DE1230505B - Schneller Brutreaktor, bei dem der Spaltstoff in Form einer Aufschlaemmung zugefuehrt wird - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

G 21 c

Deutsche Kl.: 21g-21/20

Nummer: 1230 505

Aktenzeichen: U10220 VIII c/21 g

Anmeldetag: 24. Oktober 1963

Auslegetag: 15. Dezember 1966

Die Erfindung bezieht sich auf einen schnellen Brutreaktor, bei dem der Spaltstoff in Form einer Aufschlämmung aus Uran oder einer uranhaltigen Verbindung zugeführt wird, mit einem Kühlmittelbehälter mit Einlaß- und Auslaßleitungen sowie mit einer Vielzahl von Spaltstoffrohren, die unten geschlossen sind, vertikal in dem Behälter angeordnet und mit einem ersten Verteiler oberhalb dieses Behälters verbunden sind, mit einer Vielzahl von Reinigungsrohren, die in den Spaltstoffrohren im Abstand von der Innenwandung dieser Rohre angeordnet und durch einen Filter abgeschlossen sind, und mit einem zweiten Verteiler über dem ersten Verteiler, der mit den Reinigungsrohren verbunden ist.

In einem schnellen Brüter muß ein Mantel aus brütbarem Material vorgesehen sein, der einen Reaktorkern, in dem eine Kettenreaktion stattfindet, umgibt, oder es müssen-brütbare und spaltbare Isotope in ein und derselben Zone vorhanden sein, in der sowohl eine Kettenreaktion als auch ein Brüten stattfindet. Die vorliegende Erfindung schafft ein Reaktorsystem, bei dem nur brütbares Material nach Inbetriebnahme des Reaktors zugeführt werden muß und in dem die erforderliche Bewegung und die Handhabung des Brutstoffs und des Spaltstoffs, ohne den Reaktorbetrieb zu unterbrechen, stattfinden und gesteuert werden kann. Der verwendete Spaltstoff ist eine Paste oder ein Brei aus in flüssigem Metall dispergierten uranhaltigen Teilchen. Die Teilchen können aus metallischem Uran, einer Uranlegierung oder einem keramischen Träger oder einer uranhaltigen Verbindung, wie z. B. Urandioxyd oder Urancarbid, bestehen. Beim Betrieb des Reaktors, bei dem spaltbare Atome erforderlich sind, können die Uranteilchen ebenfalls Plutonium enthalten. Das flüssige Metall kann ein Alkalimetall, Wismuth oder Gallium sein. Das bevorzugte Metall ist jedoch Natrium.

Die Verwendung von pastenförmigem Spaltstoff ist bereits bekannt (Nucleonics, März 1958, S. 70). Die Verfahrensmaßnahmen, um diese Form von Spaltstoff einzuführen, abzuführen und zu handhaben, machten jedoch umständliche und unzuverlässige Konstruktionen erforderlich, wobei große Uranteilchen verwendet wurden und sich die Abhängigkeit von bestimmten noch unerforschten Fließeigenschaften der Paste nachteilig auswirkte.

Zur Abführung der bei den Spaltvorgängen auftretenden gasförmigen Spaltprodukte hat man ferner bereits Reinigungsrohre verwendet, die als zylindrischer Hohlraum in einem Brennstoffelement angeordnet sind, das von Kühlmitteln umgeben ist (deutsche Auslegeschrift 1 051422). Dabei muß je-Schneller Brutreaktor, bei dem der Spaltstoff in Form einer Auf schlämmung zugeführt wird

Anmelder:

United States Atomic Energy Commission,
Germantown, Md. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Abitz und Dr. D. Morf,

Patentanwälte, München 27, Pienzenauer Str. 28

Als Erfinder benannt:
Roland Philip Hammond,
Oak Ridge, Tenn. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. ν. Amerika vom 26. Oktober 1962
(233 496)

doch zwischen der Spaltproduktabführseite des Brennstoffelements gegenüber dem Druck des Kühlmittels ein Diffusionsgefälle, beispielsweise mittels elektrischer, magnetischer oder thermischer Kräfte, aufrechterhalten werden.

In einer anderen bekannten Anordnung (britische Patentschrift 845 804) weist ein mit körnigem spaltbarem Material gefülltes, zylindrisches Brennstoffelement eine axiale, mit radialen Durchlässen versehene Öffnung auf, durch welches ein am Umfang des Brennstoffelements eintretendes und durch dieses hindurchtretendes gasförmiges Kühlmittel geleitet wird. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß Spaltprodukte in den Kühlmittelkreislauf gelangen.

Schließlich ist es bei einem heterogenen Reaktor an sich bekannt (deutsche Auslegeschrift 1044 296), eine Vielzahl von Spaltstoffrohren, die unten geschlossen sind, vertikal in einem Behälter anzuordnen und mit einem Verteiler oberhalb des Behälters zu verbinden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen schnellen Brutreaktor — und ein Verfahren zu dessen Beschickung — zu schaffen, der nach anfänglichem Ingangsetzen der Energieerzeugung nur brütbares, in Form einer Aufschlämmung zugeführtes Material benötigt, in dem die erforderliche Bewegung und Handhabung von brütbaren und spaltbaren Materialien ohne Unterbrechung des

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Reaktorbetriebs erfolgt und in dem die Abführung der gasförmigen Spaltprodukte mittels eines Spülmittels auf besonders einfache Weise erfolgt.

Dies wird bei dem eingangs genannten schnellen Brutreaktor dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß

a) die Filter, welche die Reinigungsrohre abschließen, den Durchtritt von Kühlmittel, aber nicht den Durchtritt von Spaltstoffen gestatten, daß

b) Ventileinrichtungen im zweiten Verteiler eine wahlweise Verbindung zwischen einzelnen oder Gruppen von Reinigungsrohren mit diesem zweiten Verteiler ermöglichen, daß

c) Einlaß- und Auslaßeinrichtungen für die Aufschlämmung mit dem ersten Verteiler verbunden sind und daß

d) Einlaß- und Auslaßeinrichtungen für flüssiges Natrium mit dem zweiten Verteiler verbunden sind.

Das Verfahren zum Beschicken des Reaktors mit Spaltstoff sowie zum Auffrischen und Reinigen dieses Spaltstoffs ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung von uranhaltigen Teilchen, die in flüssigem Natrium dispergiert sind, über die oben geöffneten Spaltstoffrohre geleitet wird, um diese Spaltstoffrohre durch die absinkenden Teilchen der Aufschlämmung zu füllen, daß zur Reinigung des Spaltstoffs von gasförmigen Spaltprodukten jeweils in ein Spaltstoffrohr oder eine Gruppe von Spaltstoffrohren eine kleine Menge gefiltertes Natrium unter Druck über die zugehörigen Reinigungsrohre eingeleitet wird, welches durch den abgesetzten Spaltstoff nach oben steigt und die gasförmigen, im Spaltstoff enthaltenen Verunreinigungen aufnimmt und darauf in den ersten Verteiler eintritt und aus diesem Verteiler ausgespült wird.

Das Verfahren und der Reaktor nach der vorliegenden Erfindung hängen wesentlich weniger von den besonderen Fließeigenschaften der Paste ab als bekannte Vorrichtungen. Es können mit dem Verfahren gemäß der Erfindung sehr feine Teilchen verwendet werden, die eine größere Stabilität in einem bestrahlten Bereich aufweisen. Außerdem ermöglicht das Verfahren gemäß der Erfindung einen kontinuierlichen Betrieb des Reaktors mit mehreren Abbrandzonen und eine Steuerung der Betriebsweise, um den günstigsten Betriebsablauf zu erhalten. Die Erfindung ermöglicht ferner eine genaue Steuerung der Dichte des Spaltstoffs in der Paste, was zu einem Reaktor mit größerer Eigensicherheit im Vergleich zu bisher bekannten Reaktoren, die mit pastenförmigen Spaltstoffen arbeiten, führt.

An Hand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.

F i g. I zeigt einen Längsschnitt durch ein Spaltstoffrohr und das zugehörige Reinigunsgrohr;

F i g. II zeigt einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines Reaktors gemäß der Erfindung;

Fig.III zeigt einen Horizontalschnitt längs der Linie x-y der F i g. II;

Fig. IV zeigt in schematischer Ansicht das Reaktorsystem mit den dazugehörigen Aufbereirungs- und Kühlsystemen;

F i g. V zeigt eine ebene Anordnung von Spaltstoffrohren;

F i g. VI zeigt einen vergrößerten Schnitt und eine Endansicht der Spaltstoffrohre sowie den Rückstromeinlaß der in F i g. V dargestellten Anordnung.

Wie in Fig. I dargestellt ist, befindet sich der pastenförmige Spaltstoff 1 in einer Vielzahl von Rohren 2, die unten geschlossen sind und die an ihrem oberen Ende mit einer ersten Verteilerplatte 3 verbunden sind. Vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, sind die Rohrdurchmesser über eine hinreichende Länge nahe ihrem oberen Ende kleiner als an anderen Stellen, so daß sich ein Füllraum für den Kühlmittelauslaß ergibt. In jedem Spaltstofirohr ist

ίο ein Reinigungsrohr 5 im Abstand von der Innenwandung des Spaltstoffrohres angeordnet. Das Reinigungsrohr erstreckt sich bis in die Nähe des unteren Endes des Spaltstoffrohres und ist durch ein Filter 6 abgeschlossen. Die Reinigungsrohre sind an ihren oberen Enden mit einer zweiten Verteilerplatte 7 verbunden, die über der ersten Verteilerplatte 3 liegt und im Abstand von dieser angeordnet ist. Die beiden Verteilerplatten bilden einen ersten Verteiler 8, welcher durch eine vertikale Trennwand 9 unterteilt ist, die mit den Reinigungsrohren 5, die durch den Verteiler hindurchtreten, nicht in Berührung steht. F i g. II zeigt einen Schnitt durch den Reaktor. Einzeln drehbare Scheiben 21 und 22 weisen Öffnungen 23 und 24 auf und sind bei 26 gelagert sowie mit einem Antriebsmechanismus 25 verbunden. Die Öffnungen 23 und 24 sind so angeordnet, daß eine bestimmte Drehung dieser Scheiben die Öffnungen in beiden Scheiben mit lediglich einem Spaltstoffrohr oder einer kleinen Gruppe von Spaltstoffrohren zur Deckung bringt.

F i g. III zeigt den durch vertikale Trennwände 9 unterteilten Verteiler 8, der die Form eines Doppelevolventen-Spiralkanals mit dem Einlaß 10 und dem Auslaß 11 für die Aufschlämmung bildet. Die Trennwände 9 sind so dünn, daß ihre unteren Ränder eine Blockierung der Eingänge zu den Spaltstoffrohren ausschließen.

F i g. IV zeigt den vollständigen Reaktorkreislauf, wobei eine verdünnte Spaltstoffaufschlämmung unter Natriumüberschuß von 14 aus durch den Einlaß 10 und den Verteiler 8 gepumpt wird und der verbrauchte Spaltstoff über 11 zu dem Behälter 12 durch eine Leitung 15 zurückgefördert wird. Es sind Einrichtungen vorgesehen, um gefiltertes Natrium, das frei von Teilchen ist, unter Druck jedem Reinigungsrohr zuzuführen, welche Einrichtungen einen Rührer 13 und ein Filter im Behälter 12, eine steuerbare Verdrängerpumpe und Absperrventile 17 und 18, eine Verbindungsleitung 19 und einen zweiten Verteiler 20 einschließen. Der zweite Verteiler 20 ist mit dem Reinigungsrohr 5 verbunden und über dem ersten Verteiler 8 angeordnet. Die durch die Kernspaltung im Spaltstoff 1 erzeugte Wärme wird von einem Kühlmittel 27, das in dem Kühlmittelbehälter 28 enthalten ist und das in geeigneter Weise, vorzugsweise nach aufwärts, an den Rohren 2 vorbeiströmt, abgeführt. Das Kühlmittel läuft im Kreislauf um und wird durch eine geeignete Anlage gekühlt, die keinen Teil dieser Erfindung darstellt, jedoch schematisch durch die Pumpe 29, den Dampfgenerator 30 und die Rohrleitung 31 angedeutet ist.

F i g. V zeigt eine andere Ausführungsform nach der Erfindung. In dieser Figur ist eine ebene Anordnung von Spaltstoffrohren 33 dargestellt, die beschickt werden, indem eine Uranspaltstoffaufschlämmung zu dem Einlaß und von diesem aus zu den Spaltstoffrohren gepumpt wird. Der Spaltstoff wird von spaltbarem Gas und Reaktionsprodukten durch

Einspritzen von Natrium in den Rückstromeinlaß, der über eine Leitung mit den Spaltstoffrohren in Verbindung steht, gereinigt, um auf diese Weise die Aufschlämmung zu dem Auslaß für diese Aufschlämmung auszuspülen. Die Anordnung der Rohre kann, wenn gewünscht, so gewählt werden, daß sie sich einem Reaktorgefäß mit kreisförmigem Querschnitt anpaßt.

F i g. VI zeigt einen vergrößerten Teil der F i g. V, wobei das Rückstromrohr 34, Filter 35 und Spaltstoffrohre 37 zu sehen sind. Das Natrium wird in das Rückstromrohr gepumpt, von wo es durch die Öffnungen 36 und die Filter 35 in die Spaltstoffrohre 37, welche die tonaufschlämmung enthalten, strömt. Der Natriumstrom ist so stark, daß die Spaltstoffaufschlämmung weiter zu dem Auslaß für die Aufschlämmung gespült wird. Eine ähnliche Einrichtung für die Auffrischung und Rezirkulierung der Spaltstoffaufschlämmung, wie sie in der beschriebenen bevorzugten Ausführung verwendet wird, kann auch für diese Anordnung vorgesehen sein.

Eine bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung wird nachfolgend beschrieben: Der Reaktorkern enthält annähernd 2800 Spaltstoffrohre, die aus korrosionsbeständigem Stahl mit einem Außendurchmesser von etwa 1,98 cm und einem Innendurchmesser von etwa 1,90 cm hergestellt sind, die eine Länge von 165 cm in dem Kernbereich aufweisen und sich über eine Länge von 38 cm in den Füllraum hinein erstrecken, wo der Außendurchmesser 1,04 und der Innendurchmesser etwa 0,94 cm beträgt. Diese Spaltstoffrohre sind mit Verteiler- bzw. Kopfplatten verbunden, um einen Kernbereich mit etwa 1,30 m Durchmesser zu füllen, in dem die Spaltstoffrohre im Dreiecksverband angeordnet sind und der Abstand der Zentren der Spaltstoffrohre etwa 2,29 cm beträgt. In der Mitte der Kopfplatte sind genügend Rohre weggelassen, um ein Rohr mit kreisförmigem Querschnitt und 15,24 cm Durchmesser einzusetzen, das als Steuerelement dient. Dieses Rohr mit 15,24 cm Durchmesser erstreckt sich von der Kopfplatte nach unten durch den Boden des Kühlmittelbehälters. Ein Zylinder aus Nickel kann in diesem Rohr gleiten, das die Mitte des Kernbereichs bildet. Der Zylinder ist so gehaltert, daß er schnell in eine Stellung außerhalb des Kernbereichs, wenn gewünscht, herabgesenkt und langsam wieder zurückgeführt werden kann.

Um die Rohre des Kerns herum sind etwa 770 Mantelrohre angeordnet, die an derselben Kopfplatte befestigt sind. Diese Mantelrohre weisen einen Innendurchmesser von etwa 5 cm auf und sind im Dreiecksverband angeordnet, wobei ihre Zentren einen Abstand von 6,1 cm aufweisen. Die Mantelrohre bilden einen Brutmantel mit einem Außendurchmesser von etwa 2,20 m und einem Innendurchmesser von etwa 1,30 m. Die Mantelrohre weise dieselbe Länge wie die Spaltstoffrohre des Kerns auf. Die Kopfplatte der Rohre bildet die untere Begrenzung des Füllraums für die Aufschlämmung sowohl für den Mantel als auch für den Kern. Eine Trennwand mit kreisförmigem Querschnitt, die sich von der Kopfplatte zu einer darüber angeordneten Kopfplatte in einem Abstand von etwa 5 cm erstreckt, bildet eine Absperrung zwischen den beiden Füllräumen für die Aufschlämmung über dem Mantel und dem Kern. Jeder Füllraum weist ebenfalls einen spiralenförmigen Verteiler auf, wie oben ausgeführt wurde. Die obere Kopfplatte haltert die Reinigungsrohre, die einen Innendurchmesser von etwa 3,18 mm aufweisen und sich bis fast zum Boden jedes Spaltstoffrohres und jedes Mantelrohres erstrecken. Sie sind so angeordnet, daß, wie oben beschrieben, jedes einzelne Rohr mit unter hohem Druck stehendem Natrium versorgt werden kann.

Der Kernbrennstoff in dem Kern besteht aus Urandioxydteilchen, die etwa 15 Gewichtsprozent Plutoniumdioxyd enthalten. Die Teilchen haben einen Durchmesser von etwa 15 Mikron und sind in reinem Natrium in dem Bereich der Aufschlämmung suspendiert, und es setzen sich etwa 50% der Feststoffe pro Volumen in dem Kernbereich ab, mit Ausnahme, wenn die Reinigung durchgeführt wird. Das Mantelmaterial ist ähnlich beschaffen, jedoch ist es anfangs frei von Plutonium.

Die Kern- und Mantelrohre sind von einem Kühlmittelbehälter aus korrosionsbeständigem Stahl umgeben, der mit der Hauptkopfplatte verbunden ist und geeignete Einlaß- und Auslaßöffnungen für das Natriumkühlmittel aufweist. Das Kühlmittel wird an den Rohren vorbei nach oben in einer Menge von etwa 132 486 l/Min, gefördert. Der Kühlmittelbehälter ist an der Außenseite mit neutronenreflektierendem Material, wie z. B. Stahl, Nickel oder Graphit, und mit einer geeigneten Abschirmung und Isolation, wie sie allgemein bekannt sind, versehen. Der Kühlmittelbehälter und alle Natriumleitungen müssen ebenfalls mit Einrichtungen versehen sein, um das System auf den Schmelzpunkt des Natriums zu erwärmen, so daß eine anfängliche Auffüllung stattfinden kann.

Die getrennten Aufschlämmungssysteme für Kern und Mantel weisen übliche Pumpen, Behälter, Ventile und Rührer auf und können in irgendeiner geeigneten Größe hergestellt sein. Eine entsprechende Leistung für jedes Zirkulationssystem für die Aufschlämmung beträgt beispielsweise 380 l/Min.

Nachfolgend wird die Betriebsweise des Reaktors nach dieser Erfindung beschrieben. Das die Aufschlämmung führende System für jede Reaktorzone wird mit reinem Natrium und Spaltstoffteilchen beschickt und in Betrieb gesetzt, um eine verdünnte Aufschlämmung über die oberen Öffnungen der Spaltstoffrohre zu führen. Dadurch wird ein kleiner Teil der Teilchen in diese Rohre abgeleitet und setzt sich in dem in den Rohren stagnierenden Natrium ab. Wenn alle Rohre mit Sinkstoffen oder der Paste gefüllt sind, wird das die Aufschlämmung führende System mit gefiltertem Natrium gespült.

Das Hauptkühlsystem des Reaktors wird in Betrieb genommen und die Energieerzeugung des Reaktors eingeleitet, indem die Steuervorrichtungen in bekannter Weise betätigt werden. Die Spaltvorgänge, die in den Kernbrennstoffteilchen stattfinden, erzeugen gasförmige Produkte, die aus den Teilchen in die Natriumphase der Paste austreten. Wenn diese Gasblasen in der Paste verbleiben würden, würden sie die Wärmeübertragungseigenschaften des Spaltstoffs zerstören und eventuell Spaltstoff aus dem Kern verdrängen, wodurch der Reaktor unterkritisch würde. Um dies zu vermeiden, ist gemäß der Erfindung das oben beschriebene Reinigungssystem vorgesehen, das wie folgt arbeitet:

In häufigen Abständen, die durch die Geschwindigkeit der Gasblasenansammlung in der Paste bestimmt sind, werden jeweils einige wenige Kubik-

Zentimeter von gefiltertem Natrium unten in jedes Spaltstoffrohr durch Inbetriebnahme der Pumpe 17 und entsprechende Einstellung der Scheiben 21, 22 usw. (s. Fig. II) eingeleitet. Die Inbetriebnahme des Reinigungssystems auf diese Weise, um Natrium in ein Rohr oder eine kleine Gruppe von Rohren gleichzeitig einzuleiten, wirkt sich auf den normalen Betrieb des Reaktors nicht nachteilig aus und kann während der Leistungserzeugung des Reaktors durchgeführt werden. Die Brennstoffteilchen, die sich gerade über dem Natriumtropfen befinden, der unten eingeführt wurde, setzen sich durch diesen Tropfen hindurch wiederum am Boden ab, und der Tropfen steigt durch den Brei oder die Paste, bis er oben ankommt. Gasförmige Spaltprodukte, die sich in der Paste befinden, werden dadurch gesammelt und in den oberen Verteiler befördert, von wo sie aus dem Reaktor durch Durchleiten eines Natriumstromes durch die Verteiler abtransportiert werden. Diese kontinuierliche Reinigung des Brennstoffs von Gas ist ein wichtiges Merkmal dieser Erfindung, da sie die Verwendung von kleinen Spaltstoffteilchen ermöglicht, die gegenüber der Bestrahlung in dem Reaktor stabiler sind. Die kleinen Teilchen würden ohne diese Reinigung durch die Ansammlung von Gas betriebsunfähig werden, was zu einer Senkung der Spaltstoffdichte führen würde.

Wesentlich seltener wird, um den Spaltstoff aufzufrischen, das Reinigungssystem in anderer Weise, nämlich so betätigt, daß die Spaltstoffpartikelchen abgeführt und ersetzt werden können. Diese Betriebsweise verläuft wie folgt: Das Entleeren eines Spaltstoffrohres wird durch kontinuierliches Einleiten von gefiltertem Natrium am Boden dieses Rohr oder am Boden einer Gruppe von Rohren bewirkt, während das die Aufschlämmung führende System betätigt wird, um die ausgeführte Paste wegzuspülen. Im Gegensatz zu dem Gasreinigungsverfahren, bei dem eine einzelne Einspritzung von Natrium durchgeführt wird und ein Wiederabsinken der Teilchen stattfindet, erlaubt das kontinuierliche Einführen von Natrium nicht, daß sich die Spaltstoffteilchen wieder setzen, und das Bett aus abgesetzten Teilchen wird erweitert, verdünnt und schließlich aus dem Rohr ausgewaschen. Die entleerten Rohre oder das entleerte Rohr werden hierauf wieder mit Paste aus der Aufschlämmung gefüllt, wie es bei der ursprünglichen Inbetriebnahme erfolgte. Diese Auffrischung des Spaltstoffes kann ohne Unterbrechung des Reaktorbetriebs durchgeführt werden, wenn ein ausreichend kleiner Bruchteil des Kerns zu ein und derselben Zeit ergänzt wird.

Es ist klar, daß die Person, die den Reaktor betreibt, durch die Einrichtung gemäß der Erfindung leicht verschiedene Arten von Spaltstoffergänzungsmaßnahmen durchführen kann, die bei verschiedenen Umständen erfolgversprechend sind. Durch die Wahl der Rohre, die entladen werden sollen, und die Wahl der Rohre, die wieder gefüllt werden sollen, kann die Person, die den Reaktor betreibt, beispielsweise Spaltstoff von einer Zone des Reaktors in eine andere einführen. Die Person kann alternativ Spaltstoff von einer Zone abziehen und diesen abgezogenen Spaltstoff durch aufgefrischten Spaltstoff ersetzen. Sie kann weiter den Spaltstoff von verschiedenen Zonen mischen und die Mischung wiederum als Beschikkung verwenden. Die wichtigste Betriebsweise besteht jedoch darin, daß die den Reaktor betreibende Person das System mit einer konstanten Zusammensetzung fahren kann, wobei der Brennstoff in ein zirkulierendes, eine Aufschlämmung führendes System eingebracht, aus diesem System heraus wieder beschickt und die Zusammensetzung der Aufschlämmung durch kontinuierliche Auffrischung eines kleinen Anteils und durch Zurückfühnmg dieses Anteils zu diesem System konstant gehalten werden kann.

ίο Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist nur eine einzelne Zone oder ein einzelner Bereich von Spaltstoffrohren, nur ein Aufschlämmung führendes System und nur ein Reinigungssystem dargestellt. Es ist jedoch klar, daß ein wichtiges Merkmal dieser Erfindung darin besteht, daß das Spaltstoffsystem auch in Zonen unterteilt oder in eine gewünschte Anzahl von Bereichen aufgeteilt sein kann, die mit getrennten Aufschlämmung führenden Systemen versorgt werden und Spaltstoff mit verschiedenen Zusammensetzungen enthalten können. Bei sehr großen Reaktoren kann ein wirksames Brüten mit nur einer Brennstoffzusammensetzung in dem ganzen Reaktor erhalten werden, so daß nur ein Aufschlämmung führendes System erforderlich ist. Für kleinere Reaktoren werden bessere Brütergebnisse erhalten, wenn wenigstens zwei konzentrische Bereiche vorgesehen sind, wobei im äußeren Bereich ein relativer Mangel an Plutonium vorliegt und dieser äußere Bereich. einen inneren Bereich einschließt und umgibt, der Spaltstoff mit einem größeren Plutoniumgehalt aufweist. Es ist ebenfalls klar, daß der Durchmesser und der Abstand der Spaltstoffrohre in verschiedenen Bereichen des Reaktors unterschiedlich sein kann, entsprechend der erwarteten Neutronen-Ökonomie in jedem Bereich. Ein Mittelbereich mit hoch angereichertem Spaltstoff erfordert deshalb mehr Kühlung und kleinere Spaltstoffrohre. In einem äußeren Mantelbereich, in dem sehr wenig Wärme erzeugt wird, sind relativ große Spaltstoffrohre und ein relativ kleinerer Anteil an Kühlmittel erforderlich.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schneller Brutreaktor, bei dem der Spaltstoff in Form einer Aufschlämmung aus Uran oder einer uranhaltigen Verbindung zugeführt wird, mit einem Kühlmittelbehälter mit Einlaß- und Auslaßleitungen sowie mit einer Vielzahl von Spaltstoffrohren, die unten geschlossen sind, vertikal in dem Behälter angeordnet und mit einem ersten Verteiler oberhalb dieses Behälters verbunden sind, mit einer Vielzahl von Reinigungsrohren, die in den Spaltstoffrohren im Abstand von der Innenwandung dieser Rohre angeordnet und durch einen Filter abgeschlossen sind, und mit einem zweiten Verteiler über dem ersten Verteiler, der mit den Reinigungsrohren verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Filter, welche die Reinigungsrohre ab

schließen, den Durchtritt von Kühlmittel, aber nicht den Durchtritt von Spaltstoffen gestatten, daß

b) Ventileinrichtungen im zweiten Verteiler eine wahlweise Verbindung zwischen ein

zelnen oder Gruppen von Reinigungsrohren mit diesem zweiten Verteiler ermöglichen, daß

c) Einlaß- und Auslaßeinrichtungen für die Aufschlämmung mit dem ersten Verteiler verbunden sind und daß

d) Einlaß- und Auslaßeinrichtungen für flüssiges Natrium mit dem zweiten Verteiler verbunden sind.

2. Verfahren zum Beschicken eines Reaktors nach Anspruch 1 mit Spaltstoff sowie zum Auffrischen und Reinigen dieses Spaltstoffs, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung von uranhaltigen Teilchen, die in flüssigem Natrium dispergiert sind, über die oben geöffneten Spaltstoffrohre geleitet wird, um diese Spaltstoffrohre durch die absinkenden Teilchen der Aufschlämmung zu füllen, daß zur Reinigung des Spaltstoffs von gasförmigen Spaltprodukten jeweils in ein Spaltstoffrohr oder eine Gruppe von Spaltstoffrohren eine kleine Menge gefiltertes Natrium un-

ter Druck über die zugehörigen Reinigungsrohre eingeleitet wird, welches durch den abgesetzten Spaltstoff nach oben steigt und die gasförmigen, im Spaltstoff enthaltenen Verunreinigungen aufnimmt und darauf in den ersten Verteiler eintritt und aus diesem Verteiler ausgespült wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Austragung von verbrauchtem Spaltstoff der Inhalt der Spaltstoffrohre durch Einleiten von Natrium verdünnt und dann ausgespült wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1044 296,
1051422;

britische Patentschrift Nr. 845 804;
Nucleonics, März 1958, S. 70.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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