DEW0014831MA - - Google Patents

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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 7. September 1954 Bekanntgemacht am 9. Mai 1956Registration date: September 7, 1954. Advertised on May 9, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Atomkernreaktoren, bei welchen eine leicht steuerbare Kettenreaktion durch Kernspaltung erzeugt wird, im besonderien auf Rjeaktoren für stationäre Anlagen.The invention relates generally to atomic nuclear reactors in which an easily controllable Chain reaction is generated by nuclear fission, in particular on reactors for stationary systems.

Es sind Reaktoren bekannt, bei welchen durch Beschießung von aufbaufähigen Stoffen, wie Uran 238 und Thor 2S32, mit Neutronen spaltbare Materie, wie z. B. Plutonium 239 oder Uran 233, erzeugt wird.There are reactors known in which by bombardment of buildable materials, such as Uranium 238 and Thor 2S32, matter that can be fissioned with neutrons, such as B. Plutonium 239 or Uranium 233, is produced.

Derartige Reaktoren arbeiten im allgemeinen bei niedrigen Temperaturen und Drücken, erfordern aber eine angemessene Steuerung des Verfahrens und Maßnahmen zum Kühlen.Such reactors generally operate at low temperatures and pressures that require but adequate control of the process and measures for cooling.

Zur Energiegewinnung sind ebenfalls schon Reaktoren vorgeschlagen worden. Diese arbeiten überwiegend bei viel höheren Temperaturen und Drücken; viele der Steuer- und Kühlprobletne 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. Β. Materialuntersuchungen und Erzeugung von Isotopen.Reactors have also already been proposed for generating energy. These works predominantly at much higher temperatures and pressures; many of the control and cooling problems are similar to the first mentioned known reactors. The use of reactors is also have been suggested for a number of other purposes, beginning with purely experimental purposes serving plants up to reactors for special purposes, like ζ. Β. Material investigations and generation of isotopes.

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.A number of different types of reactors find use for these purposes; all known Systems, however, are subject to strict restrictions on use, in particular with regard to on the adaptability and the ease of control in operation.

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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 einemThe reactor according to the invention can be used for all of the above-mentioned purposes. It provides a reactor core in which the reaction takes place while generating heat. In the following the invention is explained using the example of a reactor for the production of Energy; there is a closed cooling system that works at high pressure and high temperature Use in conjunction with a

ίο Hochdruckkessel für den Reaktorkern. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Energiegewinnung beschränk^ sondern kann in abgewandelter Ausführungsform 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 enthaltenden primären Leitungskreis liegt; die so abgezogene Wärme wird zur Erzeugung von Dampf für Turbo-Generatoranlagen od. dgl. verwendet. Bei anderen Ausführungen des erfindungsgemäßen Reaktors ist ein Hochdruckkessel für den Reaktorkern nicht erforderlich, und es genügt eine einfachere Form von Kühlung.ίο High pressure boiler for the reactor core. The invention However, it is not restricted to energy generation, but can be used in a modified embodiment can be used for other purposes. In the embodiment shown in the drawing According to the invention, part of the heat developed is removed in a heat exchanger located in the core of the reactor containing primary circuit is located; the heat withdrawn in this way is used to generate Steam for turbo generator systems or the like. Used. In other embodiments of the invention Reactor, a high pressure vessel for the reactor core is not required, and one is sufficient simpler form of cooling.

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, ©iese 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.The most popular version so far is the one with. solid fuel working so-called heterogeneous Type in which solid plates or blocks of fissile matter in a well-defined System are arranged in the reactor core and a coolant, e.g. B. Water, in the primary circuit circulated through the reactor core, © this embodiment requires extremely complicated and expensive manufacture of the fuel elements and complex support structures for the fuel elements and flow a coolant. The replacement of the fuel elements in the reactor core is very difficult and requires reactor shutdown for a relatively long period of time; although can unused fissile matter can be recovered, the process required for this - is however, very cumbersome and expensive.

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.Another genus of reactors, called the homogeneous type, uses the fissile type Matter in solution with a liquid, e.g. B. water. In this embodiment that is Corrosion problem in view of the need to circulate the solution in the entire primary system a significant disadvantage.

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.Finally there are reactors in which the fissile matter is in a suitable liquid suspended to a relatively viscous mixture in the form of a slurry. These reactors have the same disadvantages as the homogeneous reactors mentioned above; Additionally there is a difficulty in keeping the slurry uniform. Both this embodiment like those of the homogeneous type is subject to restrictions in the use of fissile matter of low enrichment, because of the impossibility to accommodate. Enough of such matter in the required volume. The reactor problems apply to the two last-mentioned genera of reactors into the whole primary circle because the matter circulating in the circle is highly radioactive. After all, the amount of fuel or fuel required is very large because of the part of the primary circuit that is present outside the actual reactor contributes nothing to the cracking process inside the reactor.

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.In the invention a new form of reactor core is provided, along with means for controlling, cooling, reflecting and moderating. In doing so, the fissile matter is given shape of particles used, for example, tablets, pills, pearls or the like. Shape and are in a container of the reactor core, in which through a layer of this Particles through an upwardly directed stream of a cooling liquid flows, which so can be controlled that the fuel particles are raised and carried by the flow of liquid separated from each other and in a sense suspended in it, to a degree and in a distribution that depends on the intensity of the liquid flow. It stands to reason that such a reactor does not have the disadvantages of the known types; in addition owns it has further advantages, which will be pointed out below.

Die Verwendung von Kernbrennstoffpartikeln in Tabletten-, Pillen-, Perlen- od. dgl. Form ist bei Atomkernreaktcwen 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.The use of nuclear fuel particles in tablet, pill, pearl or the like form is at Atomic nuclear reactants are known per se. Furthermore, a reactor is known whose container has a perforated Soil as a support for a layer of solid fuel particles in tablet form, one of which includes at least a portion of fissile matter, has and means for generating one through the perforated bottom and up through the container to an outlet in the top of the container having directed liquid flow. In this known reactor, however, the tablets fill completely out of the reactor core container and cannot move.

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.In contrast, according to the invention, the fuel particles in tablet, Pills, pearls or the like. Move freely, and) means are provided that allow the To regulate the amount and pressure of the liquid flow so that the fuel particles in the container be raised to a predetermined critical distribution. This allows the splitting process control in the reactor easily and effectively, without the need for complicated To use control devices.

Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele der ' Erfindung. Es stellt darThe figures show exemplary embodiments of the invention. It shows

Fig. ι einen erfindungsgemäßen Reaktor im Längsschnitt,Fig. Ι a reactor according to the invention in longitudinal section,

Fig. 2 eine .Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktors in Verbindung mit Einrichtungen zum Abfüllen von verbrauchten Betriebsstoffpartikeln !und zum Einfüllen frischer Betriebsstoffpartikeln in den Reaktor,Fig. 2 shows an embodiment of an inventive Reactor in connection with facilities for the filling of used fuel particles ! and for filling fresh fuel particles into the reactor,

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Fig. 3 eine schematische Darstellung der ikompletten Anlage mit einem Reaktor nach Fig. 2.Fig. 3 is a schematic representation of the ikompletten Plant with a reactor according to 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 AVeise miteinander verbundenen, z.B.In the simplified embodiment according to FIG. Ι the reactor consists of a relatively thick-walled pressure vessel 2 made of suitable, highly resistant material, e.g. B. steel. The The inside of the boiler can be coated with a corrosion-resistant material, e.g. B. stainless steel, designed being. However, this is not necessary if corrosion-inhibiting agents are added to the coolant or when using a non-corrosive coolant. The boiler is in one piece in FIG shown; however, it can consist of several interconnected in a suitable manner, e.g.

verschweißten Teilen zusammengesetzt sein. An seinem oberen Ende besitzt der Kessel eine Auslaßöffnung 4, an seinem unteren Ende eine Einlaßöffnung 6.be assembled welded parts. The boiler has an outlet opening at its upper end 4, an inlet opening 6 at its lower end.

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 Innenoberfläche und gegeneinander im Abstand angeordnet. Die Schirme bestehen beispielsweise aus Stahl oder nichtrostendem Stahl. Der Zwischenschirm 81 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 Ab-. standhalter 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. In the interior of the pressure vessel 2 there are a central shielding cylinder 8 and an inner shielding cylinder 10; these screens are adapted in their shape to the inner shape of the pressure vessel 2, but are spaced from its inner surface and from one another. The screens are made of steel or stainless steel, for example. The intermediate screen 8 1 is held by the pressure vessel 2 by means of a number of spacers 12, 16 and 22 which are distributed at intervals over the height of the pressure vessel and fixed between this and the screen 8 in a suitable manner, e.g. B. are welded. The Ab-. Stand holders 12, 16 and 22 are interrupted on the circumference so that liquid can flow through in the longitudinal direction. The inner screen 10 is supported by the intermediate screen 8 in a similar manner by spacers 14, 18 and 20, which are expediently covered on the spacers 12, 16 and 22 and attached to the two screens 10 and 8 in a suitable manner, e.g. B. are welded to them. The spacers 14, 18 and 20 are also not continuous on the circumference, but rather interrupted for the purpose of creating through openings for a flow of liquid.

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.The upper ends of the screens 8 and 10 are with each other and with the jacketed pressure vessel 2 united by a suitably conical sleeve 24; this sleeve has outlet openings 28 and 26, which open into the annular space between the screens 8 and 10 and into the annular space between the screen 8 and the pressure vessel 2.

Im unteren Teil des Druckkessel 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 ge- ' halten, 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 iO 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.In the lower part of the pressure vessel 2 there is a transverse wall 30, preferably in line with the spacers 12 and 14 or in the vicinity of these spacers, where this partition is attached to the inner screen 10 by welding or in some other way. This wall 30 is provided with a large number of perforations 32, the majority of which open into an inner container 13. The latter is essentially cylindrical, stands on the transverse wall 30 and rests with its upper edge on the inner screen 10. The container 13 is held in its position in a suitable manner, for example by welding to the transverse wall 30 at its lower edge and to the inner screen 10 at its upper edge. Between the container 13 and the inner screen OK there is an annular space; the transverse wall 30 has at least one opening which opens into this annular space ·; At its upper end the container 13 also has openings 33 which serve as outlet openings for a flow of liquid rising upwards in the annular space between the container 13 and the inner screen 10.

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, 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 Materie 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.The fuel or fuel elements in the container 13 are solid, separate particles 34, For example, in tablets, pills, pearls or the like, which contain fissile matter. The special one Concentration of fissile matter in the particles 34 or the exact form in which the Particles are used are not essential to the invention; there can be different arrangements of shapes of the particles 34 are used. Likewise, the particular amount of fissile Matter and other elements involved in the composition of the particles can be varied. So it is if in the container 13 by atomic fission as a result of bombardment of fissile matter by suitable radiation, e.g. B. neutrons, heat is to be generated, only essential, that at least some of the particles 34 contain fissile matter, e.g. uranium 235, plutonium or the like and that additional neutrons are emitted as a result of the fission process. Such matter may be incorporated into particles 34 in relatively pure form or in the form of an alloy or compound, which in turn with a protective substance, z. B. zirconium or aluminum can be. This can be done in various ways within the scope of the invention.

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 Neutronenabsorptionsquerschnitt 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 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.The container 13 is preferably made of a material with a small neutron absorption cross section has, such as aluminum or zirconium. However, steel can also be used as a material can be used for the container 13 because if it also has a larger neutron absorption cross-section has, the neutrons are inelastically scattered by it, so it reflects neutrons Possesses properties. The reflection of neutrons emerging from the container 13 in this container back 'can be completed by the relatively thick circular ring' of coolant, which the container 13 in the annulus between it and the inner screen 10 immediately surrounds. Of course, some of the radiation is absorbed by the screens 8 and 10; these are e.g. B. matched by difference in strength so that the radiation absorption in the wall of the pressure chamber 2 is low enough to contain excessively high temperatures, to exclude. Since, however, some of the radiation in the material of the chamber 2 and the screens 8 and 10 is absorbed, it is necessary to pass these components through a coolant flow in the intermediate To cool annulus.

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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.If the reactor according to the invention is not in operation, then the fuel particles are 34 due to their heaviness as a layer in the lower part of the container 13 (drawn out in Fig. 1). The fuel particles 34 are in a non-critical state and must be in a critical state State to be moved in 'which the number of emitted in a split and to Causing further fission available neutrons approaches the number one. To the fuel particles Bringing 34 into such a critical state is a suitable liquid flow through the inlet port 6 of the pressure vessel under controlled pressure and controlled Admitted flow conditions.

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; entsprechend 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.That to expand the layer of fuel particles 34 from the extended position of Fig. Ι in the dashed position medium used can be of any suitable type; according to the illustrated embodiment According to the invention, a medium is used which acts as a coolant and the heat from the reactor core dissipates for the purpose of energy generation and which also acts as a moderator, d. h that neutrons emitted during the fission process are slowed down. A suitable medium for this Purpose is water. However, the invention is not limited to this particular liquid; other examples are liquid metals such as sodium, bismuth, lithium and various alloys these metals; also various organic liquids or inorganic compounds, such as alkali metal hydroxides can be used.

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 VerteilungThe medium admitted at 6 is divided into a multiplicity through the perforation 32 of the base plate 30 broken up by upward currents and evenly distributed over the whole area of the Layer of fuel particles 34. The pressure and flow of this medium, which is also called Coolant acts can be adjusted so that the particles are separated from each other and in the Medium up to a certain height and in a certain geometric shape or distribution

+5 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.+5 are suspended in the container 13 such that the cleavage process enters the critical stage and a chain reaction can be obtained. Besides In this quasi-flowing state of the particles finds a general movement and even touch instead of what. the separation of corrosion products from the fuel particles is promoted.

Das strömende Medium verläßt den Druckkessel , durch die öffnung 4 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 Betriebsstoffpartikels 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.The flowing medium leaves the pressure vessel through opening 4 and circulates in a primary cooling system, in which the heat is drawn off to do useful work. It can be seen that the heat generated in each particle 34 by the cracking process from the flow of coolant is quickly removed because each particle is carried individually by the rapidly flowing medium and is surrounded by it. In this sense, the ratio of the surface area of a fuel particle to be large in volume. It can also contain fuel particles because it is on their Form does not matter, find use in relatively simple forms, so that their production can be done easily, quickly and cheaply.

Da der kritische Zustand 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 Kühl- . mittels, 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 dein eine Moderatorwirkung 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 Kühlmittel-, stromes, 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 Neutronenäbsorptionsquerschnitt hat, eine Steuerung in der gleichen Weise durchführen; erhöhte Expansion der Betriebsstoffschicht über eine v,orbestimmte, 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.Since the critical condition of the reactor is essentially determined by the equilibrium between the neutrons which are absorbed by fission-generating fuel elements, the absorbed but not fission-generating neutrons and the neutrons lost through leakage from the reactor, when using a moderator Cool- . by means of, e.g. B. Water, which slows down the fast neutrons emitted during fission, so that they are more easily detected by fissile matter and additionally cause fission; the degree of the critical state of the reactor can thus be regulated by changing the quantitative ratio between the fuel and the coolant which has a moderating effect. If the latter is a substance such as B. heavy water (D 2 O), which does not absorb neutrons to a significant extent, then an increase in the amount of cooling liquid causes an increase in the number of neutrons slowed down by the moderator effect in relation to those neutrons that escape or do not participate in the fission process have been lost; in this way the number of neutrons available for the fission process is increased. In the reactor designed according to the invention, this can be achieved simply by increasing the coolant flow in such a way that the fuel layer expands further and thus the ratio of the amount of moderator agent to the amount of fuel is increased. On the other hand, if the moderating coolant z. B. is ordinary water, which has a considerable neutron absorption cross-section, perform control in the same way; However, increased expansion of the fuel layer beyond a predetermined, critical limit results in an increased capture of neutrons by the moderating coolant and thus a weakening of the critical state of the reactor.

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;This embodiment is automatically secured in the event of failure of the pump that in this If the fuel particles 34 move out of the expanded position indicated by dashed lines in FIG fall back to the position shown in solid lines, d. H. in a position in which the quantitative ratio between moderating coolant and fuel is small and subcritical. On the other hand will the reactor, as stated earlier, even with excessive coolant flow, d. H. so at excessive expansion, subcritical. For a given flow, the critical state can be be regulated by introducing fuel particles 34 of various sizes. Also Such a design offers security in the event that the flow of the coolant decreases or ceases, also in the event that the flow of the cooling medium exceeds an upper limit;

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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.because in both cases there is a change in the quantitative ratio between the moderator and the fuel. In most known reactors, this ratio is fixed and only a function of temperature and pressure. When the subject of the present invention leaves this ratio can vary slightly.

Ein Teil des strömenden Mediums wird in die Ringräume zwischen dem Druckkessel 2, . denPart of the flowing medium is in the annular spaces between the pressure vessel 2,. the

Lo 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.Lo screens 8 and io and the container 13 deflected, to exert a certain braking effect on neutrons escaping from the container 13 and a cooling of the pressure vessel itself and the inside thereof by circulating part of the to effect flowing medium through these gaps.

Bei der abgeänderten Ausführungsform des Reaktors nach der Fig. 2 ist der Druckkessel 36 mit einem Behälter 50 für den Reaktorkern und 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 Rkigraum 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.In the modified embodiment of the reactor according to FIG. 2, the pressure vessel is 36 equipped with a container 50 for the reactor core and a cylindrical screen 43; the The container 50 as well as the screen 43 are closed on the top by covers which have a large number of perforations 45 have. In addition, a grid 47 can be provided. The container 50 and the screen 43 are fastened in the boiler 36 while maintaining annular spaces, z. B. welded, using spacers 49, 51, 53, 57 as in the reactor according to Fig. 1. The spacers are not continuous on the circumference, but interrupted, around the passage of the cooling medium in the annular space between container 50 and screen 43 as well as in the space between the latter and to enable the pressure vessel 36. The suitably attached, e.g. B. welded The bottom 38 of the container 50 is provided with a multiplicity of evenly distributed perforations 39. Inside the container 50 there is a fuel support 40, which is also shown in has perforations 41 evenly distributed. This edition 40 is lower than that lying center point to be inclined downwards. In the middle it has an opening for the connection a fuel delivery pipe 37, which the bottom 38 of the container 50 and the wall of the Pressure vessel 36 interspersed.

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 Mediujn 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.The pressure vessel 36 is at its lower part below the bottom 38 with an inlet chamber 42 provided, which opens with inlet openings 44 in the pressure vessel .. In a similar way is the Boiler on the top, over the screen 43, provided with an outlet chamber 46, which through . openings 48 opens into the boiler. The operation of the reactor according to FIG. 2 is similar that of the reactor described with reference to FIG. The inlet chamber 42 is pressurized a coolant is supplied which enters the lower part of the boiler 36 and flows upwards, wherein the bottom 38 and the bearing surface 40 an even distribution of the cooling medium into a multiplicity of vertically upwardly directed, penetrating the fuel layer 34 Cause currents. A small part of the current directed upwards enters the room between the boiler and the screen 43 and into the space between the screen 43 and the container 50 branched off. At the top flows through the Mediujn, the grid 47 and the perforations 45 of the container 50 and the screen 43 in order to reach the outlet chamber 46 via the openings 48. Like in In the case of the embodiment according to FIG. 1, the flow strength can be varied in order to achieve a movement bring about the fuel particles 34 upwards in the state of critical distribution. The system offers the same control options and the same automatic ones Fuses like the reactor of FIG. 1. The perforations 45 are kept narrower than that Size of the fuel particles 34, so that discharge of fuel particles 34 into the Cooling system is avoided with certainty.

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 Primärkühlkreis angeschlossen.The inlet chamber 42 and the outlet chamber 46 of the pressure vessel 36 are connected to a closed primary cooling circuit. An embodiment for this is shown in FIG. 3. The inlet chamber 42 is located on a return line 58 which has a throttle valve VT for regulating the flow from the line 58 into the lower part of the pressure vessel 36. Similarly, the outlet chamber is connected to a line 56 in the primary cooling circuit.

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 Betriebsstofförderrohr 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.An advantage of the invention is that the shape of the fuel elements used, the introduction same in the container of the reactor core and. the application from the latter to special allowed in a simple way. For this purpose, the container 50 is provided with the fuel delivery pipe already mentioned 37 provided; Through this pipe, the fuel particles 34 from the container 50 into a container 60 for used Operating fluid discharged. To manage the transport of the fuel particles, is the container 60 is preferably connected to the primary cooling system, specifically in parallel with the boiler 36 through a conduit 62 which connects the conduit 56 to the top of the container 60. In line 60 there is a control valve 64. Another line 66 connects the Lower part of the container 60 with the return line 58 of the primary cooling system; lie in this line a control valve 70 and a pump 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.The container 60 is provided in its lower part with an intermediate wall 72 which is above the Connection point of the line 66 is and has perforations 74 evenly distributed. the Partition 72 is similar to the support 40 of the pressure vessel 36 towards the center point inclined down. In the center opens a fuel delivery pipe 76, which down the The bottom of the container 60 is penetrated.

Das Förderrohr 37 des Druckkessels 36 ist außerhalb des Kessels mit einem Regelventil 78 versehen, ferner ist ein Nebenschlußrohr 80 von kleinerem Querschnitt vorgesehen, welches die Leitung 58 mit dem Rohr 37 auf der dem Druckkessel zugewendeten Seite des Ventils 78 verbindet.The delivery pipe 37 of the pressure vessel 36 is outside the vessel with a control valve 78 provided, a shunt tube 80 of smaller cross-section is provided, which the Line 58 connects to tube 37 on the side of valve 78 facing the pressure vessel.

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In der Leitung 80 befindet sich ein Regelventil 81. Der Behälter 60 schließt eine Anzahl von Platten 82 ein, welche ein Neutronen absorbierendes Material, z. B. Bor, Cadmium, Hafnium od. dgl., enthalten, um 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 HerstellungA control valve 81 is located in the line 80. The container 60 includes a number of plates 82 which are neutron absorbing Material, e.g. B. boron, cadmium, hafnium or the like. Contain the formation of a chain reaction to prevent in the container 60 when this is filled with fuel particles 34. The Conveyor pipe 76 has a valve 84 from which a bypass pipe 86 branches off for manufacture

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 68 liegt und ein Ventil 90 aufweist.to a connection between the conveyor pipe 76 and the line 66. In the line 86 is a Control valve 87. The lower end of the fuel delivery pipe 76 opens into a discharge line 88, ■ which is on the high pressure side of the pump 68 and has a valve 90.

Der Behälter 60 dient, wie schön 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 Brennsteffpartikeln aus dem Behälter 50 in den Behälter 60.The container 60, as nicely indicated, serves to store the fuel particles 34 after they have been consumed in the container 50 to a point at which their usefulness decreases, so that replacement of these particles is desired. This is done with the aid of the system according to FIG and 58 flows with the throttle valve VT opened to a certain degree. It is then first necessary either to close the throttle valve VT slightly or to reduce the flow through the primary cooling system in some other way, for example by reducing the speed of the pump in the system. This measure leads to the fact that the fuel layer collapses; In the process, however, it is expedient to maintain a medium flow which is sufficient to keep the fuel particles that have fallen down in slight movement. The consequence of this is that the chain reaction in the reactor ceases, with a coolant flow of reduced extent continuing to circulate in the primary cooling system and removing residual heat from the pressure chamber 36 and the operating material elements 34. Now the pump 68 is put into operation after opening the valves 64 and 70, so that the speed of the medium flow conveyed through the container 60 is slightly above the speed at which the fuel particles 34 would be kept in motion. The valve 78 in the delivery pipe 37 is then fully opened so that the coolant flows through the delivery pipe 37 into the fuel layer of the container 50. This flow is set so that its speed is slightly greater than the speed required to keep the fuel particles in motion and less than the rate of descent of the fuel particles, so that the latter through the coolant column rising up in the pipe 37 can fall down into the container 60. The coolant flow in the delivery pipe 37 can be regulated by the valves 64 ′ and 70. The falling movement of the fuel particles 34 through the conveyor pipe 37 into the container 60 is facilitated by the reduced coolant flow of the primary circuit, which is sufficient, however, to keep the fuel layer in such slight movement that the fuel particles due to their gravity to the opening in the center of the Strive for support 40 and fall into the conveyor pipe 37 here. The upward flow of medium in the conveying pipe 37 regulates the extent of the transfer of fuel particles from the container 50 into the container 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. -90It is useful. that before the valve 78 is opened, a stream of the in the container Primary cooling system circulates to preheat this container and that this coolant flow is maintained after all fuel particles have fallen into the container 60, in order to dissipate residual heat from the fuel particles caused by radioactive decay of the Fission products and the release of neutrons retained in the fuel arises. Then the valve 78 of the delivery line 37 is closed, and the medium flow through the container 60 is reduced by setting the valves 64 and 70 accordingly the speed at which the fuel particles 34 are kept in motion. -90

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.In general, it is desirable to keep the fuel particles 34 in the container 60 long enough to allow a considerable decrease in the gamma-ray activity of the fission products before they are transported away for reprocessing. After a sufficient long storage period in the container 60, the fuel particles are transported away that the upward flow through the container 60 with the appropriate setting the valves 64 and 70 increases again, in order to increase the fuel particles in slight motion offset; the flow, however, allows the falling movement of the fuel particles through the conveying pipe 76 do not inhibit. The valve 90 is then opened to high speed through the drain 88 to be generated after the processing plant. Then the valve 84 of the delivery line 76 open; medium flows through this line into container 60 at a speed which is slightly higher than that at which the fuel particles are kept in motion, but below the free fall speed. This speed is controlled by means of the valves 64 and 70 regulated. The fuel particles now fall through the delivery line 76 into the discharge line 88, in which it detects the flow of liquid exiting at high speed and transported away. After the particles have been discharged from the container 60, this part of the system by stopping the pump 68 and closing all valves 64 ,. 70, 84 and 90 (valve 78 was already before . closed) to be returned to the starting position.

Der Zweck der Nebenleitung 80 ist, bei geschlossenem Ventil 78 über das Ventil 81 einen schwa-The purpose of the secondary line 80, when the valve 78 is closed, is to provide a black via the valve 81

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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.chen coolant flow to generate fuel particles. cool what is in this Part of the conveying pipe 37 are located and, since they are in a neutron flux, generate heat be able. Similarly, when the valve 84 is closed, the secondary line 86 enables regulated through its valve 87, a coolant flow through fuel particles in the pipe 76, so that by gamma rays .in in the fuel particles contained fission products is dissipated heat generated.

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.The system according to FIG. 2 is also for the supply of fresh operating material 34 from a Equipped reservoir 94 in the container 50 by hydraulic means. The reservoir 94 is of essentially the same construction as the container 60 for used fuel. Corresponding parts are therefore provided with the same reference numerals and are no longer used described in detail. One difference in the construction of the container 94 is that it has an opening that can be closed by a plug 96 on the top. The container 94 is also to the primary cooling circuit in parallel with the pressure vessel 36 and in parallel with the container 60 connected. This is done for the upper part of the container 94 through a line 98 with valve 100 and the already mentioned line 62. A second line 102 connects the lower part of the container 94, below the partition 72 with the return line 58 of the primary cooling circuit via a pump 104; A control valve 106 is located between the latter and the container 94.

Das Betriebsstofftransportrohr 76 des Behälters 94 ist mit einer Förderleitung 108 verbunden, die zum Oberteil des Druckkessels 36 führt. Das Auslaßende110 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 Abschluß wandungen 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.The fuel transport pipe 76 of the container 94 is connected to a delivery line 108 which leads to the upper part of the pressure vessel 36. The outlet end 110 of this conduit penetrates the side walls the pressure vessel 36, the cylindrical screen 43 and the container 50 next to the upper ends of these parts, but below the upper end walls of the container 50 and the Screen and under the grille 47. Line 108 is under the control of a regulating valve 112, which is between the conveyor pipe 76 of the container 94 and the line 102 and expediently with a secondary line 114 with a narrower cross-section is equipped.

Wenn in den Behälter 94 bei abgenommenem Stöpsel 96 eine Betriebsstoffcharge eingebracht und der Stöpsel wieder in Verschlußstellung 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 Brennstoff schicht 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 Betriebsstoffpartikeln 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.If a charge of operating fluid is introduced into the container 94 with the stopper 96 removed and the stopper has been put back in the closed position, then the container can open The temperature and pressure are brought up by starting the pump 104 and opening the valves 100 and 106. The fuel layer 34 in the container 94 is regulated accordingly the speed of the medium flow brought into motion by means of the valves 100 and 106; however, the speed of the flow must be less than the falling speed of the fuel particles lie. If valve 112 of delivery line 108 is opened, a higher current rises Speed through this line in the upper part of the container 50. When the valve 84 is open Delivery line 76 of the container 94 fall ■ the fresh fuel particles through the pipe 76, in which the ascending flow of the medium is only at a speed that does not impede free fall may have, in the conveying line 108 and are conveyed up into the container 50. When the container 94 is completely emptied, the valves 84, 100, 106 and 112 can be closed and the pump 104 can be stopped. The reactor is then started up by increasing it of the current in the primary cooling circuit for the purpose of expanding the fuel layer in the Container 50 to the critical level.

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 erfindungsgeniäßen 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 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.It is an advantage of reactors of the so-called homogeneous type mentioned at the outset that parts the solution can be replaced and so that the reactivity is maintained despite the burning of the fuel and the formation of poisoning products and the like in the reactor. It is evident, however, that a reactor of the type according to the invention better addresses this problem solves because the fuel particles 34 can be removed hydraulically in a simple manner, without Impairment of cooling and without interruption of operation in the reactor itself. How can be seen by removing used fuel or adding fresh Enable control of fuel in the desired quantity. This reduces reactivity by removing a relatively small portion of the fuel particles 34 from the container 50 in the container 60. Conversely, the reactivity in the container 50 is increased when one a little fresh fuel is transferred from the storage container 94 into the container 50. This Regulation is used in particular to prevent the impoverishment of fissile material and its formation to counteract poisoning products, reducing reactivity in the container 50 would be reduced, as well as to compensate for temperature and pressure effects on the Reactivity.

. 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.. It is already known that the critical state of a number of Reasons such as depletion of fuel elements, introduction of impurities and toxins, does not remain constant. The relatively simple measures to introduce fresh fuel and to remove spent fuel from the container of the reactor core allow the To keep the reactor core in a state of equilibrium with regard to the fission process.

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.It may be desirable to have those existing in the vessel 50 of the reactor core at any one time Check conditions; this can be done in a simple manner with the subject matter of the invention by placing a relatively small amount of fuel 34 in container 60 transferred, this sample examined and then transported away through the line 88.

Es leuchtet ein, daß mindestens ein Teil der Betriebsstoffelemente keine spaltbaren Stoffe einschließen muß, sondern anderen Zwecken als jenenIt is clear that at least some of the fuel elements do not include any fissile substances must, but purposes other than those

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W 14831 VIIIc/21gW 14831 VIIIc / 21g

der Energie- oder Wärmegewinnung dienen kann. Zum Beispiel kann ein Teil der Betriebsstoff-. elemente 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.can be used to generate energy or heat. For example, part of the fuel. elements contain a neutron absorbing substance such as boron, cadmium, hafnium or the like, for the purpose of controlling the cleavage processes; other fuel elements can consist of one Substance, the heavier isotopes of which are to be obtained by exposing them to radiation suspends in the vessel 50 of the reactor core.

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 einge-It is also possible to add fuel elements that have a braking effect on neutrons Contain substances such as hydrogen or carbon. When the reactor produces fissile matter or if it is used partly for this purpose and partly to generate energy are fuel particles that contain corresponding elements, such as uranium 238 or Thorium 232 for the production of fissile plutonium 239 and uranium 233, fed into the reactor.

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.leads. In summary, it should be said that the invention is not restricted to the use of fuel particles 34 that only contain fissile matter, that rather others Materials in tablets, pills, pearls or the like.

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.Find form for different purposes use and in the same way in the container 50 of the Introduced reactor core, expanded in it with regard to their stratification and out of it again can be removed, as can the particles 34.

Gemäß Fig. 3 sind zur Gewinnung von Energie die Leitungen 56 und 58 des Primärkühlkreises in einem geschlossenen Kreis züsammengeschaltet 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.According to FIG. 3, the lines 56 and 58 of the primary cooling circuit are shown in FIG connected in a closed circuit with a boiler 116, which is connected between the line 56 and a line 118; the latter forks in two arms 120, in each of which a pump 122, each with a control valve 124 or 126 on both Sides lies.

Der Primärkühlkreis enthält somit Putnpen-N aggregate, 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.The primary cooling circuit thus contains Putnpen- N units which can be regulated for the purpose of controlling the speed of the coolant flow in the primary circuit and which convey the coolant under pressure via the throttle valve VT into the lower part of the pressure vessel 36 of the reactor. On the way through the pressure vessel from bottom to top, the temperature of the coolant rises; the coolant flows from the top of the pressure vessel to the boiler 116 and from there to the pump unit.

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.The boiler 116 includes a heat exchanger tube in, which by lines 113 with a Steam boiler 109 is connected. The steam generated in the pipe in the boiler is in the Boiler 109 collected; from this boiler it is withdrawn through a pipe 115 and the Consumers, e.g. B. a steam turbine supplied. A line 117 serves the purpose of supply of water to the 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 123.The cooling circuit is filled with coolant via a feed line 119 by means of a Pump 121 and a pipe 125 to the line 118 between the boiler and the main pump sets 122. The line 125. is under the control of a valve 123.

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 Primärkühlkreises 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.If necessary, the primary cooling circuit can be combined with a system that regulates the cooling be the various controls for the purpose of preserving the coolant in one prescribed Condition contains. The embodiment of FIG. 3 includes control pumps 128 which Circulate coolant in the control system. The control pumps 128 are inlet side via a Line 130 connected to line 58 of the primary cooling circuit, so that part of the coolant is branched from the primary circuit into the control system. The outlet sides of the control pumps 128 are each regulated by a valve 132 and connected to a discharge line 134.

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 Primärkühlkreises 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.Part of the control system includes a pressure equalizer 140 to maintain constant pressure and equipped for degassing the cooling liquid. This part of the control system has a line 136, which on the one hand is connected to the line 56 of the primary cooling circuit and on the other hand to a heat exchanger 138 is connected. The latter is connected by a line 137 with the pressure equalization and degassing vessel 140. Contains in water-filled systems this vessel 140 heating elements, e.g. B. electrical heating resistors 142 to the temperature of the incoming Bring water to the level required to create a volume of steam in the top; to the top of the vessel 140 is connected to a line 144, which forks into two arms; one of the two arms includes a check valve 146, the other includes a liquid seal 148; both arms open into a conduit 150 which in turn empties into the atmosphere. Collect any dissolved gases are in the vapor and are through the liquid seal 148, which is used for this purpose has capillary-shaped outlet, blown out.

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.Line 134 which controls the output of the control pumps 128 receives is on the one hand connected to the main line 56 via a check valve 152 and is on the other hand via a line 158 passed through the heat exchanger 138 with the pressure equalization and degassing vessel 140 in connection. In the line 158 are a Control valve 156 and a check valve 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 136 in die Hauptleitung 56. Jeder DrucküberschußThe described control system according to the invention works in such a way that, depending on the relative pressures, the coolant in one of the flows through line 136 in both directions and that the volume of steam and gas in the Vessel 140 acts as a pressure wave absorbing and reducing cushion. When the control pumps 128 are in operation, then the line 134 is under increased pressure, and, depending again from the pressure in the vessel 140, the main line 58 is withdrawn liquid returned directly to the main line 56 via the check valve 152, or it flows through the Heat exchanger 138 and vessel 140 when valve 156 is open and then through Line 137, heat exchanger 138 and line 136 to main line 56. Any excess pressure

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in dem Gefäß 140 entweicht durch Leitung 150 in die Atmosphäre.in the vessel 140 escapes through line 150 in the atmosphere.

Das Kühlmittelsteuersystem kann auch mit Einrichtungen zur Reinigung der Flüssigkeit kombiniert sein; beispielsweise können ein Ionenaustauscher 160, der irgendein geeignetes Ionenaustauschmedium enthält, etwa synthetische Harz-Stoffe 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.The coolant control system can also be combined with devices for cleaning the liquid being; for example, ion exchanger 160 may be any suitable ion exchange medium contains, for example synthetic resin materials or the like., As well as filters 162 may be provided. Coolant withdrawn from the primary cooling circuit and the main line 58 by the pumps 128 when valve 166 is open, via line 164 through heat exchanger 167 and over a connecting line 168, if necessary conveyed through a second heat exchanger 170. The second heat exchanger 170 is via lines 172, 174 from the outside with a independent cooling medium charged. After leaving the second heat exchanger 170 If the valve 176 is open, the liquid flows into a chamber 178 and from here through the filter 162 into a line 180, which the liquid through the first heat exchanger 167 via a Check valve 182 of the main line 56 of the primary circuit supplies again.

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. ■If the liquid in the cooling circuit is additionally exposed to the action of the ion exchanger 160 is to be subjected, valve 176 is closed and valve 184 in the feed line to the ion exchanger open. Likewise, valve 186 of line 188 is opened from the ion exchanger leads back to chamber 178. ■

Das beschriebene Kühlmittelsteuersystem ist nur ein Beispiel für die Steuerungsmaßnahmen, die bei einem erfindungsgemäßen, Energie gewinnenden Reaktor im Primärkühlkreis vorgenommen werden können. Ein derartiges Steuersystem kann kontinuierlich oder intermittierend arbeiten, zum Zweck der Entgasung und Reinigung der in dem Primärkühlkreis zirkulierenden Flüssigkeit. Wie ersicht-Hch, 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.The described coolant control system is only one example of the control measures used in an energy-generating reactor according to the invention can be made in the primary cooling circuit be able. Such a control system can operate continuously or intermittently for the purpose the degassing and cleaning of the liquid circulating in the primary cooling circuit. As you can see, the control system is capable of removing all sorts of contaminants from the coolant in the reactor, including gaseous and solid components existing impurities to remove.

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.If the reactor according to the invention can only produce fissile matter or experimental Is to serve purposes, the boiler 116 by a simple, at low temperatures and low pressure heat exchangers are replaced. In this case the boiler can 116 or the heat exchanger, if a fresh water source is available, completely to be dispensed with; the pure water is then fed directly to the reactor and directly from the same derived again.

Claims (11)

PATENTANSPRÜCHE:PATENT CLAIMS: 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. . . ·i. Atomic nuclear reactor with a container for the reactor core, its perforated bottom as a support for a layer of solid fuel particles in tablets, pills, pearls Od. Like. Form, of which at least a part contains fissile matter, and with Means for generating a flow of cooling liquid through the perforated floor and the Container to an outlet in the upper part of the container, characterized by such Arrangement that the fuel particles are freely movable in the container, and through Means for changing the strength and pressure of the coolant flow, such as that the fuel particles are raised in a predetermined critical distribution will. . . · 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.2. Reactor according to claim 1, characterized in that the perforations on the bottom of the container are relatively tight and evenly distributed, so that the upward Liquid flow pulls through the container in an even distribution. 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 Behälters und den Seitenwandungen des Kessels ein Ringraum vorhanden ist, der einen Neutronenreflexionsschirm bildet.3. Reactor according to claim 1 or 2, characterized in that the container is arranged in a closed vessel which has a liquid inlet on the side of the perforated bottom and a liquid outlet on the opposite side, wherein ! Between the side walls of the container and the side walls of the boiler there is an annular space which forms a neutron reflection screen. 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.4. Reactor according to claim 3, characterized in that the annular space at its upper and lower end narrowed inlet and outlet openings, so that through this A limited stream of coolant flows through the space. 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 Auslaßöffnungen vorgesehen sind, so daß in den Ringräumen Kühlmittelnebenströme fließen und Reflexionsschirme für den Behälter des Reaktorkerns gebildet werden.5. Reactor according to claim 1 and 2, characterized by an upright, closed, tubular boiler with cooling liquid inlet at the bottom and cooling liquid outlet on the head side, a plurality of concentrically arranged tubes of different diameters, which has a plurality of outer annular spaces and an inner, cylindrical container for the Reaktorkern'bilden, with narrowed inlet openings in each of the annular spaces in the lower part and narrowed outlet openings are provided in the upper part, so that in the annular spaces Coolant bypasses flow and reflection screens for the vessel of the reactor core are formed. 6. Reaktor nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Kühlflüssigkeit, welche die Eigenschaft hat, Neutronen zu bremsen. 6. Reactor according to claim 1 to 5, characterized by the use of a cooling liquid, which has the property of slowing down neutrons. 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.7. Reactor according to claim 1 to 6, characterized by the use of a material for some of the fuel particles that are suitable to be converted into fissile matter to be converted. 8. Reaktor nach Anspruch 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitseinlaß und der Flüssigkeitsauslaß des Kessels (36) in einem geschlossenen Primärkühlkreis (56, 58)8. Reactor according to claim 3 to 7, characterized in that the liquid inlet and the liquid outlet of the boiler (36) in a closed primary cooling circuit (56, 58) 609 514/416609 514/416 W 14831 VIHc/21gW 14831 VIHc / 21g 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.the pumps (122) for generating the circulation of the liquid under pressure and means (VT) for adjusting the liquid flow through the boiler (36) from a minimum value at which a noticeable agitation of the fuel particle layer does not take place, to a higher value Value at which the fuel particles, with mutual separation in the state of critical distribution maintaining a chain reaction, in which each particle is surrounded on all sides by coolant, are driven up in the container of the reactor core. 9. Reaktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkreis (56, 58) einen Wärmeaustauscher (in, 116) enthält.9. Reactor according to claim 8, characterized in that the cooling circuit (56, 58) has a Contains heat exchanger (in 16, 116). 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.10. Reactor according to claim 8 or 9, characterized / that in connection with the Primary cooling circuit and parallel to the boiler (36) an additional flow circuit for treatment of fuel particles is provided, consisting of a fuel particle storage container (60), a device for controlling the flow through the additional circuit, a fuel delivery line (37) between the top of the reservoir, an opening in the perforated partition of the container (50) and means for opening and closing this delivery line, such that when the delivery line is open and with a reduced flow of the cooling liquid through the container of the reactor core, the fuel particles fall into the storage container. 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.11. Reactor according to claim 10, characterized in that that for refilling fresh A further storage container (94) is provided in the container of the reactor core for operating fluid whose lower part is connected to the upper part of the boiler (36) through a feed line (108) connected "is in such a way that fresh fuel particles are removed from the storage container and can be fed to the boiler (36) via the feed line (108). Angezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 275951;
Journal de Physique et le Radium, Bd. 12, 1951, S. 751.
Referred publications:
Swiss Patent No. 275951;
Journal de Physique et le Radium, Vol. 12, 1951, p. 751.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings © 609 514/416 5.56© 609 514/416 5.56

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