Here, too, can be the discharge speed and therefore the residence time of the Grains in the tubes by setting the frequency and / or the amplitude of the separate Vibration vessels vary.

Die Abtrennung des suspendierten körnigen Kernbrennstoffs von dem Gas läßt sich vorteilhaft mit Hilfe von Zyklonen oder Batterien von Zyklonen erzielen. .The separation of the suspended granular nuclear fuel from the gas can be advantageous with the help of cyclones or batteries of cyclones. .

Falls ein aus verschiedenen körnigen Stoffen bestehendes Gemisch, z. B. ein Gemisch von körniger spaltbarer Materie und einem körnigen Moderator angewandt wird, kann bei der Abtrennung im Zyklon eine unerwünschte Trennung der verschiedenen Arten von Teilchen auftreten. Dies läßt sich vermeiden, indem man die abgetrennten Fraktionen, ehe diese dem Reaktor zugeleitet werden, im.voraus mischt, z. B. mittels eines Schwingungsgefäßes.If a mixture consisting of different granular substances, e.g. B. a mixture of grainy fissile matter and a granular moderator is applied, can be used in the separation in the Cyclone an undesirable separation of the different types of particles occur. This can be Avoid by pre-loading the separated fractions before they are fed to the reactor mixes, e.g. B. by means of a vibration vessel.

Die Vorrichtung kann weiterhin mit Mitteln versehen sein, die dazu dienen, wenigstens einen Teil der Körner diskontinuierlich oder kontinuierlich abzutrennen und ziu reinigen, und mit Mitteln, die zur Entfernung flüchtiger Spaltprodukte und mitgeführter Staubteile aus dem angewandten Gas vorgesehen sind. Das Gas kann darauf vorteilhaft wieder in den Kreislauf eingeführt werden.The device can further be provided with means which serve to at least a part to separate and purify the grains discontinuously or continuously, and with means that intended for the removal of volatile fission products and entrained dust particles from the gas used are. The gas can then advantageously be reintroduced into the circuit.

Als Trägergas wird vorzugsweise ein Gas gewählt, das einen kleinen Absorptionsquerschnitt für Neutronen aufweist und weiterhin nicht von der Strahlung beeinflußt wird. Sehr geeignet zu diesem Zweck ist z. B. Helium oder Kohlenmonoxyd;A gas is preferably selected as the carrier gas, which has a small absorption cross-section for Has neutrons and is still not influenced by the radiation. Very suitable for this Purpose is z. B. helium or carbon monoxide;

Ohne daß die Erfindung darauf beschränkt wäre, wird sie an Hand der Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the drawings, without the invention being restricted thereto.

Fig. ι zeigt schematisch einen heterogenen und Fig. 2 einen homogenen.Kernreaktor; in derFig. 1 shows schematically a heterogeneous and Fig. 2 a homogeneous.Kernreaktor; in the

Fig. 3 ist eine Vorrichtung zum Dosieren des körnigen Kernbrennstoffs an das Trägergas mehr im einzelnen dargestellt.Fig. 3 is an apparatus for metering the granular nuclear fuel to the carrier gas more shown in detail.

In der Fig. 1 stellt 1 den Reflektor eines Kernreaktors dar. Innerhalb dieses Reflektors ist der Raum.2 für den Moderator vorgesehen, der z.B. aus schwerem Wasser bestehen kann. Um die Temperatur des schweren Wassers hinreichend niedrig zu halten, kann es durch einen Wärmeaustauscher (nicht auf der Zeichnung vorhanden) zirkuliert werden. In dem Raum 2 sind die Reaktorrohre 3 angebracht. Zwei von diesen Rohren sind schematisch in der Zeichnung angegeben, aber in der Wirklichkeit beträgt die Zahl der Rohre etwa hundert. Die Wände dieser Rohre sind aus einemIn Fig. 1, 1 represents the reflector of a nuclear reactor Within this reflector, the room.2 is provided for the moderator, who e.g. can consist of heavy water. To make the temperature of heavy water sufficiently low to keep it can circulate through a heat exchanger (not available on the drawing) will. In the space 2, the reactor tubes 3 are attached. Two of these tubes are schematic indicated in the drawing, but in reality the number of pipes is approximately hundred. The walls of these pipes are made of one

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Neutronen nicht oder fast nicht absorbierenden Stoff, wie dichtgesintertem BeO, angefertigt/ Wird als Moderator schweres Wasser verwendet, so ist die Außenwand der Rohre vorzugsweise mit einem porösen Stoff, wie grob gesintertem BeO, verkleidet. An der unteren Seite münden die Rohre 3 in Schwingungsgefäße 4.Neutron non-absorbing or almost non-absorbing material, such as densely sintered BeO, is made If heavy water is used as a moderator, the outer wall of the pipes is preferably covered with a porous fabric such as coarsely sintered BeO. The pipes 3 open out on the lower side in vibration vessels 4.

Ein derartiges Schwingungsgefäß kann verschiedenartig ausgebildet sein; die Fig. 3 zeigt schematisch einen Querschnitt einer Vorzugsausführung. Das eigentliche Schwingungsgefäß besteht aus einem geraden Kegel 4, der auf einem Stiel 6 befestigt ist. Dieser Stiel ist mit einer Vibrationsvorrichtung verbunden oder er bildet selber einen Teil einer solchen Vorrichtung, die auf der Zeichnung schematisch als eine Spule 7 dargestellt ist. Das Ganze ist gasdicht in einem Gehäuse 8 untergebracht, wobei wenigstens der Teil, der den Kegel 4 umschließt, aus einem wärmefesten und wärmeisolierenden Stoff angefertigt ist.Such a vibration vessel can be designed in various ways; 3 shows schematically a cross section of a preferred embodiment. The actual oscillation vessel consists of one straight cone 4, which is attached to a stem 6. This stem comes with a vibrating device connected or it itself forms part of such a device, which is shown schematically in the drawing is shown as a coil 7. The whole is housed gas-tight in a housing 8, wherein at least the part that encloses the cone 4, made of a heat-resistant and heat-insulating material is made.

Zwischen dem eigentlichen Schwingungsgefäß 4 und dem Gehäuse 8 ist ein Raum 9 ausgespart, durch den das durch die Leitung 10 herangeführte Trägergas zirkuliert. Das Gas durchläuft den Raum 9, fließt über den oberen Rand des Kegels 4 und wird durch einen am Gehäuse 8 befestigten ringförmigen Vorsprung 11 gezwungen, durch die wirbelnde Korngutmasse 12 au strömen, ehe es durch die Leitung 13 die Vorrichtung wieder verlassen kann.A space 9 is cut out between the actual vibration vessel 4 and the housing 8, through the carrier gas brought in through line 10 circulates. The gas passes through the space 9, flows over the upper edge of the cone 4 and becomes forced by an annular projection 11 attached to the housing 8, through the swirling Korngutgut 12 flow au before it can leave the device again through the line 13.

Das äußere Ende 14 jedes Reaktorrohrs 3 mündet unterhalb der freien Oberfläche der Korngiutmasse 12. Wird min. das Gefäß 4 in vertikale Schwingung versetzt, so geht das körnige Gut im Gefäß in eine Wirbelschicht über. Hat das dem Raum 9 zugeführte Gas eine hinreichende Geschwindigkeit, so reißt dieses den körnigen Kernbrennstoff aus dem Gefäß 4 mk sich, wobei eine Suspension im Gas gebildet wird, die durch das Abflußrohr 13 abgeführt wird, wodurch Kernbrennstoff aus dem Rohr 3 frei zuströmen kann. Die Suspension wird durch das Rohr 13 in einen Wärmeaustauscher 15 geführt, in dem die Wärme z. B. an ein flüssiges Metall übertragen wird. Nach Durchgang durch den Wärmeaustauscher 15 tritt die Suspension in eine Sammelleitung 16, an welche die Zyklone 17 angeschlossen sind, in denen der suspendierte KernbrennstoffThe outer end 14 of each reactor tube 3 opens below the free surface of the granular material 12. If at least the vessel 4 vibrates vertically offset, the granular material in the vessel goes over into a fluidized bed. Has that supplied to room 9 Gas has a sufficient speed, so this tears the granular nuclear fuel out of the Vessel 4 mk itself, a suspension being formed in the gas which is discharged through the drain pipe 13 is, whereby nuclear fuel can flow freely from the pipe 3. The suspension is caused by the Tube 13 passed into a heat exchanger 15, in where the heat z. B. is transferred to a liquid metal. After passing through the heat exchanger 15 the suspension enters a collecting line 16 to which the cyclones 17 are connected are in which the suspended nuclear fuel

' ' wieder aus dem Gas ausgeschieden und über die Ablaß leitungen 18 den Reaktor roh ren wieder zugeleitet wird.'' exited the gas again and over the Drain lines 18 are fed back to the reactor roh Ren.

Das ■ abgetrennte Gas kann durch die Leitung 19 und eine Pumpe 21 wieder in den Kreislauf einr geführt werden, wobei es zwecks Entfernung von flüchtigen Spaltprodukten und von dem körnigen Gut herrührendem Staub eine Reinigungsanlage 20 durchfließt.The ■ separated gas can through the line 19 and a pump 21 can be reintroduced into the circuit, in order to remove volatile fission products and dust originating from the granular material a cleaning system 20 flows through.

Durch Einstellung der Amplitude und/oder der Frequenz des Schwingungsgefäßes 4 läßt sich, bei hinreichender Geschwindigkeit des Trägergases in dem Kreislauf, die Verweilzeit des Kernbrennstoffs und demnach auch die Temperatur des zirkulierenden Brennstoffs in den Rohren 3 regulieren.By adjusting the amplitude and / or the frequency of the vibration vessel 4 can be sufficient velocity of the carrier gas in the circuit, the residence time of the nuclear fuel and accordingly also regulate the temperature of the circulating fuel in the tubes 3.

Zur Lösung des Problems, daß das frei zuströmende körnige' Gut einen zu starken Druck auf die Masse in dem Schwingungsgefäß 4 ausübt, so daß sich die wirbelnde Bewegung dieser Masse nur . schwer aufrechterhalten läßt, kann in das untere Ende der Rohre 3 so viel Gas hineingeblasen werden, daß darin wenigstens örtlich eine Wirbelschicht auftritt. Zu diesem Zweck weist das Rohr 3 örtlich . eine Verengung 28 auf, unterhalb deren durch eine Leitung 29 so viel Trägergas hineingespritzt wird, daß sich in dieser Verengung gerade eine Wirbelschicht zu bilden vermag. Das Gas kann durch die Zuleitungszyklone 17 oder durch eine zusätzliche Leitung (nicht auf der Zeichnung angegeben) wieder aus den Rohren entweichen. Durch die Verengung 28 erreicht man, daß weiter hinauf in den Reaktorrohren keine Wirbelschicht auftreten kann.To solve the problem that the freely flowing granular 'good too much pressure the mass in the vibration vessel 4 exerts, so that the swirling movement of this mass only. difficult to maintain, so much gas can be blown into the lower end of the tubes 3, that a fluidized bed occurs therein at least locally. For this purpose, the tube 3 has locally. a constriction 28, below which so much carrier gas is injected through a line 29, that a fluidized bed is able to form in this narrowing. The gas can pass through the Feed line cyclones 17 or by an additional line (not indicated on the drawing) again escape from the pipes. Through the constriction 28 one achieves that further up in the reactor tubes no fluidized bed can occur.

In der Fig. 2 ist das Reaktorgefäßi 22 von einem Reflektor i_a umgeben, der z. B. aus Graphit besteht. In dem Reaktorgefäß befindet sich ein körniges Gemisch aus Kernbrennstoff und Moderator, z. B. einem Gemisch von Uranoxyden und Berylliumoxyd. Das Gefäß ist an der unteren Seite mit einer Anzahl aneinandergeschlossener Abflußpyramiden 24 versehen. Diese Pyramiden münden an der Spitze in Abflußrohre 25, die in die Schwingungsgefäße 4_a der Vorrichtungen 27 münden. Die Konstruktion dieser Vorrichtungen zur dosierten Abgabe des körnigen Guts an einen Gasstrom kann der in der Fig. 3 dargestellten Vorrichtung völlig entsprechen. Durch die Pumpe 2i_e und die Leitung io_a wird Gas in die Dosiervorrichtungen geleitet. Dieses Gas reißt das in der Dosiervorrichtung befindliche körnige Gemisch von Kernbrennstoff und Moderator mit sich. Die so gebildete Suspension von körnigem Gut fließt anschließend durch die Leitung 13,, in den Wärmeaustauscher 15₀ und von dort durch die Leitung i6_H in die Zyklone 33, in denen das körnige Gut abgetrennt wird. Das Gut fließt durch die Ablaßleitungen. 34 wieder in das Reaktorgefäß 22 zurück. Das abgetrennte Gas, in dem vielleicht ein wenig von zerriebenem körnigem Gut herrührender Staub vorhanden sein kann, wird über einen Zyklon 36, in dem dieser Staub abgetrennt wird, in die Rückflußleitung 37 geleitet, von wo es durch die Pumpe 2 i_ß wieder in den Kreislauf zurückbefördert wird. Zum Entfernen flüchtiger Spaltprodukte ist in die Leitung 37 eine Reinigungsanlage 2O„ eingeschaltet worden. Die an die Leitung 37 angeschlossene Leitung 39 ist zur Abführung von Gas vorgesehen., das gegebenenfalls in dem Reaktorgefäß 22 entstanden oder dort hineingeleitet worden ist. Zum Beispiel kann durch die Rohre 25 Gas hineingeblasen werden; um dort wenigstens ort-Hch eine Wirbelschicht zu bilden. Dadurch wird der Druck des frei aus dem Reaktor herausströmenden Gutes auf das bereits in den Schwingungsgefäßen 4_ß befindliche Gut herabgesetzt, so daß Schwierigkeiten bei der Bildung einer Wirbelschicht vermieden werden.In Fig. 2, the Reaktorgefäßi 22 is surrounded by a reflector i _a , the z. B. consists of graphite. In the reactor vessel there is a granular mixture of nuclear fuel and moderator, e.g. B. a mixture of uranium oxides and beryllium oxide. The vessel is provided on the lower side with a number of drainage pyramids 24 connected to one another. At the top, these pyramids open into drainage pipes 25 which _{open into the oscillation vessels 4 a of} the devices 27. The construction of these devices for the metered delivery of the granular material to a gas stream can correspond completely to the device shown in FIG. Gas is fed into the metering devices through the pump 2i _e and the line io _a. This gas entrains the granular mixture of nuclear fuel and moderator in the metering device. The suspension thus formed of granular material then flowing through the line 13 ,, in the heat exchanger 15 _0, and from there i6 through line _H in the cyclones 33, in which the granular material is separated. The material flows through the drainage pipes. 34 back into the reactor vessel 22. The separated gas, in which there may be some dust originating from ground granular material, is passed through a cyclone 36 in which this dust is separated into the reflux line 37, from where it is returned to the by the pump 2 _ß Cycle is returned. To remove volatile cleavage products, a cleaning system 20 ″ has been switched on in line 37. The line 39 connected to the line 37 is provided for the discharge of gas that may have arisen in the reactor vessel 22 or has been fed into it. For example, gas can be blown in through the pipes 25; in order to form a fluidized bed there at least locally. As a result, the pressure of the material flowing freely out of the reactor on the material already in the vibration vessels 4 _ß is reduced, so that difficulties in the formation of a fluidized bed are avoided.

Die Zuleitungszyklone 33 können mit Hilfe der Regelhähne 40 geregelt werden, wodurch erreicht werden kann, daß die Oberfläche des im Reaktorgefäß befindlichen Brennstoffbettes grundsätzlich waagerecht bleibt.The feed cyclones 33 can be regulated with the aid of the control valves 40, which is achieved can be that the surface of the fuel bed located in the reactor vessel is basically remains horizontal.

548/Φ16548 / Φ16

St 9752 VHIc/21gSt 9752 VHIc / 21g

Durch Einstellung der Amplitude und/oder der Frequenz der gesonderten Schwingungsgefäße. 4_a kann erzielt werden, daß die Verweilzeit des Gemisches auf verschiedenen Strömungspfaden im Kernreaktor variiert werden kann.By adjusting the amplitude and / or the frequency of the separate oscillation vessels. 4 _{a it} can be achieved that the residence time of the mixture can be varied on different flow paths in the nuclear reactor.

Dies ist vor allem von Bedeutung, wenn man bestrebt ist, hohe Temperaturen zu verwirklichen, um den thermischen Effekt des Reaktors nach Möglichkeit zu steigern. In diesem Falle ist besonders darauf zu achten, daß die Temperatur an Stellen mit einem hohen Neutronenfluß nicht über einen bestimmten Grenzwert hinaussteigt, bei dem sich Zersetzung, Sinterung oder eine andere unzulässige Änderung des angewandten Gutes ergibt.This is especially important if one is striving to achieve high temperatures to increase the thermal effect of the reactor if possible. In this case, pay special attention to it care must be taken that the temperature in places with a high neutron flux does not exceed a certain one Limit value rises at which decomposition, sintering or some other impermissible Change in the applied good results.

Claims

PATENT CLAIMS:

ι. Procedures for carrying out nuclear reactions, where the nuclear fuel is in granular form through a nuclear reactor and through circulating a heat exchanger, characterized in that the nuclear fuel, optionally mixed with a granular moderator is passed through the reactor by gravity on the lower side of the

, Reactor is continuously discharged and metered into a gas stream and then as a suspension in gas flows over the heat exchanger to a point above the reactor where the granular material flows from separated from the gas and fed back to the reactor.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the removal of the granular material from the reactor together with the metered delivery of the material to the gas stream thereby takes place that the granular material by gravity in a consisting of this material Fluidized bed can flow by vertical oscillation of a vessel with oblique Walls is kept in the swirling state while the gas is at such a speed is passed into the fluidized bed that the granular material continuously from the Gas stream is entrained.

3. The method according to claim 2, characterized in that the in the fluidized bed flowing granular material by introducing an auxiliary gas locally in a swirling motion is brought.

4. The method according to claims 2 and 3, characterized in that the 'residence time of the granular material in the nuclear reactor by adjusting the amplitude and / or the frequency the oscillation with which the fluidized bed is maintained is regulated.

5. Process for carrying out nuclear ■ reactions in a heterogeneous nuclear reactor,

which contains a number of tubes through which such a granular nuclear fuel circulates, through it

characterized in that for each individual tube: the method according to claims 2 to 4 application finds.

6. Process for carrying out nuclear reactions in a homogeneous nuclear reactor, which is provided with a reactor vessel through which a granular mixture of fissile Matter and moderator circulates, characterized in that the discharge of the granular Guts takes place from the reactor by means of a number of connected discharge devices, while the method according to claims 2 to 4 is used for each discharge device finds.

7. The method according to claims 5 and 6, characterized in that the flow of the granular material through the reactor by ■ adjusting the frequency and / or the amplitude the separate oscillation vessels is regulated in such a way that the temperature of the Grains when leaving the reactor over the entire cross section of the reactor are almost the same is.

8. Nuclear reactor suitable for carrying out the process according to claims 1 to 7 suitable, characterized in that the tubes (or the vessel) for the nuclear fuel at the lower side are provided with at least one drainage pipe (is), which pipe into a free standing vessel with sloping walls, also known as the vibration vessel, opens with the Means is equipped with the help of this vessel in a vertical oscillation with a to varying frequency and / or amplitude can be offset, and by which vessel a housing enclosing this vessel in a gas-tight manner is attached, in which supply and discharge lines are provided for the gas, which are designed such that supplied gas is forced to flow through at least the top of the vessel before it enters the housing can exit through the discharge line, which latter discharge line to a heat exchanger and then connected to one or more devices arranged above the reactor is intended to separate suspended solids from the gas and whose discharge pipe for the solid is connected to a feed pipe of the reactor is.

9. Nuclear reactor according to claim 8, characterized in that the connection of the reactor tubes or the reactor vessel to the discharge line is designed in such a way that the Granular material over the entire diameter of the pipes or the vessel freely into the discharge lines can flow.

10. Nuclear reactor according to claims 8 and 9, characterized in that in the discharge lines for the granular material from the reactor Means are provided to at least locally a fluidized bed of the granular material realize.

11. Nuclear reactor according to claims 8 to

10, characterized in that the devices for separating the granular material

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St 9752 VIIIc/21gSt 9752 VIIIc / 21g

consist of the gas from at least one cyclone,

12. Nuclear reactor according to claims 8 to ii, characterized in that means are provided to circulate the carrier gas leave.

13. Heterogeneous nuclear reactor for carrying out the process according to claims 1 to 4, which contains a number of reactor tubes, characterized in that each tube with one Device according to claims 8 to 12 is equipped.

14. Homogeneous nuclear reactor for carrying out the method according to claims 1 to 4, characterized in that the reactor vessel is closed on the lower side with a number of tapered Devices according to claims 8 to 12 is provided.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings