DE1083447B - Kernreaktor mit Mitteln zum Steuern der Verteilung des Neutronenflusses - Google Patents
Kernreaktor mit Mitteln zum Steuern der Verteilung des NeutronenflussesInfo
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- G21C7/00—Control of nuclear reaction
- G21C7/06—Control of nuclear reaction by application of neutron-absorbing material, i.e. material with absorption cross-section very much in excess of reflection cross-section
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- G21C7/18—Means for obtaining differential movement of control elements
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Description
Die Erfindung betrifft Kernreaktoren mit einem Moderator, dem Spaltstoff zugeordnet ist oder werden
kann.
Die Erfindung ist beispielsweise auf Kernreaktoren mit einem Moderatorkern anwendbar, in dem Brenn-Stoffelemente
angeordnet werden können.
Der Neutronenfluß in dem Kern eines solchen Reaktors ändert sich von der Mitte des Kernes zu
seinen Grenzflächen, und falls der Kern axialsymmetrisch, wie z. B. als zylindrischer Kern, ausgebildet
ist, ändert sich der Neutronenfluß in der axialen Richtung von einem Minimum an jedem Ende zu
einem Maximum in der Mitte.
Einige der in solchen Reaktoren gebildeten Spaltprodukte, im besonderen Xe-135, haben einen sehr
großen Einfangquerschnitt für langsame Neutronen, und diese haben die Tendenz, eine langfristige stabilisierende
Wirkung auf die Neutronenflußverteilung auszuüben, da, falls eine Flußerhöhung in einem Teil
des Kernes vorhanden ist, eine Erhöhung in der erzeugten Menge des Xe-135 erfolgt und dieses den
Fluß wieder stellenweise zu vermindern sucht. Der Gesamtfluß wird von Steuerelementen oder Regelstäben
gesteuert, die axial in den Kern eingeführt werden.
Jedoch besteht in größeren Reaktoren als den bisher gebauten eine gewisse Wahrscheinlichkeit, daß
eine instabile und möglicherweise oszillatorische Verzerrung des Neutronenflusses in axialer Richtung
auftritt, da eine Erhöhung des Neutronenflusses zum »Ausbrennen« des Xe-135 führt (das durch radioaktiven
Zerfall von 1-135 erzeugt wird), wobei Reaktivität ausgelöst wird, die zu einer weiteren Flußverzerrung
führt usw. Im Laufe der Zeit kehrt die Konzentration des Xe-135 in ein Gleichgewicht mit
dem neuen Flußniveau zurück, wenn der gesamte Vorgang umgekehrt wird. Die Wahrscheinlichkeit
einer Flußverzerrung erhöht sich, falls die Reaktivität mit einem positiven Temperaturkoeffizienten bezüglich
der Brennstoff- oder Moderatortemperatur behaftet ist. Diese Verzerrung nimmt die Form einer Flußzunahme
in Richtung eines Endes des Reaktors und einer Flußabnahme in Richtung des anderen
Endes an.
Mittel zur Korrektur solcher Flußverzerrungen in einem Reaktorkern sind bereits bekannt. Man hat zu
diesem Zweck eine Mehrzahl von Absorberstäben mehr oder weniger tief in den Reaktor eingeführt.
Nach der Erfindung weisen bei einem Kernreaktor mit einem Moderator, dem Spaltstoff zugeordnet ist
oder werden kann, diese Mittel ein Paar Steuerelemente auf, die in verschiedene Teile des Moderators
eingeführt werden können und so miteinander verbunden oder gekoppelt sind, daß eine Bewegung des
Kernreaktor mit Mitteln zum Steuern
der Verteilung des Neutronenflusses
der Verteilung des Neutronenflusses
Anmelder:
The General Electric Company Limited,
London
London
Vertreter:
Dr.-Ing. H. Ruschke, Berlin-Friedenau, Lauterstr. 37,
und Dipl.-Ing. K. Grentzenberg, München 27,
Patentanwälte
Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 31, März 1958
Großbritannien vom 31, März 1958
Peter John Grant, Wembley, Middlesex
(Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden
ist als Erfinder genannt worden
einen Elementes in den Moderator hinein oder aus ihm heraus von einer entsprechenden gegensinnigen
Bewegung des anderen Elementes aus dem Moderator heraus oder in ihn hinein begleitet wird, wobei die
Anordnung so getroffen ist, daß durch die Differentialbewegung der beiden Elemente die Flüsse in den
beiden Teilen des Moderators ohne wesentliche Beeinflussung des Gesamtflusses relativ zueinander eingestellt
werden können.
Dabei kann der Moderator aus einem Moderatorkern bestehen, in dem Brennstoffelemente Untergebracht
werden können.
Ferner können diese Mittel einen durch einen axialen Durchgang in dem Moderatorkern verlaufenden
Regelstab aufweisen, der zwei Endabschnitte aus Neutronenfangstoff · aufweist. Diese beiden Endabschnitte
sind durch einen Zwischenabschnitt verbunden, der Neutronen praktisch nicht absorbiert.
Zwei Anordnungen nach der Erfindung werden nun als Beispiele an Hand der schematischen Zeichnung
beschrieben, in der jede Figur teilweise als Schnitt eine abgebrochen gezeichnete Ansicht eines Moderatorkerns
und eine Vorrichtung zum Steuern der Flußverteilung in dem Kern zeigt.
In Fig. 1 besteht ein Kernreaktor aus einem Moderatorkern 1, in dem sich Brennstoffelemente (nicht
009 530/442
gezeigt) befinden, wobei der Kern zylindrisch ist und Durchgänge 2 hat, die sich parallel zu der Achse
durch den Kern hindurch erstrecken. Der Kern ist auf einer Tragkonstruktion 3 innerhalb eines Druckbehälters
4 angebracht, wobei der Druckbehälter auf einer mit einem Sockel 6 verbundenen ringförmigen
Einfassung 5 gelagert ist. Rohre 7 zum Umwälzen von gasförmigem Druckkühlmittel sind in den Behälter
4 eingeschweißt.
Um die Verzerrung des Neutronenfiusses in dem Kern in axialer Richtung zu korrigieren, wobei diese
Verzerrung die Form einer Flußzunahme in Richtung des einen Kernendes mit Bezug auf das andere
Ende annehmen würde, verläuft ein Regelstab 13 durch den Durchgang 2. Dieser Regelstab besteht aus
drei Abschnitten, und zwar einem Endabschnitt 8 aus Material mit großer Neutronenfangfähigkeit, wie
Bor, Kadmium oder Gadolinium, einem Endabschnitt 9 aus dem gleichen Material und einem Zwischenabschnitt
10, welcher die beiden Endabschnitte verbindet und aus Material besteht, das praktisch nicht
absorbierend für Neutronen ist. Jeder Endabschnitt 8 bzw. 9 ist normalerweise angrenzend an ein Ende des
Durchgangs 2 angeordnet und kann in den Kern an diesem Ende eingeführt werden, so daß er als Steuerelement
nach Art eines üblichen Regelstabes wirkt. Jedoch erkennt man, daß die Bewegung eines Abschnittes
in den Kern von einer entsprechenden Bewegung des anderen Abschnittes aus dem Kern begleitet
wird, so daß der Fluß an den beiden Kernenden differentiell durch Bewegung des Stabes 13 gesteuert
wird, wobei der relative Fluß der beiden Enden geändert wird, während der Gesamtfluß im
wesentlichen konstant bleibt.
Um eine solche Bewegung des Regelstabes zu bewirken, hängt der Stab mittels eines Drahtseiles 11
an einer durch einen Elektromotor getriebenen Winde 12. Praktisch sind natürlich viele solche Regelstäbe
vorhanden, von denen jeder mit einem Durchgang, wie 2, zusammenarbeitet und nach Art des Regelstabes 13
angeordnet ist.
Wenn die Flußverteilung symmetrisch ist, d. h., wenn keine Flußverzerrung vorhanden ist, würden
sich die beiden Verzögerungselemente an den Enden des Durchgangs 2 befinden, wie in der Zeichnung dargestellt
ist. Wenn aber der Fluß in Richtung des einen Kernendes zunimmt, während der Fluß in Richtung
des anderen Endes abnimmt, wird der Stab 13 so bewegt, daß er das Steuerelement an dem einen Ende
weiter in den Durchgang 2 in dem Kern einführt, wodurch der erhöhte Neutronenfluß in Richtung dieses
Endes vermindert wird, und gleichzeitig wird das andere Ende aus dem Durchgang in einem entsprechenden
Maße herausgezogen, so daß sich der verminderte Neutronenfluß an diesem Ende verstärken
kann.
In der abgeänderten Anordnung gemäß Fig. 2 sind die Steuerelemente 8 und 9 so angeordnet, daß sie mit
zwei getrennten Durchgängen 14 und 15 in dem Kern 1 zusammenarbeiten. Das Steuerelement 8 wird
mittels eines Drahtseiles 16 von einer durch einen Elektromotor getriebenen Winde 17 getragen, und
das Steuerelement 9 ist mit einem Abschnitt 18 aus einem Material verbunden, das Neutronen praktisch
nicht einfängt, wobei dieser Abschnitt mittels eines Drahtseils 19 von einer durch einen Elektromotor getriebenen
Winde 20 getragen wird. Die Winden 17 und 20 können auf einer gemeinsamen Welle angeordnet
sein und von einem Elektromotor angetrieben werden. Jedoch werden in der dargestellten An-Ordnung
die Winden getrennt angetrieben, wobei ihre zugehörigen Motoren von einer gemeinsamen Regelvorrichtung
21 gesteuert werden, welche die Motoren derart regelt, daß irgendeine Bewegung eines Steuerelementes
in seinem Durchgang von einer entsprechenden Bewegung des anderen Elementes begleitet wird,
so daß keine effektive Änderung des gesamten Neutronenflusses in dem Kern erfolgt.
Man erkennt, daß bei den oben beschriebenen Anordnungen die relative Reaktivitätsänderung bei der
Regelbewegung klein ist, da die Bewegung der beiden Steuerelemente mit Bezug auf den Kern differentiell
ist. Außerdem ist es in keinem Falle erforderlich, den Regelstab über große Entfernungen zu bewegen.
Andererseits würde es, falls ein Regelstab üblicher Konstruktion zur Korrektur der Flußverzerrung benutzt
werden sollte, notwendig sein, den Stab von einem Kernende zum anderen zu bewegen, und eine
solche Bewegung des Stabes durch den Kern hindurch würde die Gesamtreaktivität schwerwiegend beeinflussen.
Claims (7)
1. Kernreaktor mit einem Moderator (z. B. in Gestalt eines Moderatorkerns), dem Spaltstoff zugeordnet
ist oder werden kann (z. B. in Gestalt von in ihn eingeführten Brennstoffelementen), und
Mitteln zum Steuern der Verteilung des Neutronenflusses in dem Moderator, dadurch gekennzeichnet,
daß diese Mittel ein Paar Steuerelemente aufweisen, die in verschiedene Teile des Moderators
eingeführt werden können und so miteinander verbunden oder gekoppelt sind, daß eine Bewegung
des einen Elementes in den Moderator hinein oder aus ihm heraus von einer entsprechenden gegensinnigen
Bewegung des anderen Elementes aus dem Moderator heraus oder in ihn hinein begleitet
wird, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß durch die Differentialbewegung der beiden Elemente
die Flüsse in den beiden Teilen des Moderators ohne wesentliche Beeinflussung des Gesamtflusses
relativ zueinander eingestellt werden können.
2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel einen durch einen
axialen Durchgang in dem Kern verlaufenden Regelstab aufweisen, dessen zwei Endabschnitte
aus Neutronenfangmaterial bestehen und mit einem Zwischenabschnitt verbunden sind, der
praktisch keine Neutronen einfängt.
3. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelstab an einer durch
einen Elektromotor getriebenen Winde hängt, die oberhalb des Durchgangs angeordnet ist.
4. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelemente so angeordnet
sind, daß sie entsprechend mit zwei Durchgängen in dem Kern zusammenarbeiten und
von einer gemeinsamen Antriebsvorrichtung antrieben werden.
5. Kernreaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Antriebsvorrichtung
ein Paar Winden aufweist, die im Gleichlauf von einem Elektromotor angetrieben werden.
6. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelemente so angeordnet
sind, daß sie von getrennten Antriebsvorrichtungen angetrieben werden, die gemeinsam
gesteuert werden.
7. Kernreaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtungen ein
Paar durch Elektromotoren getriebene Winden aufweisen, wobei Mittel vorgesehen sind, um die
Motoren so zu steuern, daß irgendeine Bewegung eines Elementes von einer solchen Bewegung des
anderen Elementes begleitet wird, daß die effektive Änderung des gesamten Flusses Null ist.
In Betracht gezogene Druckschriften: M. A. Schultz, »Control of Nuclear Reactors
and Power Plants«, 1955, S. 248 bis 250.
Hierzu l Blatt Zeichnungen
© 009 530/442 β. 60
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