DE1299775B - Schneller Atomkernreaktor mit windschief zueinander stehenden Prozessrohren - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen schnellen zeigt, und einen Kranz von sechs Rohren, die um das

Atomkernreaktor mit einer Vielzahl von Prozeßroh- mittlere Rohr angeordnet sind,

ren, die windschief zu einem mittleren vertikalen F i g. 4 einen Längsschnitt durch einen Teil eines

Prozeßrohr stehend und gleichmäßig um dieses ver- Prozeßrohres, der die Anordnung des Brennstoffes

teilt zu einem Doppelkegel von sechseckigem Quer- 5 darin zeigt,

schnitt angeordnet sind und in der die Scheitelebene F i g. 5 den vergrößerten Querschnitt längs der dieses Doppelkegels bildenden Querschnittsfläche Linie 5-5 in F i g. 4, wobei der Brennstoff aus Gründicht gepackt liegen. Jedes der windschief zum Zen- den der Übersichtlichkeit weggelassen wurde,
tralrohr angeordneten Prozeßrohre kann als Erzeu- F i g. 6 den vergrößerten Querschnitt längs der gende eines hyperbolischen Doppelkegels angesehen io Linie 6-6 in Fig. 4,

werden; in dessen Scheitelebene — auch als »Kreu- Fig. 7 den vergrößerten Querschnitt längs der

zungsebene« der Stäbe bezeichnet — liegen die Stäbe Linie 7-7 in F i g. 4, wobei der Brennstoff aus Grün-

am dichtesten. Die Kreuzungsebene liegt in der Mitte den der Übersichtlichkeit weggelassen wurde,

des Kerns. Ein Reaktor dieser Art ist unter der Be- Fig. 8 die Darstellung eines Prozeßrohres,

zeichnung BR-2 bekannt und in Proc. of the 2. UN 15 Wie in Fig. 1 dargestellt, umfaßt der Reaktor

Int. Conf. on the Peaceful Uses of Atomic Energy, nach der Erfindung einen Kern 10, einen Reflektor

1958, Bd. 10, S. 107 bis 114, ausführlich beschrieben. 11, der den Kern umgibt, eine innere Hülle 12, die

Ein derartiger Atomreaktor ist als schneller Brenn- den Reflektor umgibt, und ein Reaktorgefäß 13, das

stoff-Testreaktor, d. h. als Reaktor zur Entwicklung die innere Hülle umgibt. Außerdem gibt es noch

und Prüfung von Brennstoffelementen für schnelle 20 einen (nicht gezeichneten) Behälter, der den gesamten

Kernreaktoren geeignet. Seine Bedeutung beruht auf Reaktor umgibt. Hitzeschilde 14 sind zwischen dem

der Tatsache, daß die Entwicklung von Brennstoffen Reflektor 11 und der inneren Hülle 12 angebracht,

und Brennstoffelementen mit optimalem Verhalten Neutronenschilde 15 zwischen der inneren Hülle und

für schnelle Reaktoren von größter Wichtigkeit ist. dem Reaktorgefäß 13 und Druckschilde 16 direkt

Ein Testreaktor für schnellen Brennstoff sollte 25 außen um das Reaktorgefäß.

. 61 Prozeßrohre 17 weisen je einen mittleren sechs-

1. bis zu 16 instrumentierte offene und geschlos- _ecki_gen Teil 18, eine untere zylindrische Verlängesene Prüfkanale umfassen, _mng ^_{9 und eine obere} zylindrische Verlängerung 20

2. leichte Zugänglichkeit zu jedem Prozeßrohr und auf, die einen verstärkten Teil 21 hat, und bilden die genügend Platz für Meßinstrumente aufweisen, ₃₀ Strömungskanäle für das Kühlmittel. Wie speziell in

3. einen Neutronenfluß mit hartem Sperktrum von Fig. 3 gezeigt, steht das mittlere Rohr senkrecht, 10¹⁶ Neutronen/cm²sec mit 75% über 0,1MCV und die restlichen Rohre gruppieren sich um das haben. mittlere Rohr und stehen leicht windschief zu diesem.

60 Rohre sind um das mittlere Rohr herum in vier

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Atomreak- 35 Kreisen angeordnet, 6 in der ersten Reihe, 12 in der tor mit diesen Eigenschaften zu entwickeln, der einen zweiten, 18 in der dritten und 24 Rohre in der vierten kompakten Kern mit einem Minimum an ungenutz- Reihe. Die Durchstoßpunkte der Längsachsen aller tem Raum, aber trotzdem genügend Platz für die dieser Rohre durch die Ebene 22 liegen auf einem Handhabung des Brennstoffs und für Meßinstrumente Kreis, dessen Mittelpunkt die Längsachse des mittaufweist. 40 leren Rohres ist. Die Achsen der in F i g. 3 darge-

Diese Aufgabe wird beim eingangs genannten stellten Rohre stehen um 2,7° windschief gegen die

Reaktor dadurch gelöst, daß sich erfindungsgemäß Senkrechte.

die in der Kernzone liegenden Mittelteile der Prozeß- Die Prozeßrohre haben eine Stärke von 10,8 cm

rohre von oben nach unten verjüngen, einen sechs- von Fläche zu Fläche an der Ebene 22 und eine

eckigen Querschnitt aufweisen, um ihre Längsachse 45 Stärke von 11,63 cm von Fläche zu Fläche am obe-

verwunden sind und sich über die gesamte Länge der ren Rand des Kerns. Dieser bildet etwa einen Zylin-

Mittelteile berühren. Sie berühren sich also nicht nur der mit einer Höhe von 91,4 cm und einem Durch-

in einer Kreuzungsebene und nicht nur längs Mantel- messer von 94,0 cm.

linien, sondern mit den ganzen Mantelflächen. Wie in Fig. 3 gezeigt, liegen die sechseckigen

Die Anordnung — als Querschnittsfiguration des 50 Abschnitte 18 der Prozeßrohre auf Grund ihrer

hyperbolischen Doppelkegels aus Prozeßrohren — sechseckigen Form, ihrer windschiefen Anordnung

ist zwar auch bei dem BR-2-Reaktor hexagonal, aber im Raum, einer leichten Verwindung (etwa 2,7°) um

weder die Prozeßrohre noch die Brennstoffstäbe ha- ihre Längsachse und einer leichten Verjüngung längs

ben dort sechseckigen Querschnitt. Vor allem aber der Kernachse eng aneinander und bilden einen Kern

weisen seine Prozeßrohre die Form von Kreiszylin- 55 10, der im wesentlichen frei von ungenutztem Raum

dem auf, während sie nach der Erfindung auf einer ist. Am unteren Rand des Kerns, jedoch oberhalb des

Strecke verdrillt und auch noch verjüngt sind. Aus unteren Endes der sechseckigen Abschnitte 18 der

der Bündelungsebene (Kreuzungsebene) wird eine Prozeßrohre 17, liegt eine waagerechte Ebene 22, die

Bündelungszone, und deren engster Querschnitt rückt hier als »Einschnürungsebene« des Kegels definiert

nach unten, an den unteren Rand des Kerns. 60 wird, da dort die Rohre 17 ihre dichteste Packung

Einzelheiten eines Reaktors nach der Erfindung innerhalb des Kerns erreichen.

werden im folgenden an Hand der Zeichnung be- Wie aus Fig. 4 bis 6 zu erkennen, sind die Brennschrieben. In dieser zeigt Stoffpakete 23 verwundene und sich verjüngende

Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch einen Reak- sechseckige Prismen, die die sechseckigen Abschnitte

tor nach der Erfindung, 65 18 der Prozeßrohre 17 ausfüllen. Der obere und

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1, wichtigste Teil jedes Pakets sind 217 zylindrische

Fig. 3 eine schematische perspektivische Ansicht Brennstoffstäbe24, die gleichmäßigen Abstand von-

eines Teiles des Reaktors, die das mittlere Prozeßrohr einander haben, von gleichseitigen Dreiecken gehalten

Claims (1)

1. 3 4

   werden und zusammengenommen den Kern 10 des Zusammenstellung der Daten eines schnellen

   Reaktors bilden. Die Brennstoffstäbe haben einen Brennstoff-Testreaktors gemäß der Erfindung

   Durchmesser von 4,9 mm und bestehen aus Pluto- Leistung 400 MW

   niumdioxyd und rostfreiem Stahl und sind mit einer Kühlmittel-

   Hülle aus 0,2 mm starkem rostfreiem Stahl metallur- 5 Flüssigkeit Natrium

   gisch verbunden Die aktive Brennstofflänge beträgt Einlaßtemperatur ".'.'.'.'.'.'.Υ. 232° C

   92 cm und die Gesamtlange der Brennstoffstabe be- Auslaßteniperatur 395° C (Anfahren)

   tragt 97,5 cm. Eng um das Brennstoffpaket herum ^r ^ 5930 ^ (_max)

   sitzt eine 1 25 mm starke Verkleidung 25 aus rost- strömungsgeschwindigkeit.. 7,5 m/sec (Anfahren)

   freiem Stahl, um die zwölf Distanzstreifen 26 spiral- 10 ° ° ^{6 v}

   förmig herumgelegt sind. Der Zweck der Verkleidung Brennstoff:

   ist, den Temperaturgradienten in Querrichtung zu Brennstabmaterial PuO₂ und rostfreier

   verkleinern und durch Rotation des ringförmigen Stahl

   Kühlmittelstroms das thermische Ausbeulen der Pro- PuO₂ im Brennstabmaterial 12 bis 17 Volum-

   zeßrohre zu vermindern. 15 prozent

   Die Brennstoffpakete 25 werden in die Prozeß- Umhüllungsmaterial rostfreier Stahl

   rohre 17 unter leichtem Drehen eingeführt und damit Brennstab — Durchmesser.. 4,9 mm

   gleichsam eingeschraubt. Die Pakete werden im Umhüllung—Stärke 0,2 mm

   mittleren Abschnitt 18 der Prozeßrohre durch die Umhüllung—Durchmesser 5,3 mm

   Distanzstreifen 26 zentriert. Die Pakete werden in ao Brennstäbe pro Rohr 217

   den Prozeßrohren durch einen federnden Bajonett- Kern:

   Verschluß gehalten, der aus den Federn 28 und den Länge 914 mm

   Klinken28^. besteht Die Prozeßrohre werden am Äquivalenter Durchmesser'.'. 940 mm

   Boden durch einen Rohrboden 29 und oben durch Volume« 6nn τ itpr

   . i-»i*i λλ Ii . «ι^Λ ι ι volumen uuu .lilci

   den Rohrboden 30 gehalten; sie sind 12 m lang, und 25 ^ahl der Rohre 61

   es gibt zwei Typen: Der äußere Ring besteht aus _{Form der Rohre} ;;;;";;" sechseckig, verjüngt

   24 Rohren mit Wiedereintritt, und der Rest besteht

   aus Rohren mit einmaligem Durchlauf. Das Kühlmit- Stärke der Rohre

   tel strömt in die Rohre mit einmaligem Durchlauf (über die Flächen gemessen):

   von unten, in die Rohre mit Wiedereintritt von oben 30 oben 116,3 mm

   ein, quer durch das Rohr hindurch und neben dem unten 108,0 mm

   Rohr nach unten, und tritt unten wieder in das Rohr Werkstoff rostfreier Stahl

   ein. Als Kühlmittel wird, wie in schnellen Kernreak- Wandstärke 2,5 mm

   toren üblich, Natrium verwendet. Durchschnittlicher Neutronen-

   Durch die windschiefe Anordnung verwundener 35 fluß etwa 10¹⁶ n/cm² see

   sechseckiger Prozeßrohre, die sich von oben nach ρ _nt_ansDruch·

   unten verjüngen, werden flächenhaft dicht gepackte "

   Reihen von Prozeßrohren in der Kernzone und Rei- Schneller Atomkernreaktor mit einer Vielzahl

   hen mit großem Abstand außerhalb der Kernzone von Prozeßrohren, die windschief zu einem mitt-

   und ein Kern mit einem Minimum an ungenutztem 40 leren vertikalen Prozeßrohr stehend und gleich-

   Raum und einem hohen Grad an Maßstabilität erhal- mäßig um dieses verteilt zu einem Doppelkegel

   ten. Toter Raum muß speziell bei schnellen Reakto- von sechseckigem Querschnitt angeordnet sind

   ren vermieden werden wegen ihrer hohen Empfind- und in der die Scheitelebene dieses Doppelkegels

   lichkeit gegenüber Maß-Instabilitäten und da die für bildenden Querschnittsfläche dicht gepackt liegen,

   diese Reaktoren typische hohe Leistungsdichte eine 45 dadurch gekennzeichnet, daß sich die

   gute Ausnutzung des Kernraumes für Kühlmittel, in der Kernzone (10) liegenden Mittelteile (18)

   Brennstoff und tragende Elemente notwendig macht. der Prozeßrohre (17) von oben nach unten ver-

   In der Tabelle auf S. 7 werden die wichtigsten Da- jungen, einen sechseckigen Querschnitt aufweisen,

   ten eines nach der Erfindung gebauten Testreaktors um ihre Längsachse verwunden sind und sich

   aufgeführt. 50 über die gesamte Länge der Mittelteile berühren.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen