DE1054186B - Verfahren zur Regelung von Reaktoren - Google Patents

Description

Die Regelung der Reaktoren zur Ausnutzung der Kernenergie erfolgte bisher meist in der Weise, daß man den Neutronenfluß durch Ein- und Ausfahren von Stäben oder Platten, die aus stark Neutronen absorbierenden Stoffen bestehen, beeinflußte. Die Ausführung solcher Regelanlagen bietet erhebliche technische Schwierigkeiten. So ist es z. B. nicht einfach, die ausgefahrenen Stäbe im oberen oder unteren Teil des Reaktors räumlich unterzubringen. Besonders umständlich und kostspielig ist die vollkommene Abdichtung, die speziell bei unter Druck arbeitenden Reaktoren mit starker radioaktiver Verseuchung unbedingt erforderlich ist.

Um diese konstruktiven Schwierigkeiten zu meistern, ist bei flüssigkeitsgekühlten Reaktoren bereits vorgeschlagen worden, dem Kühlmittel Stoffe mit großem Absorptionsquerschnitt für die thermischen Neutronen zuzusetzen und den Anteil des Kühlmittels an solchen Stoffen regelnd zu verändern.

Eine solche Regelung ist ohne Schwierigkeiten durchführbar, solange es sich um flüssigkeitsgekühlte Reaktoren handelt, da hier eine für die Regelung notwendige, nachträgliche Wiedertrennung der die Neutronen absorbierenden Stoffe von dem Kühlmittel leicht möglich ist. Insbesondere können in diesem Falle Stoffe beliebigen Aggregatzustandes zur Absorption der thermischen Neutronen benutzt werden, wenn nur ihr Absorptionsquerschnitt genügend groß ist. Das gleiche gilt für den bereits vorgeschlagenen Fall der Verwendung von Neutronen absorbierenden Stoffen, die zwar unter den Reaktionsbedingungen gasförmig, aber bei niedrigen Temperaturen flüssig sind, wie z. B. Wasserdampf.

Nachdem aber die Verwendung von Gasen als Kühlmittel von Reaktoren in vielen Fällen vorzuziehen ist, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Anteil dieser Kühlgase an die thermischen Neutronen absorbierenden Stoffe regelnd zu beeinflussen. Es hat sich gezeigt, daß es nicht nur möglich ist, unabhängig vom Betriebszustand des Reaktors gasförmige Stoffe mit großem Absorptionsquerschnitt für thermische Neutronen in einer solchen Konzentration zu benutzen, daß durch Änderung des Gehaltes des Kühlmittels an solchen Neutronen absorbierenden Stoffen eine Regelung von gasgekühlten Reaktoren möglich ist, sondern daß auch in Weiterentwicklung der Erfindung eine quantitativ steuerbare Trennung des Kühlgases von den Neutronen absorbierenden Zusatzgasen durchgeführt werden kann.

Die Regelung erfolgt bei gasgekühlten Reaktoren demnach in der Weise, daß mit dem Kühlmittel zusätzlich ein Gas mit großem Absorptionsquerschnitt für thermische Neutronen durch den ersten Kreislauf

Verfahren zur Regelung von Reaktoren

Anmelder:
Dr. rer. nat. Rudolf Schulten,

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Dr. rer. nat. Rudolf Schulten, Mannheim,
ist als Erfinder genannt worden

in regelbarer Menge hindurchgepumpt oder hindurchgesaugt wird.

Je nach der Menge des beigemischten Neutronenabsorbers kann der Neutronenfluß im Reaktor mehr oder weniger stark vermindert, gegebenenfalls auch der Reaktor gänzlich ausgeschaltet werden.

Besonders geeignet sind für diese Regelung radioaktive Stoffe, welche einen großen Absorptionsquerschnitt für thermische Neutronen besitzen und eine Halbwertszeit etwa zwischen 1 und 10 Stunden aufweisen, da diese Stoffe nach einiger Zeit durch radioaktiven Zerfall verschwunden sind, also eine Trennung zwischen dem Kühlmittel und dem Neutronenabsorber zwecks Erniedrigung des absorbierenden Anteils entbehrlich sein kann.

Grundsätzlich eignet sich für eine Regelung nach der Erfindung z. B. das Xenon 135, welches im Reaktor als Spaltprodukt anfällt. Die anfallende Menge an Xenon 135 ist in diesem Fall vom Neutronenfluß im Reaktor abhängig, so daß gewissermaßen eine Selbstregelung des Reaktors möglich ist, es sei denn, daß dafür Sorge getragen wird, daß ein Teil des Xenon 135 wieder aus dem Kreislauf entfernt wird. Dies ist vor allem dann notwendig, wenn nach dem Abstellen des Reaktors ein Überschuß an Neutronenabsorbern beseitigt werden muß.

Bei einer zweckentsprechenden Anlage muß daher die Möglichkeit gegeben sein, das im Reaktorkühlkreis befindliche Gemisch aus Wärmeübertragungsmittel und Neutronenabsorbern gegen reines Wärmeübertragungsmittel auszutauschen bzw. eine Trennung der beiden Komponenten des Gemisches herbeizuführen.

Handelt es sich um das Gemisch zweier Gase mit stark voneinander abweichenden Atomgewichten, z. B. Helium 4 als Kühlmittel und Xenon 135 als Neutronenabsorber, dann wird zweckmäßig dem Kühlmittelkreislauf ein zweiter Kreislauf zugeschaltet, in welchem eine Gastrennvorrichtung, z. B. eine Zentrifuge oder eine Diffusionsanlage, vorgesehen ist, die

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Claims (7)

das Xenon 135 aus dem Helium 4 entfernt und das verbleibende Helium 4 wiederum als Kühlmittel in den Reaktor zurückführt. Handelt es sich dagegen bei dem Gemisch um zwei Gase, deren Atomgewichte fast gleich sind, so daß eine Trennung auf die oben beschriebene Weise nicht möglich ist, man also auf den radioaktiven Zerfall oder auf eine andere Art der Abscheidung des Neutronenabsorbers angewiesen ist, dann ist es zur Erniedrigung des Anteils an Neutronenabsorbern notwendig, das Gemisch im Bedarfsfalle in einen in dem Zusatzkreislauf vorgesehenen Auffangtank abzulassen und während dieser Zeit reines Kühlmittel aus einem Vorratstank in den Reaktorkreislauf einzulassen. Eine derartige Regelungsart ist z. B. bei Verwendung von Helium 4 als Kühlmittel und dem stabilen Helium 3 als Neutronenabsorber anzuwenden, ebenso bei der zum Zwecke der Reaktorregelung bereits bekannten Benutzung des Isotops Bor 10 in Gestalt von Bortrifluorid od. dgl. Die Schaltung der Gastrennanlage ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. Darin bedeutet 1 den Reaktor, 2 den Wärmeaustauscher, 3 den Kühlmittelkreislauf, dem ein weiterer Kreislauf 4 zugeschaltet ist, welcher einen Gastrenner 5 aufweist. Der hierdurch abgeschiedene Neutronenabsorber kann von hier durch die Leitung 8 einem Vorratsbehälter 6 zugeführt werden, von wo er im Bedarfsfalle durch ein Ventil 7 wieder in den Kreislauf gelangen kann. τ-, Patentansprüche:

1. Verfahren zur Regelung von Reaktoren zur Ausnutzung der Energie durch Veränderung des Anteils des Kühlmittels an Stoffen mit großem Absorptionsquerschnitt für die thermischen Neutronen, dadurch gekennzeichnet, daß bei gasgekühlten Reaktoren unabhängig vom Betriebszustand gasförmige, die thermischen Neutronen absorbierende Stoffe dem Kühlmittel des Primärkreislaufes des Reaktors in regelbarer Menge zugesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Helium 4 als Kühlmittel Xenon 135 als Neutronenabsorber benutzt wird, das bei dem Reaktorprozeß entsteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Neutronenabsorber Helium 3 verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß . als Neutronenabsorber das Isotop Bor 10' in einer gasförmigen Verbindung, z. B. als Bortrifluorid, verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Neutronenabsorbern in dem Kreislauf durch Trennung des Gemisches in einer Trennanlage in der Weise erniedrigt wird, daß dem Kühlkreislauf ein zusätzlicher Kreislauf zugeschaltet wird, mit dessen Hilfe reines Kühlmittel dem Kühlkreislauf zugeführt und der Neutronenabsorber in einer Trennanlage entfernt werden kann.

6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zusätzlichen Kreislauf eine Trennanlage, z. B. eine Zentrifuge oder eine Diffusionsanlage, vorgesehen ist.

7. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zusätzlichen Kreislauf ein Auffangtank für das Gemisch und ein Vorratstank für reines Kühlmittel vorgesehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
R. Stephenson, »Introduction to Nuclear Engineering«, 1954, S.282;

»Power«, Bd. 99, 1955, S. 79;
»Nucleonics«, Bd. 13, 1955, Heft 8, S.30;
»Reactor Handbook, Engineering«, 1955, S. 322.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 033 810.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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