DE1020417B

DE1020417B - Verfahren zur Regelung der Reaktivitaet eines Reaktors

Info

Publication number: DE1020417B
Application number: DEM28433A
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Heinz Maier-Leibnitz
Original assignee: PHIL HEINZ MAIER LEIBNITZ DR
Current assignee: PHIL HEINZ MAIER LEIBNITZ DR
Priority date: 1955-10-10
Filing date: 1955-10-10
Publication date: 1957-12-05

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der Reaktivität eines heterogenen Reaktors durch Einstellung des Moderators, bei dem erfindungsgemäß die gewünschte Einstellung der Reaktivität, wie sie etwa mit zunehmender Vergiftung nötig wird, dadurch erzielt wird, daß in den einzelnen Zellen des Reaktors die Menge oder Art eines von dem übrigen Moderator getrennten Teils des Moderators während des Betriebes verändert wird. Ein Vorzug des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß die Reaktivität ohne Zuhilfenahme von Absorbern geändert werden kann, wodurch einmal der Neutronenfluß sehr viel zweckmäßiger, beispielsweise zur Erzeugung neuen spaltbaren Materials, ausgenutzt und zum anderen die etwa in Absorbern erzeugte störende Radioaktivität stark verringert wird. Ein weiterer Vorzug ist, daß die integrale Verteilung des Neutronennusses im Reaktor im wesentlichen erhalten bleibt und daß damit keine Ungleichmäßigkeiten in der thermischen Belastung der Brennstoffelemente entstehen.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhält ein heterogener Reaktor zweckmäßig neben den für die Aufnahme des Brennstoffes vorgesehenen Vorrichtungen auch noch Anordnungen für die Aufnahme und Entfernung von Moderatormaterial. Die genannten Vorrichtungen werden günstigerweise in bezug auf den Brennstoff möglichst symmetrisch verteilt. In einigen Fällen ist es zweckmäßig, den Raum für die veränderliche Moderatormenge gegenüber der übrigen konstant gehaltenen Moderatormenge durch Hüllen, die aus einem wenig neutronenabsorbierenden Stoff, wie beispielsweise Aluminium oder Zirkon, bestehen, abzugrenzen.

Die Erfindung soll an Hand von in den Fig. 1, 2 und 3 schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden, ohne daß damit jedoch die Erfindung auf die Ausführungsbeispiele beschränkt werden soll.

In Fig. 1 ist eine »Zelle« eines Reaktors dargestellt, bei dem als Moderator beispielsweise D₂O verwendet wird. Die aus den waagerecht im Moderator 2 angeordneten Brennstoffelementen 1 gebildete »Zelle« wiederholt sich innerhalb des Reaktors in zumindest zwei in der Zeichenebene liegenden, senkrecht aufeinanderstellenden Richtungen. Die den Raum für den veränderlichen Moderator 4 gegenüber deim konstanten Moderator 2 abgrenzende Hülle 3 ist, wie ersichtlich, ebenfalls waagerecht angeordnet. Außerdem liegt die Hülle 3 möglichst symmetrisch zu den Brennstoffelementen 1, wodurch erreicht wird, daß sich eine vorgenommene Veränderung des Moderators 4 bezüglich der Neutronenflußänderung möglichst gleichmäßig auf die Brennstoffelemente 1 auswirkt. Das Entstehen Verfahren zur Regelung der Reaktivität
eines Reaktors

Anmelder:

Dr. phil. Heinz Maier-Leibnitz,
München, Arcisstr. 21

Dr. phil. Heinz Maier-Leibnitz, München,
ist als Erfinder genannt worden

von Stellen mit einer hohen relativen Neutronenflußdichte wird damit stark eingeschränkt. Als Material für den konstantgehaltenen Moderator 2 kann bei-

ao spielsweise D₂ O oder aber auch ein fester Moderator, wie Graphit, verwendet werden. Für den veränderlichen Moderator 4 kann für einen Reaktor nach dem Ausführungsbeispiel ebenfalls D₂O oder ein fester oder pulverförmiger Moderator, wie beispielsweise Graphit, gewählt werden. Bei Verwendung von Brennstoffelementen, die aus aus einem angereicherten Kernbrennstoff bestehendem Material aufgebaut sind, ist es unter Umständen günstig, für den veränderlichen Moderator 4 und den konstanten Moderator 2 H₂ O zu benutzen.

In Fig. 2 ist in einem Ausführungsbeispiel ein Teil eines Reaktors mit senkrecht angeordneten Brennstoffelementen 1 und Hüllen 3 schematisch im Längsschnitt dargestellt. Wie angedeutet, erfolgt bei Verwendung eines flüssigen veränderlichen Moderators 4 die Veränderung der wirksamen Moderatormenge durch ein entsprechend dosiertes laufendes Durchströmen von wenig Neutronen absorbierenden Gasen.

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel im Querschnitt gezeigt, bei dem die in einer Zelle eines Reaktors wirksame Moderatormenge durch das Einführen oder Herausziehen von beispielsweise eines oder mehreren aus Graphit bestehenden Stäben 4 aus jeder »Zelle« verändert wird. Wird als unveränderlicher Moderator ebenfalls eine feste Substanz verwendet, so brauchen zwischen diesem und dem veränderlichen Moderator 4 keine besonderen Hüllen vorgesehen zu werden.

Abschließend sei darauf hingewiesen, daß weitere Ausführungsformen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens denkbar sind, die sich von den in den Ausführungsbeispielen dargestellten Anordnungen zwar beispielsweise in der Geometrie der Anordnung unterscheiden, wobei jedoch ebenfalls durch die Ände-

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rung des Moderators bei beispielsweise aus natürlichem Uran bestehenden Brennstoffelementen die Wahrscheinlichkeit für einen Resonanzeinfang von Neutronen im U²³⁸ beeinflußt wird, so daß die in jedem Reaktor vorzusehende überschüssige Reaktivität nicht durch einen Absorber vernichtet, sondern zur Erzeugung neuen Kernbrennstoffes ausgenutzt wird. Eine weitere derartige zweckmäßige Ausführungsform ergibt sich, wenn man einen aus Stäben bestimmter Längen bestehenden veränderlichen Moderator wählt und die wirksame Moderatormenge durch eine Abstandsveränderung zwischen den genannten Stäben einstellt.

Es kann ebenfalls günstig sein, einen zweckmäßig aus mehreren Moderatorarten bestehenden veränderlichen Moderator zu wählen und durch eine entsprechende Einstellung des Verhältnisses der Moderatorarten die Reaktivität zu ändern. So ist es beispielsweise möglich, bei dem in Fig. 2 dargestellten Teil eines Reaktors den von den Hüllen 3 abgeteilten Raum von einem flüssigen, veränderlichen Moderator, wie beispielsweise D₂O, durchströmen zu lassen und durch ein laufendes, dosiertes Zugeben von einem pulverförmigen, festen Moderator, wie beispielsweise Graphit, die Reaktivität einzustellen. Die Ausscheidung des zugegebenen pulverförmigen, festen Moderators kann durch Sedimentation oder vorteilhaft unter Verwendung von Hydrozyklonen erfolgen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Regelung der Reaktivität eines heterogenen Reaktors durch Einstellung des Moderators, dadurch gekennzeichnet, daß in den einzelnen Zellen des Reaktors die Menge oder Art eines von dem übrigen Moderator getrennten Teils des Moderators (4) während des Betriebes verändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine derartige Änderung, daß die integrale Verteilung des Neutronenflusses im Reaktor im wesentlichen erhalten bleibt.

3. Reaktor zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

neben den für den Brennstoff vorgesehenen Vorrichtungen Anordnungen (4) für das Hinzufügen und Entfernen von Moderatormaterial vorgesehen sind.

4. Reaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnungen (4) möglichst symmetrisch zum Brennstoff verteilt sind.

5. Reaktor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die veränderliche Moderatormenge gegenüber der konstanten Moderatormenge abgrenzenden Hüllen aus einem wenig Neutronen absorbierenden Stoff bestehen.

6. Reaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Moderatormenge bei senkrechten Anordnungen (4) und einem flüssigen, veränderlichen Moderatormaterial durch ein laufendes dosiertes Durchströmen von wenig Neutronen absorbierenden Gasen verringert wird.

7. Reaktor nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei waagerechten Anordnungen (4) und einem flüssigen oder pulverförmigen, veränderlichen Moderator die Füllhöhe der genannten Anordnungen verändert wird (Fig. 1).

8. Reaktor nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung der Reaktivität bei einem zweckmäßigerweise aus mehreren Moderatorarten bestehenden veränderlichen Moderator das Verhältnis der Moderatorarten geändert wird.

9. Reaktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere bei senkrechten Anordnungen (4) und einem flüssigen, veränderlichen Moderatormaterial durch ein laufendes dosiertes Zugeben von einem pulverförmigen festen Moderator, wie beispielsweise Graphit, die Reaktivität verändert wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
österreichische Patentschrift Nr. 166 668;
S. Glasstone: »Principles of Nuclear Reactor Engineering«, London 1956, S. 319/320;

R. Stephenson: »Introduction to Nuclear Engineering«, 1954, S.281;

Zeitschrift »Nucleonics«, 12, Nr. 7, 1954, S. 45.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen