NO115404B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for kjernespalting.

Nærværende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for kjernespalting hvori der anvendes et kjernebrensel i form av en suspensjon av faste, fisible stoffer i en bærervæske, hvilken suspensjon sirkuleres gjennom en kjernereaktor og gjennom en varmeutveksler for det øyemed å gjøre bruk av den frembrakte varmeenergi.

Nevnte suspensjon kan f. eks. bestå av en blanding (eksempelvis et oksyd) av na-turlig eller anriket uran suspendert i van-lig vann eller tungtvann.

Suspensjon av fisibelt stoff i tungt vann kan i dette tilfelle være slik at kjernereaktoren ikke behøver å omfatte et ad-skilt dempningsmiddel (homogen reaktor). Dette kan også oppnåes ved å anvende en suspensjon av en blanding av fisibelt materiale og et fast dempningsmiddel, som f. eks. BeO, i tungtvann. Ved reaktorer av forskjellig utførelse, de såkalte hetero-gene reaktorer, er ikke dempningsmidlet blandet, eller i all fall bare delvis blandet, med det fisible materiale. Et separat dempningsmiddel kan da festes i reaktoren og det kan være en separat væskekrets når en væske, som f. eks. tungtvann, anvendes som dempningsmiddel.

I mange tilfelle byr anvendelsen av kjernebrensel i form av en suspensjon på den vanskelighet at ved de konsentrasjoner som er ønskelige inne i reaktoren har nevnte suspensjon vanligvis en så høy viskositet at den vanskelig kan pumpes. Ved slike konsentrasjoner er også fisjonsprodukter vanskelige å fraseparere kontinuerlig fra bærervæsken.

Dette gjør seg særlig gjeldende i de tilfelle hvor kjernebrenselsuspensjonen bringes til å strømme gjennom kjernereaktoren under innflytelse av tyngde-kraften da brenselssuspensjonen da har en høy viskositet i alle tilfelle.

Ifølge oppfinnelsen blir de ovennevnte mangler helt eliminert ved å fortynne suspensjonen utenfor kj ernereaktoren, med en tilsatt mengde av bærervæske, igjen avseparere nevnte ytterligere mengde bærervæske fra den fortynnede suspensjon før suspensjonen tilbakeføres til kj ernereaktoren og å utføre sirkulasjon av suspensjonen i fortynnet tilstand.

Den separerte bærervæske kan med fordel befries, i alle fall delvis, for fisjonsprodukter oppløst deri og blir derpå igjen anvendt for fortynning av kjernebrenselsuspensjonen. På denne måte oppnåes det en kontinuerlig renselse av kjernebrenslet.

Separeringen av den ytterligere mengde bærervæske blir fortrinsvis utført ved hjelp av i det minste en hydrosyklonfortykker.

Hydrosykloner har den fordel at de ikke består av noen mekanisk virksomme deler, slik at vedlikeholdet som i høy grad hindres p. g. a. den sterke stråling, praktisk talt blir overflødig. Videre er kapa-siteten pr. volumenhet meget høy sam-menlignet med fortykkere av forskjellige andre utførelser. Som et resultat herav kan den totale mengde sirkulerende suspensjon være forholdsvis liten.

Forflytningen av den fortynnede suspensjon i den hensikt å tilveiebringe sirkulasjon av kjernebrenselsuspensjonen ut-føres fortrinsvis ved hjelp av et praktisk talt vertikalt stigerør, inn i hvilket en gass innblåses. Den fortynnede suspensjon fø-res oppover av denne gass hvorpå denne frasepareres og kan tilbakesirkuleres. Gassen tjener ytterligere den hensikt å vaske bort alle fisjonsprodukter som under de gitte temperatur- og trykkforhold er i gassform, slik som J'35 0g den XeJ35 som dannes derav, hvorpå de kan frasepareres gassen. Dette er også av betydning i for-bindelse med D2 og H2 dannet under innflytelse av strålingen. Hvis disse gasser regulært fjernes kan de sammen med den 02 som er utviklet, danne farlige mengder av detonerende gass i kjernereaktoranleg-get. Disse stoffer kan katalyttisk oksyde-res med 02, uten at det er nødvendig å uttrekke dem fra gassen.

Fortynningen av kjernebrenselsuspensjonen med en ytterligere mengde bærervæske kan også utføres helt eller delvis før suspensjonen går gjennom varmeutveksleren. Da viskositeten av f. eks. en suspensjon av U02 i vann i høy grad er avhengig av konsentrasjonen er relativt små mengder bærervæske tilstrekkelig til å senke viskositeten betydelig. Manglene ved temperaturøkningen som inntrer når den varme suspensjon blandes med kold bærervæske, kan således være forholdsvis små.

Uten å ville begrense oppfinnelsens ramme skal denne nå belyses ved hjelp av en skjematisk illustrasjon på vedlagte teg-ninger. Fig. 1 viser her skjematisk et hetero-gent reaktoranlegg. Fig. 2 viser et homogent reaktoranlegg beregnet på å utføre fremgangsmåten iføl-ge oppfinnelsen.

Reaktoren som er vist i fig. 1 består av et kammer 1 for kjernebrenselsuspensjonen og et omgivende rom 2 for et væske-formet dempningsmiddel.

Reaktoren er omgitt av en reflektor 3 bestående av f. eks. vismutt.

Det væskeformede dempningsmiddel, f. eks. tungtvann, sirkuleres gjennom reaktoren og en varmeutveksler 5 ved hjelp av pumpen 4.

Den konsentrerte brenselsuspensjon som forlater reaktoren blir fortynnet etter å ha gått gjennom varmeutveksleren 14, med en ytterligere mengde bærervæske sirkulert gjennom røret 16. Den fortynnede suspensjon blir derpå pumpet oppover gjennom røret 6 ved innmating av en gass, f. eks. helium eller kulldioksyd, tilført ved pumpen 7 inn i røret 6. I separatoren 8 blir gassen fraseparert suspensjonen. Derpå går gassen gjennom et apparat 9 a hvor D2 eller H2 dannet under innflytelse av strålingen omdannes til vann. I apparatet 9 b blir dette vann sammen med vann som allerede er tilstede i gassen fjernet fra denne, f. eks. ved avkjøling, og returnert til separatoren 8. Gassen går derpå gjennom et renseanlegg 10 hvor gassformede fisjonsprodukter fjernes, f. eks. ved ad-sorpsjon, og vender tilbake til pumpen 7. Gasstapene, f. eks. p. g. a. lekkasje, kan kompenseres ved hjelp av gass tilført gjennom røret 42.

Suspensjonen strømmer fra separatoren 8 gjennom røret 11 til en hydrosyklonfortykker 12. Den fortykkede suspensjon strømmer gjennom røret 13 tilbake til reaktoren. Før den går inn i varmeutveksleren 14 kan suspensjonen allerede være blitt fortynnet om ønskelig, med bærervæske tilført gjennom røret 19. Mengden kan reguleres ved hjelp av ventilen 20. I røret 16 blir den bærervæsken sirkulert, som er fraseparert i hydrosyklonfortykkéren 12. Fortykkervirkningen av hydrosyklonfortykkéren kan reguleres ved hjelp av ventilen 14.

Røret 16 omfatter et renseanlegg 18 hvor den separerte bærervæske som nå er befridd for suspenderte partikler også befries for fisjonsprodukter som måtte være oppløst deri.

Ventilen 17 tjener til avtapping av

suspensjonen i nødstilfelle.

I kammeret 21 for den reaktor som er vist i fig. 2 blir kjernespaltingen stadig opprettholdt ved hjelp av kjernebrensel, bestående f. eks. av enriket U02 og faste dempningspartikler suspendert i en bærervæske, som f. eks. tungtvann. Suspensjonen som kan ha en høy viskositet holdes i blandet tilstand ved hjelp av en vibro-rører 22. Suspensjonen kan bortledes til en varmeutveksler 25 gjennom rørene 23 og 24, hvorpå suspensjonen fortynnes ved at den tillates å strømme inn i røret 26, gjennom hvilket bærervæske sirkulerer. Den fortynnede suspensjon som nå er lett å pumpe, blir derpå pumpet opp gjennom stigerøret 27 ved hjelp av en gass som innblåses i nevnte rør, idet gassen tilføres gjennom røret 28 fra pumpen 32. Ved den øvre ende av stigerøret blir gassen igjen fraseparert suspensjonen i separatoren 29. Gassen strømmer derpå gjennom en åp-ning 30 a hvor det D2 og H2 som er dannet ved spalting av vannet i reaktoren blir, f. eks. katalyttisk oksydert til vannet og derpå gjennom en vannseparator 30 b, og et renseanlegg 31 hvor fisjonsproduktene som har fulgt med suspensjonen ved den innblåste gass, kan fjernes.

Gassen blir derpå innblåst i stigerøret 27 gjennom røret 28 ved hjelp av sirkula-sjonspumpen 32. Gasstapene kan kompenseres ved hjelp av gasstilførselskanalen 39.

Den fortynnede suspensjon strømmer

fra separatoren 29 gjennom nedløpsrøret

33 til en hydrosyklonfortykker 34 hvor den

fortykkes til den ønskede konsentrasjon,

og føres tilbake til reaktoren. Den separerte bærervæske føres tilbake gjennom

røret 26, og går gjennom et renseanlegg 35 hvor fisjonsprodukter og spaltingspro-dukter kan frasepareres.

Konsentrasjonen av suspensjonen i

reaktoren kan reguleres ved justering av

hydrosyklonfortykker en.

Mengden av sirkulært suspensjon kan

ytterligere kontrolleres ved hjelp av ven-tilene 36 og 37.

I nødstilfelle kan suspensjonen som er

tilstede i kretsen avtappes ved å åpne

ventilen 38.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for kjernespalting, hvori der anvendes som kjernebrensel en suspensjon av faste, fisible stoffer i en bærervæske, hvilken suspensjon sirkulerer gjennom en kjernereaktor og gjennom en varmeutveksler, karakterisert ved at utenfor kjernereaktoren blir suspensjonen fortynnet med en ytterligere mengde bærervæske, hvilken ytterligere mengde bærervæske igjen frasepareres den fortynnede suspensjon før denne igjen tilføres kjernereaktoren og at den separerte bærervæske i det minste delvis befries for fisjonsprodukter oppløst deri og derpå blir anvendt igjen for fortynning av kjernebrenselsuspensjonen.

2. Fremgangsmåte som angitt i på-stand l, karakterisert ved at i det minste en del av den fraseparerte bærervæske til-føres suspensjonen før denne strømmer inn i varmeutveksleren.

3. Fremgangsmåte som angitt i på-stand 1—2, karakterisert ved at separa-sjonen av den ytterligere mengde bærervæske utføres ved hjelp av i det minste en hydrosyklonfortykker.