DE1439773A1 - Einheit fuer den aktiven Kern eines Kernreaktors - Google Patents
Einheit fuer den aktiven Kern eines KernreaktorsInfo
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Description
U39773-
25. Auguit 19*1
P-181
UHITBD 3TATBU ATOMIO EHBEuY CGULH &J 10*
Oereantown, Maryland, V. St, A.
einheit für den aktiven Kern einea Kernreaktor«
einen Kernreaktor. Inebeaondere betrifft die Brfindung ein
- ■ ■ 1^- ■ ' "■■· "i- 'Ii
Einheit eeleaent, daa eowohl-einen Brennet of ft eil als aiiah
einen lioderatorteil besitzt, wobei Jeder Teil duroh ein
getrenntes Ktthleittelaystem gekühlt wird, leiter beiieht eioh
die Erfindung auf einen Kernreaktor, der au· QOleJton Bitt+
heiteeleaenten aufgebaut let. D^e &rflnctu»e*let bei
far natriuegekUhlte, graphiteoderierte Ktornre
'■■ . - 1 -
Pie Erfindung schafft ein Einheitselement, das unabhängig
von einer Vielzahl von gleichen Einheiten, aus denen der gesamte aktive Reaktorkern zusammengesetzt ist, in einen
Kernreaktor eingesetzt oder aus diesem entfernt werden Lann. Jedes einzelne Kernelement oder jede einzelne Einheit besitzt
eine mittlere, einen Kühlmittelkanal aufweisende Anordnung, die die Spaltstoffmaterialien enthält und durch die ein
Primärkühlmittel geleitet wird» Abweichend vom Stande der
Technik werden massive Hoderatorteile im festen Abstand um
die den Kanal enthaltende Anordnung angeordnet und sind vorzugsweise
mit dieser Anordnung thermisch, gekoppelt. Durch eine geeignete Anordnung der Isolierung und der äusseren
Hoderat orumhUll ung \7ird die in dem I.Ioderator erzeugte
Wärme gezwungen nach innen zu strömen ο Ein Wärmegleichgewicht
wird durch die Verwendung eines Sekundärktthlmittels, vorzugsweise
eines Gases, aufrechterhalten, um die in radialer Richtung gesehen.äusseren Teile des Moderators zu kühlen. Der
weitere erfinderische Gehalt wird in den präzisen mechanischen Kombinationen der einzelnen Einheitselemente und in
den Kombinationen von mehreren Kerneinheiten in einem einzelnen Reaktor gesehen.
- 2 909803/0303
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Öle Theorie, Konstruktion und Arbeitsweise bekannter Kernreaktoren kann beispielsweise aus folgenden Veröffentlichungen
ersehen werden»
"Principles of Nuolear Reactor Engineering" von Samuel Glasstone veröffentlicht von D. Van Nostrand Company, Inc.,
trinoeton, New Jersey« First Edition, 1955; "The Proceedings
of the Geneva Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy",
Genf, wchweie, August 1955, zu beziehen bei United Nations
Bookstore, New York City, New York; und US-Patente 2 708 656 und (2 714 577, Fermi u. e.
Bezüglich ausführlicher Informationen Über Natriumgraphitreaktoren wird auf folgende Veröffentlichungen hingewiesent
"Proceedings of the International Conference on Peaceful Dees
Of Atomic Energy, Genf, 1955", zu beziehen bei United
Nations Bookstore, Kew York City, New York, insbesondere der
Artikel von ?/·£. Parkins, "The Sodium Graphite Experiment" in
Band 3» C. ütarr, "Sodium Graphite Reactor 75 000 Electrical
Kilowatt Power Plant" und S- üiegal et al, "Basic Technology
of Sodium Graphite Reactors". Weitere Veröffentlichungen sind
909803/030J BAD ORrQ)NAL
U39773
die Artikel "Advanced Design of a Sodium Cooled Thermal Reactor for Power Production", S. Levy et al, und "The Sodium Graphite
Reactor Power Plant for OPPD11, R.L. Olson et al, in "Proceedings
of the üecond United Nations International Conference on. the Peaceful Uses of Atomic Energy, Genf, 1958", ebenfalls zu
beziehen bei United Nations Bookstore· Schliesslich wird auf
das Buch "Sodium Graphite Reactors" von Chauncy Starr and Robert N. Dikinson, veröffentlicht von der Addison-tfesley
Publishing Company, Reading, Mass· hingewiesen.
Wie aus einer Durchsicht dieses Standes der Technik ersehen werden kann, besitzen übliche natriumgekühlte, graphitmoderierte
Reaktoren massive Graphitblöcke, die gewöhnlich von Hüllen
umgeben sind, und die aufeinandergestapelt werden, um einen
Kern für den Reaktor ssu bilden. Die Blöcke werden in vertikaler Richtung von Spaltetoffelementen, KUhlmittelkanälen, Regelstäben
und anderen Bauteilen oder Einrichtungen, die je nach
der besonderen Ausführungsform erforderlich sind, durchdrungen. Die ganze Konstruktion befindet sich in einem entsprechenden
Behälter, der für die zwangsläufige Zirkulation des Natriums
durch die Spaltstoffkanäle geeignet ist.
4 -
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BAD ORIGINAL
Während die oben beschriebene Anlage genügt, um Wärme in
ausreichenden Mengen für die Produktion von Elektrizität in Einrichtungen handelsüblicher Grosse zu erzeugen, wird im
allgemeinen die Erzeugung von Energie, die mit derjenigen»
die in anderen Energiequellen erzeugt wird, konkurrenzfähig ist, aus wirtschaftlichen Gründen und wegen des zu geringen
Wirkungsgrades ausgeschlossen. Sie Reaktortechnik bei
Verwendung eines natrium ekühlten, graphitmoderierten Reaktors
hat hinsichtlich der Kostensenkung pro Energieeinheit viele
Neuerungen und Fortschritte mit sioh gebracht. Eine sehr frühzeitige Entwicklung, die noch fortgesetzt wird, betraf die
Verwendung von verschiedenen UmhUllungsmaterialien, um den
Kontakt des heissflüssigen Natriums mit den Hoderatormaterialien zu verhindern oder einzuschränken. Pie Verwendung
von Rohren, die durch einen Behälter durchgeführt wurden, das sogenannte "Calandria"-Prinzip, wurde entwickelt, um die
Notwendigkeit der Umhüllung zu beseitigen. Spaltstoffmaterialien,
Spaltetoffelemente und andere Reaktorinstrumente unterliegen
natürlich einer stetigen Entwicklung in allen Arten handelsüblicher Reaktoren.
Darüber hinaus wurden auf Grund neuerlicher Studien von Reaktoranlageη, wie aus dem genannten artikel von Levy
U39773.
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hervorgeht, eine teilweise Vereinigung (supra partial unitization)
der Kühlkanäle, Spaltstoffelemente und Teile des Moderators
ebenfalls vorgeschalgen. In dieser Anlage v/ird infolge der
Y-ötrahli-ngeabsorption und der Neutrone ^verzögerung 10 #
der gesamten Reaktor energie in Form von V/ärme in den IToderator
erzeugte Wenn der Moderator fest ist, ist die Abfuhr dieser
Wärme schwierig, da sie an die Oberfläche der Kühlmittelkanäle geleitet werden muss. Wenn das Volumen des Moderators
im Vergleich zu dem Volumen des Spaltstoffs und des Kühlmittels gross ist, was gewöhnlich in graphitmoderierten, thermischen
Reaktoren der Fall ist, müssen im allgemeinen besondere Kühlmittelkanäle
zum Kühlen des Moderators und der Regelelemente in dem Reaktorkern vorgesehen sein. Es hat sich beim praktischen
Betrieb von bekannten graphitmoderierten Reaktoren als günstig herausgestellt, den Kauptkühlinittelstrom durch diese Leitungen
strömen zu lassen.
Wenn das Kühlmittel in einem Heaktor der vorbezeichneten Art
ein flUsüiges i.Ietall, wie z. B. Natrium, ist, treten augenscheinlich
eine Anzahl von Nachteilen auf. Insbesondere der parasitäre Keutroneneinfang des zusätzlichen flüssigen IJetails,
das auf diese «eise in den Kern eingeführt wird, beeinflusst die
Ausbeute der Kernenergie des Beaktors nachteilig. Darüber
hinaus ist es im allgemeinen notwendig, das Lioderatormaterial
BAD OKIGfNAL
909803/^303 -.- -v = ..-...-
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nit einer Umhüllung zu umgeben, die das Kühlmittel nicht
durchläset, um dieeee daran zu indorn, in den Koderator einzudringen· Dadurch wird wiederum zusätzliches parasitäreβ
material in den Reaktorkern eingebracht, das die Kernauebeute
dee Reaktors weiter beeinträchtigt sowie eine zusätzliche Komplizierung und zusätzliche Kosten mit eich bringt· Sin
weiteres Problem besteht in der Verwendung dee Hauptkühlmittels
zum KUhlen der Regelelemente, wobei die Verwendung einer Diohtung
erforderlich wird, um ein Auslecken des Kühlmittels an der
Stelle au vermeiden, an der die Hegelelemente in das KUhlmittelsystem eindringen· In dieser Hinsicht treten bei der Venrendung
▼on Natrium, Natrium-Kalium, Lithium oder anderen chemisch aktiven Materialien als Kühlmittel besondere Schwierigkeiten
auf.
Es wird deshalb gemäss der Erfindung ein verbessertes Einheiteelement für einen Reaktorkern geschaffen, in der Moderator,
Brennstoff und Kühlmittelkanal in einem einzigen integralen
Konstruktionselement kombiniert sind, d*s zusammen mit anderen
gleichen Elementeneinheiten ein Reaktorkern bildet. In der bevorzugten Ausführun^sform nach der Erfindung ist ein IToderat-orco
° zylinder, der eine axiale Bohrung besitzt, thermisch mit seiner
CD · ■ . ■
\ PrinärkUhlmittelrohr und den Spaltstoff aufweisen. Eine Umhüllung
— 7 «· BAD ORtQlNAL
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und möglicherweise eine Isolierung auf der äusneren Koderatorflache
zwingen die im Moderator gebildete V/ärme nach innen gegen das Primärkühlmittel hinzuströmen ο 'Die Umhüllung ist
an der das Kühlmittel und den Spaltstoff enthaltenden Anordnung befestigt» Zusätzlicher Moderator ist im Abstand von der Umhüllung
vorgesehen! so dass sich ein Gesamtquerschnitt der Elementeneinheit
in der jewünschten Konfiguration ergibt, beispielsweise
sechseckig oder quadratisch. Ein entsprechendes Wärmegleichgewioht
wird bei der gewünschten Temperatur durch die Verwendung eines Sekundärkühlmittelstromes erhalten, der durch Leitungen
zwischen den in der Mitte befindlichen und dem ausserhalb befindlichen Moderator strömt. V/eitere Merkmale der Erfindung
werden in anderen Ausführungsformen, in der präzisen Bauweise der bevorzugten AusfUhrungsform und in der Kombination mit
anderen Einheiten, um einen Reaktor zu bilden, gesehen·
Mit dem oben beschriebenen natriumgekühlten, graphitmoderierten
Reaktor nach der Erfindung wird eine Verringerung bestimmter Konstruktion- und Unterhaltungskosten erreicht. Die einzelnen
Einheiten können auf dem Fliesi.band hergestellt werden. Dies
kann in dem Ausmass geschehen, dass der ganze Reaktor lediglich
^ aus den Kernelementeinheiten zusammengesetzt wird. Einzelne
co
οTeile des Reaktors können entfernt und wieder ersetzt werden,
ω · " ' "-* ohne dass der gesamte Reaktor auseinandergenommen wird*.
ο
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Ein anderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine·
ökonomische Abfuhr der Wärme aus dem Lloderator in jeder einzelnen,
leicht ersetzbaren Einheit möglich ist, während gleichzeitig die
im Zusammenhang mit bekannten Anlagen der zur Diskussion stehenden
Art oben erörterten Schwierigkeiten vermieden werden. Noch
ein weiterer Vorteil besteht in der Anwendung dee Baukastenprinzips
für einen Reaktorkern, wobei die Elenenteneinheit den gesamten Moderator oder irgendein gewünschter Bruchteil desselben,
die oberen und unteren Neutronenreflektoren und einen Teil der Neutronenabachirmung umfasst. Der Kern kann aus einer
Vielzahl dieser Einheiten zusammengesetzt vveroen, die im wesentlichen
identisch sind, wobei jede einzelne Einheit als getrennter Bestandteil entfernt oder repariert werden kann,
liin weiterer Vorteil besteht in der Anordnung eines zweiten
abgedichteten Rohres als Bauteil um einen trossen Teil des
Moderators einzuschliessen und um als zweiter Behälter für das Hauptkühlmittel zu dienen, wenn das Primärkühlmittelrohr
leck wird. Ein zusätzlicher wesentlicher Vorteil besteht in der Anordnung von Passagen für ein zweites Kühlmittel, um
die :<ärme aus dem Moderator und den Regelelementen zu entfernen.
Die Anordnung dieser Passagen ist so getroffen, dass das zweite Kühlmittel nicht- in Kontakt mit den lioderatorteilen
oder der Hauptkühlmittelleitung kommt, die auf hohe Temperaturen erhitzt sind. Zusätzlich zu den mechanischen Vor-
BAD'oÄlQiNAL
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teilen macht die Verwendung eines getrennten Moderatorkühlmittels es möglich, die IJoderatortemperatur einigermaesen unabhängig
von dem Reaktorleistungsniveau einzustellen, wodurch die Steuerbarkeit des Reaktors verbessert wird.
Demgemäeü ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine
verbesserte Kerneinheit und einen aus solchen Einheiten zusammengesetzten
Reaktor zu schaffen* Ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, eine Kerneinheit zu schaffen, in der
alle Komponenten eines Kernreaktorkerne enthalten sind. Noch ein weiteres allgemeines Ziel besteht in der Schaffung einer
Kerneinheit» die mit anderen gleichen .Elementeneinheiten kombiniert werden kann, um einen vollständigen Kernreaktor
zu bilden, aus dem die einzelne Einheit entweder teilweise oder vollständig mit einem minimalen Aufwand und ohne Veränderung
oder Entfernung benachbarter Einheiten, entfernt und/oder ersetzt werden kanne ^in anderes Ziel besteht in
der Schaffung einer Einheit, dia angesichts der Vorteile, die in dem Järaatz- unter Aufrecht erhaltung der Betriebsweise be~
etehen» liegt, hergestellt v/erden kann» Koch ein anderes Ziel
der Erfindung besteht darin, eine üinheit für einen Kernreaktor
su schaffen, die wesentlich wirksamer arbeitet, als in bekannten Reaktoren verwendete Einheiten,
BAD ORIGINAL
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer
Kerneinheit« in der teilweise oder gans der erforderliche
Moderator um einen eentralen OpaltstoffkUhlaittelkanal herum
angeordnet enthalten ist. Bin anderes Ziel der Erfindung besteht
in der Schaffung einer Kerneinheit, in der ein zusätzlicher Schutzbehälter für das Kühlmittel und die Spaltprodukte in form
einer den Moderator umgebenden HUlIe vorgesehen ist. Bin anderes Ziel dieser £rfindun£ besteht darin, eine Kerneinheit au
schaffen» bei der die entfernung der Koderatorwärme mittels '
eines SekundärkUhlmittelsystems erfolgt, das von dem eentralen
Spaltetoffkahlmittelsystem.getrennt iet. Bin spezielles Ziel
der Erfindung besteht in der Schaffung eines gasförmigen lloderatorkUhlmittelsystems fUr eine Kerneinheit, wobei das
sekundäre Kühlmittel von dem primären LUhlmittelsyetem getrennt
ist· Ein anderes Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung von radialen Qohlitsen» Ringkanälen oder anderen Passagen in
den Moderatorteil einer Kerneinheit» die für den Durchfluss
eines «weiten SekundärkUhlmittels erforderlich Bind«
einem zentralen Kühlmittelkanal versehene Anordnung» mit der
es thermisch gekoppelt ist» angeordnet ist. Bin weiteres
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weise einer Isolation und einer Umhüllung um den Umfang oder die
Peripherie» die bewirkt, dass der uärraestrpa gegen das Innere der
KUhlmittelanorÖnung zu gefördert wird* Ein weiteres Ziel besteht ■
in der Schaff ung^ einer Stützkonstruktion für den Ilode rat or innerhalb der Umhüllung*\iSin anderee Ziel besteht darin, ein geeignetes.
Wärmegleiohgewicht innerhalb des Moderators durch Verwendung
eines aweiten KUhlmit^elsyatema zu oohaffen, daa im Wärmeauetaußch
mit der äusaeren Oberfläche der umhüllung steht« Ein
anderes Ziel ist» einen zusätzlichen Moderator auöserhalb des
zentralen zylindrischen Lcüerators anzuordnen, so dass der
Leerraum minimal ist, wenn mehrere solche .Uinheiten nebeneinander ■
angeordnet sind.
An Hand der figuren v/ird die ürfindun^: beispielawoiae näher
erläutert.
1 zeigt eine perspektivische Seitenansicht, teilweise
in querschnitt und teilweise in: ausschnitt, einer bevorzugten
^usfUhrun^uforin einer Einheit nach der Erfindung.
Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch den untersten Teil einer
ο bevorzugten Ausführun. nform der Einheit nach der ürfindun>~o
■*> Figur 3 zeigt einen Längsschnitt durch den oberen Tei-3 eine=-
3 bevorzugten Ausführungsfori:i der Einheit noch der Erfindung„
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BAD ORIGINAL
1 . ' ^ U39773
ρ-ιβι
Figur 4 lelgt einen Querschnitt durch den unteren Teil einer
Einheit, wobei die die Kanten bildenden Teile iü den mittleren
Uoderatorabsohnitt äer bevorzugten Ausführungeforsi dargestellt
sind. ; .
Figur 5 eeigt einen Läncosohnitt durch eine filr die Verwendung
in der bevoräugten AusfUhrungaform geeignete Spaltstoffanordnung.
Figur 6 $eigt in einer perspektivischen Ansicht., teilweise im
Ausschnitt! eine Vielzahl von Einheiten, dia aueamraen mit anderen
Konstruktionselementen einen Reaktor bilden.
Bei der praktischen Durchführung dei' Krfindutig wird zuerst
eine Spaltstoffanordnung geschaffen 9 dis eine im allgemeinen
längliche Konstruktion aufweist, in eile ei"! It iioh ge~
schloesener Kanal fest eingebaut ist, d«. h« sin 'iühlmittelkanal»
den das Kühlmittel durchatrömt, wahrer! ,,s sich im
wärmeaustausch befindet« Die Kona^ruktlonaaa :,sri ilien sollen
vorzugsweise einen niederen Absorptionsquerschnitt für
thermische Neutronen und hervorragende Lloderiarelgenschaften
besitzen. Wenn erforderlich, kann zusätzlich waiteree Moderator·
material in und um den Spaltstoff sowie den Küiilailttelkanal,
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wie bei be sannt er- ^rnsleiienttre* angeorcmai St/tn, Hs is*
klar* aasr- die ?or:;;. us: :i'«e Crooastris dt;/ fc?>-.J,.-?3toffa und
der Kä::.Ik:;n»le in ?.?:"i::\-zimg2gemti$sen Tor ad Hilden, wsi/ygefcsn-3
rar.tlsrt- ftera-·.·:*- -or^n" iur:l alle cliisf.1 ^^.rsctleaen^:!
δ<η.^€;.·· ;..£..· geoQietrischc:: .;üird:.;.,:;;;?on, dia :.;>-
sird a??,:·1· τ,Ιν ί,ί'ί
Tr; d ;r" . · ■ ..■ ie.rs..; :v■■ : ■; ";;:.:■;-^sior·
7 χ ~io":i in 7:
"oli 1Ja-" ϋ-.Λθί::·; ."-V-IIm"'7-;-"': el einströmt vol.
'« der Lan£ίsai.":;:■■ := ie^ :lchra3 verj ;iui"?n-
Vast an^florar];,'; sind. Oi-3 UpaltüuOii'-
äee- äu.;.i"i:".; Hohrne :7 Vi; vertikaler Ili-Jh-'Vung -iu^· :1er
hext 1. ;..?r ausgelegt π ,vrjdjüd In radialer XLiciiWr^ ist
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die aus Klihlmittelkanal und Spaltstoff bestehende Anordnung 12
von einem-massiven Teil.umgeben, der aue auaeen mit einer UmhUllung versehenen Moderatormaterial 19, wie e. B. Graphit,
besteht· Die Dicke dee Moderators hängt von dem Neutronenhaushalt der speziellen AuSfUhrungeform des Reaktors ab· Der
Moderator ist auseen von einer Reihe von Schlitzen, Rühren oder
einem äingkanal 21 umgeben, -der ütutzlamellen 22 besitzt« die
in Ii'ingsrichtung des Moderators verlaufen* und die für den
Durchgang von üekundärktihlmittel vorgesehen sind. Die einheit 11
kann ebenfalls wahlweise einen Heflektor 23 und eine Abschirmung
24 besitzen, die Uberhalb und unterhalb des Moderators 19 angeordnet und ein integraler Bestandteil desselben sind, oder
durch eine geeignete Stützkonstruktion an Ort und Stelle gehalten
werden.
Die erfindungsgemässe AuefUhrungsform der Einheit 11, die
dargestellt ist, ist natürlich nicht genau auf die Einzelheiten beschränkt, die aus der Zeichnung hervorgehen, sondern es können
zählreiche äquivalente Einrichtungen und Abänderungen getroffen werden, die in den Bereich der Erfindung fallen· Beispielsweise kann der irimärkUhlmittclstrom von unten nach oben gerade durchströmen und der Spaltstoff kann in diesem PrimärkUhlmittelstrom in irgend einer der verschiedenen Weisen angeordnet
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H39773 Ab
sein, die allgemein in mit Flüssigkeit gekühlten Kernreaktoren
jlblioh. sind· Die iiekundärkühlkanäle, die durch den Moderator
verlaufen, können in Form von radialen Schlitzen und als Ringstruktur
oder als ringförmige und geschlitzte Konstruktion vorliegen· Sie weitere Ausbildung des Reaktor kann mit der besonderen
Anordnung in der nachfolgend beschriebenen Weise kombiniert werden, wie es auch in Figur 1 dargestellt ist
und an Hand der bevorzugten Ausführungsform naoh der Erfindung
weiter unten ausführlich beochrieben wird, wodurch die zusätzlichen,
neuen und unerwarteten Ergebnisse erhalten werden« Sie Einzelheiten der. bevorzugten Ausftihrun£sform einer Einheit
nach der vorliegenden Erfindung, die für die Verwendung in einem Kurnreaktor konstruiert ist, gehen klarer aus den
Figuren 2 und 3 hervor. Die Einheit 11 besteht aus einer einen Kühlkanal und Spaltstoff enthaltenden Anordnung 12 mit einem
äusseren Behälterrohr 17, das in einem äusseren oberen, als Kragen 13 ausgebildeten Befestigungsflanch mündet.. Trägerstangen
31 sind durch den Flancb 32 durchcesehraubt und dienen
ebenfalls als Träger, um die Einrichtung 11, wie weiter unten beschrieben wird» anzuheben und zu entfernen. Das Rohr 17
besitzt überhalb des Kragens 13 einen integralen Fortsatz 33, in den ein mit dem Fortsatz fest verbundenes Zuführunirsrohr 34
mündet und der durch eine obere Kappe 36 dicht verschlossen ist«,
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mittlerer Abschnitt 37 des Zentralrohres 17 erstreckt sich nach unten zu dem eigentlichen Modul-Teil 38· in diesen Seil 38
des Rohres mündet ein fest mit diesem verbundenes AuBlassrohr 39«
Der Rohrfortsatz 33 und das Rohr 17 bilden eine kontinuierliche Bohre von der i.appe 36 bis zu dem Endverschluss 18, in die
nur das Einlassrohr 34 und das Auslasorohr 39 münden«
Der obere Teil 37 der Kühlmittelspaltstoffanordnung 12 ist
unterhalb des Kragens 13 im wesentlichen als eine doppelwandige Leitung ausgebildet, deren äussere Wandung das äussere Rohr 17
und deren innere Wandung das doppelwandige innere Rohr 46 (dus dem Rohr 14 in Figur 1 entspricht) bildet· Bus innere
Rohr 46 ist an seinem oberen ünde 47 mit einem Flanch versehen,
der an dem äueseren Rohr 17 ansteht, so dass ein Kanal
zwischen den Rohren 17 ^nd 46 gebildet wird. Auf der Oberseite
des Planches 47 ist ein Tragbügel 49 befestigt, um die ganze aus Rohr und Spaltstoff bestehende Einrichtung 51 herausziehen
zu können·
Kin Kittelabschnitt 56, der aus Kühlrohr und Spaltstoff bestehenden Anordnung 12, der, wenn die Anordnung in den
Reaktor eingesetzt ist, dem oberen abgeschirmten Teil desselben entspricht, ist mit äusseren und inneren Wandabschirmuhgen 57
bzwο 58 und mit einem mittleren Abschirmstopfen 59 versehen.
- 17 - I BAD ORIGINAL
909803/0.&03-
Ρ-181
Diese Seile werden in geeigneter weise aus zusamnengeschweiasten
Behältern hergestellt, die mit ötahlkugeln oder mit B^C-Granulat
gefüllt werden» Der stopfen 59 wird an der benachbarten inneren
Wand des Rö&res 46 mittels rippenförmiger Träger 61 aufgehängte
Sowohl der innere als auch der äussere Kanal 62 und. 48 erweitern
sich etwas nach aussen infolg® einer Erweiterung der ringförmigen
inneren Abschirmung 58 um den Stopfen 59 herum, ubj ein Ausströmen
der Heatrones zu verhindern* Die äussere V/aödabschirmung
57 ist längs des Stopfens 59 unterbrochene um eines 'zusätzliches
Saum für den Kanal 48 zu schaffen„
Die Spaltstoffanordnung 66 weist ein Innenrohr 46, das von
der inneren Abschirmung 58 eingeschlossen wird, und eine aus .
Spaltstoff und Reflektor bestehende Anordnung 67 auf« Diese
Anordnung 67 ist getrennt in.Figur 5 dargestellt, in der ein inneres oder zentrales Reflektorrohr 68, das aus Beryllium-Abschnitten
69 besteht, die von inneren und äussere» Zylindern 71 und 72 aus korrosionsbeständigem Stahl eingekapselt sind, gezeigt
ist« Die Zylinder 71 und 72 sind mit ihrem unteren Ende mit einem schweren Stahlring 73 und mit ihrem oberen Ende mittels
eines konischen Verbindungsstückes mit.dem inneren Rohr 46 verbunden.
Der Reflektor ist vorhanden, ura eine gleichförmigere Energieverteilung zu bev/irken, jedoch kann er, wenn erforderlich,
durch eine MetaUhülse ersetzt v/erden« Zapfen oder Rippen 74
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. BADORIGfNAL
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erstrecken sich in radialer Richtung von den oberen und unteren
äuBseren Oberflächen dee Reflektors 67 aus und dienen zur
Befestigung von Spaltstoffstangen 16. Die einzelnen Spaltetoffetangen 16 bestehen aus gebundenem Urankarbid, das sich in
korrosionsbeständigen Stahlhülsen befindet* Die Stangen 16
sind an zwei ringförmige Träger 80 angeschweisst, deren
Abmessungen so gewählt sind« dass die Stangen in enger Berührung mit dem Reflektorrohr 68 stehen· Die aus stangen und Haltern
bestehende Einrichtung wird dann abnehmbar mittels drei oder
mehreren Zapfen 75 an einem Ende des Reflektorrohrs 68 befestigt.
Als Alternativlösung können hierfür mechanische Befestigungseinriohtungen (nicht dargestellt) dienen.
In der bevorzugten Ausführunjsform nach der Erfindung besteht
der Moderator 19 aus einer zylindrischen Graphitciasee, äie
eng an das äussere KUhlrohr 17 angepasst ist· Der Graphit 19
ist auf der Fläche, die an das Rohr 17 angrenzt, nicht von einer Hülle umgeben und besteht im allgemeinen aus getrennten
Blöcken 81 odergetrennten Stücken, die eng aufeinanderpassen,
wobei Unterbrechungen oder Abstände 82 in radialen Abständen' vorgesehen sind, um eine Ausdehnung des Graphite 19 bei höheren
Temperaturen zu ermöglichen. Der Graphitmoderator 19 ist vorzugsweise auf seinen äussersten Ursfangsflächen und auf der
Ρ-18Ϊ
Bodenfläche mit einer Schicht einer Hochtemperatur beständigen
und langsame Neutronen absorbierenden Isolation 83, Wie ζ « B.
eine feuerbeständige keramische Faserschicht, umgeben, die unter
dem Namen Thermoflex von der Johns-IIanville üales Company erhältlich ist. Der isolierende Graphit .19 ist mit.einer Hülle 84, beispielsweise
aus Zircalloy umgeben, die ebenfalls.als konstruktive
Stütze für den Graphit dient und diesen gegen.das Rohr 17
2SU stützte Wahlweise können in radialer Richtung verlaufende
Rippen 86 auf der äusseren Oberfläche vorgesehen sein, um
die Wärmeaustauschfläche zu vergrö'seern. An den Ecken befindliche
Moderatorabschnitte 87 sind an 4 stellen im ^rIeic'amässigen Abstand
rund um die Umhüllung 84 mittels Trägern 88 festgehalten. Die Eokenabschnitte 87 bestehen vorzugsweise aus Graphit, der
nicht notwendigerweise umhüllt sein muss« Die üekstUcke 87
besitzen im allgemeinen einen dreieokförmigen Querschnitt, dessen innere Seite konvex gekrümmt ist, so d?es er sich
der Aussenflache des zylindrischen Graphitmoderators 19 anpasst.
Sie Zwischenräume 21 zwischen dem mittleren Moderator 19 und den Modöratoreckabschnittcn 87 sind in Längskanäle aufgeteilt,
in denen das sekundäre Kühlmittel, wie weiter unten beschrieben werden wird, strömte Sowohl der mittlere moderator
19 als auch die ückabechnitte 87 erstrecken sich sowohl über- .
halb als auch unterhalb der Horizontalebene der -Brennstoffelemente
16 um einen ündreflektor 23, der ein integraler Bestandteil des Moderators 19 ist, zu bilden«
- 20 -
BADORKSiNAL 909Θ03/0303
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Die bevorzugte Konstruktion des Moderators 19 der Einheit 11,
die nachfolgend beschrieben werden wird, kann natürlich etwas modifiziert werden. Hingegen sind die Konstruktionsmerkmale
mehr oder weniger, durch die Notwendigkeit, die Probleme, die durch die Anlage selbst entstehen, zu beherrschen, bestimmt.
Insbesondere ist der Graphitmoderator 19 in abschnitte aufgeteilt,
da bei Verwendung eines festen Stückes und bei den in Betracht gezogenen Temperaturschwankungen ein Zerbrechen des
Graphitmoderators zu erwarten wäre. Darüber hinaus würden, wenn
lediglich eine Natriumkühlung allein angewandt und das Sekundärkühlmittel weggelassen würde, nach Berechnungen, die maximale
Graphittemperatur von 3 870° C überschritten werden. lediglich etwas annehmbarere Temperaturen, jedoch noch zusätzliche Schwierigkeiten
werden in einer Anlage erhalten, in der die Regelstäbe entweder von innen oder von aussen gekühlt werden, da nur eine
kleine Menge der in dem Graphit erzeugten Wärme dadurch abgeführt wird. Eine erzwungene Strömung eines Sekundärkühlmittels durch
ι zahlreiche nicht umhüllte Graphitatücke würde infolge der unregelmäßalgen Abstände zu einer ungleichmässigen Temperatur-/erteilung
führen und da keine Umhüllung wegen des Kühlmittel- *f>
einlasses und »auslasses möglich wäre, würde der Graphit nicht
β dazu dienen, das Natrium im Fall eines Lecks aufzuhalten.
u> .Jin Wärmeverlust würde ebenfalls daraus resultieren,, dass
° der Graphit und das oekundärkühloittel die Wärme aus dem
2 Primärkühlmittel abführt.
«.21 -
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Aus diesen Ausführungen g&ht hervor, dass die optimalen Arbeitsbedingungen nur mit einer Ausführungsform nach der Erfindung
erhalten werden« Durch die Trennung des Primär- und Sekundärkühlmittelsystems
wird der direkte Y/ärmestrom von dem Primärzu dem Sekundärsystem vermieden und die Hüllen 84 hindern nicht
nur das Sekundärki.:hlmittel, sich der Spaltstoffkühlmittelanordnung
12 zu nähern, sondern halten ebenfalls das Primärkühlmittel
in dem Falle eines Bruches oder eines leckwerdens der Anordnung
aufβ Ein enger Haftsitz ist zwischen dem Graphitmoderator 19
und dem Rohr 17 erforderlich, so dass die innerhalb des Moderators erzeugte V/ärme veranlasst wird, leichter nach innen gegen
das Primärkühlmittelsystem zu und in dieses hinein zu strömen* was zur zusätzlichen Erwärmung, Wirtschaftlichkeit und «irkungsgradverbesserung
führt. Die Isolation 83 ist erforderlich, um die höchste Wirkung hinsichtlich der Wärmeförderung nach ihnen
zu erreichen, so dass nur so viel Wärme von dem Sekundärkühlmittel
entfernt v/erden muss, als ausreicht, um den Moderator auf einer vernünftigen Temperatur zu halten» Die Isolation 83 ermöglicht
darüber hinaus eine wesentlich geringere Arbeitstem-peratur
für das Sekundärkühlmittel, da die üekundärkühlmitteltemperatur und die Moderatortemperatur weitgehend voneinander unabhängig
sind*. Ein noch vollständigerer übergang der Moderatorwärme
nach innen wird in der Praxis dadurch verhindertP dass keine
nicht absorbierenden Iaolatoren zur Verfügung stehen, die
Temperaturen über 1 370° C aushalten.
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Vom Standpunkt der Moderatorkühlung wäre es wünschenswert, den
ganzen Graphit, der sich nicht innerhalb des Zircalloy-Behältere
befindet» zu entfernen. Die Hohlräume, die dadurch entstehen, müssen jedoch aufgefüllt werden, und welches Material auch
- lh
immer verwendet wird, erzeugt es in diesen Hohlräumen Wärme,
''/erden die Elemente viereckig ausgebildet und die au'sserhalb
befindlichen Graphitteile in die Zircalloy-Hülle eingebracht,
würde das die Situation nicht verbessern, da es wünschenswert
ist, die äusseren Teile der vorliegenden Ausfülirungsform bis
nahezu an die maximale Temperatur zu belasten. Dies würde nicht möglich sein, wenn die Ecken auf der maximal möglichen Temperatur
gehalten werden.
Bei der bevorzugten AusfUhrungsform ist eine ringförmige,
vierkantige Hasse aus abschirmendem Material 24, das von langen öekundärkühlmittelpassagen 101 durchzogen ist,
im Abstand Über dem Moderator 19 auf der Einheit 11 angeordnet. Der Raum 102 zwischen dem Moderator und der Abschirmung
24 bildet einen Verteiler für das Sekundärkühlmittel·
Rillen 106 erstrecken sich über die gesamte Länge jedes der Möderatoreckstücke, um Platz zum Durchtritt für
Regelstäbe mit kreuzförmigem Querschnitt zu schaffen, die
Φ in der dargestellten AusfUhrungsform gezeigt sind. Ein
Cb ■ '
ο äusserer, unterer Tragrand 107 ist ebenfalle vorgesehen, der
"^ sich nach unten von den Moderatoreckstücken 87 aus erstreckt,
** um einen unteren üekundärlcUhlabschnitt 108 zu bilden.
- 23 - * BAD ORiGINAt
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Eine Reektorausfllhrungeform, in der eine Yielzahl von Einheiten
angeordnet slßd, iet in Figur 6 dargestellt» Die eineeinen
Elemente 11 sind in einem Gesenk oder einem anderen Behälter#
wie allgemein durch die mit dem Bezugsseiehen 111 bezeichneten
Wandungen angedeutet wird» aufgehängt, Um einen überblick über
die Grosse zu geben, sei gesagt, dass in einer typischen Anordnung
3? Kerneleicente angeordnet sind, die einen 8-ecklgen
Kern von 556,14 cm Durchmesser bilden. Die Kerneinheiten sind mittels einer laechanioc'ien Befestigung an den Stützkrägen
13» '"ie oben beschrieben wurde, aufgehängte Dadurch
wird ermöglicht, dass der Boden der Karneinheit sich, entsprechend den Temperaturunterschieden, die über einem SekundärkUhlplenum
(nicht dargestellt) auftreten, ausdehnen oder zurückziehen
kann» Unter den Kernelementen ist kein Reflektor erforderlich. Hingegen werden die Elemente 11 an ihrem Um·»
fang von einem Reflektor 112 umgeben, der wiederum von einer wärmeabschirmung 113 umgeben ist, die Passagen 114# durch
die das üekundfirkühlraittGl in das untere Plenum strömt, besitzte
Jiine biologische Abschirmung 116 ist ausr.erhalb der thermischen
Abschirmung 113 und auf dem Boden des Behälters (nicht dargestellt)
vorgesehen. Die obere Abschlusuplatte 117 liegt auf dem
Absatz 118 der biologischen Abschirmung auf und ist im abstand
über den Abschirmungen 24 der Einheiten angeordnet, wodurch ein ·
- 24 BAD ORIGINAL
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oberes Plenum 119 t\\x daa ä'ekundärkUhlmittel geschaffen wird,
das durob den Auslass Ί21 austritt. Sie obere AbechiuBeplatte 117
wird von Öffnungen 122 für die Regelstäbe durchdrungen. In diesen
öffnungen gleiten normalerweise Regeletäbe 123, die von einem !
verstellbaren IXeohanismue herabhängen· Die Einlass·» und
AuelasBverteiler 124 bzw. 126, die mit den Einheiten 11 Über
die Einlass- und Auelasaleitungen 34 und 39 verbunden sind, '
sind an einen Wärmeaustauscher angeschlossen, der keinen Teil dieser Erfindung bildet* BalgfOrmige Expansions verbindungein 127
sind in den Einlass- und Auelassl^ltungen zwischen benachbarten
Elementen! vorgesehen, um die von diesen Elementen ausgehenden
Spannungen, die auf die Rohre Übertragen werden/ zu llliDlnleren
und um auvermeiden, dass die Rohrleitungen stark befestigt sind,
so dass eine Ausdehnung derselben ermöglicht wird. Die PtSb&tkühlmittelverteiler sind die einsigen Verbindungen zwischen
den Kerneinheiten. Jede Einheit ist jedoch einsein mittels Stangen 51 aufgehängt, die sie mit der 2eoke 128 verbinden.
(Andere Aufhängungen können vorgesehen sein odei als Ersäts: dienen.
Eine Deckenschiene 129 und ein Kran (nicht dargestellt) let
in den Behälterräum Uberhalb des Kerns vorgesehen, um die
Y/iederbesohiokung mit Brennstoff und/oder den Ersatz der Elemente
au erleichtern.
- 25 -BAD ORIGINAL
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Im Gebrauch und im Betrieb der Kerneinheit nach der vorliegenden
Erfindung in einem Kernreaktor werden die Einheiten ohne die Spaltstoffanordnungen installiert. Bei Anwesenheit der Regelstäbe
und/oder anderer üblicher öicherheitsmasanahmen werden
die .Einheiten mit den Spaltstoffanordnungen 66 beladen, indem
die oberen Kappen 36 entfernt und die inneren röhrenförmigen Spaltstoffanordnungen 51 mittels der Aufhänger 49 an Ort und
Stelle abgesenkt werden. Die Deckel 36 werden dann verschlossen und
das Anlaufen des Reaktors geht in üblicher Weise vor sich nachdem zuerst der Primär- und Sekundärkühlstrom eingeschaltet
wurde« Vorzugsweise wird flüssiges Natrium als Primärkühlmittel
verwendet. Es können auch andere Flüssigkeiten bei gleichseitiger Einstellung der Reaktorparameter in geeigneter
V/eise als Ersatz dienen. Stickstoff ist dao bevorzugte
gasförmige Sekundärkühlmittel bei Verwendung von Graphitmoderator,
da dieses nicht mit dem Graphit reagiert und in bezug" auf andere Materialien und Bedingungen relativ stabil und darüber hinaus
billig ist» Ee können jedoch auch andere G_se, wie z. B. Helium,
und sogar luft verwendet werden. Mit in bestimmter v/eise modifizierten
Anlagen können ebenfalls flüssige organische Moderatoren verwendet werden. Das Primärkühlmittel läuft durch
Wärmeaustauscher in der üblichen V/eise um, um die Wärme zu gewinnen. Das Sefcundärkühlmittel ^$?d,iUB$e^ Druck eingeleitet
und strömt ebenfalls im Kreis. Eine Reinigungs- und Aufberei-
- 26 - BAD ORIGINAL
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tungastufe kann, wenn erforderlich, eingefügt werden, hingegen
wird die von dem Stickstoff aufgenommene Wärme lediglich durch
Ventilieren aus dem Wärmeaustauscher abgezogen, d. h. mit Gebläsen,
da die Temperatur und der Gesamtwärnegehalt eine Gewinnung vom
praktischen Standpunkt nicht rechtfertigen.
Der Hatriumkr.eislauf, der in den Figuren 1-6 dargestellten
Einheiten ist folgender: Das frische oder gekühlte Natrium
wird von der Y/firmeaustaugchetation (nicht dargestellt) «u dem
üinlaseverteiler 124 gepumpt. Von diesem strömt es nach und nach
zu der Einlassleitung 34, dem inneren Kanal 62, dem Kndraum 18
und von hier nach oben im Kontakt mit Spaltstoffelementen 16,
wo es die Wärme aufnimmt. Das erhitzte Natrium strömt dann durch den äusseren Kanal 48 zr der Auslassleitung 39, dem Auslaseverteiler 126 und flieset von da in die Wärmeaustauscher·
Der Stickstoffkühlmittelkreislauf beginnt bei einer Behälteroder Austauschetation (nicht dargestellt), von der aus so viel
Stickstoff, wie erforderlich ist, durch die Leitung 114 in der thermischen Abschirmung 113 zu dem Einlassplenum (nicht dargestellt) am Grunde dec Kerns geleitet wird. Der Stickstoff
strömt dann nach oben durch die Verteiler 108 der Kerneinheiten, durch die Ringkanäle 21 in den Elementen 11 zu dem oberen
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Verteiler 102a Hierauf strömt der ütickstoff nach aussen durch
die in der Abschirmung befindlichen Schlitze 101 zu dem Plenum
119 unterhalb 'der abdeckplatte 117 des Reaktors und aus der
Leitung 121 aus zu der Wärmeaustauschstation (nicht dargestellt)« Da das untere Plenum des Kernes überhaupt nicht gegen die
einzelnen Kerneinheiten abgedichtet ist, kann der stickstoff ebenfalls frei zwischen den Einheiten 11 durchströmen und
die Regelstäbe 123 sowie die Aussenflachen der Einheiten kühlen.
Es iat nicht nötig, die Abdeckplatte des Reaktors besonders abzudichten, da bei der bevorzugten Ausführungsform nach der
Erfindung in dem gesamten Behälterraum des Kerns eine Dtickstoffatmosphäre
vorgesehen ist* Der Ütickstoffdruck in dem
Behälter wird über den Druck der in öen iiinheiten herrscht,
gehalten, um die Kernoberfläche auf einer niedereren Temperatür
zu halten, als der ütickstofftemperatur, die in den Kerneinheiten
herrscht»
Um die einzelnen Kerneinheiten wieder mit Brennstoff zu beschicken, wird der Reaktor für eine Zeit,die hinreichend
ist, um die latente Wärme zu en-.fernen, abgeschaltet und der
to Natriurastrom weitgehend vermindert oder gänzlich nestoppt» Bei
ο
^ der bevorzugten Ausführun^sforra nach der isrfindung
t^ wird der gesamte Keaktorbehälter oder der gesamte Zellenraum
ο mit inertem Gas abgeschirmt, so dass keine weiteren Vorsichts-ο
~ 28 ~
BAD ORIGINAl.
BAD ORIGINAl.
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massnahmen notwendig sind, um eine Oxydation zu vermeiden.'
ICa können jedoch auch übliche Spaltstofftransportbehälter, in
denen eine inerte Atmosphäre herrscht, für die Wiederbeschickung der Elemente mit Brennstoff geeignet sein. Der Deckel
36 wird hierauf entfernt und die gesamte innere, aus Rohr und
Spaltstoff bestehende Anordnung 51 jeder einzelnen Einheit 11 an dem Aufhänger 49 herausgezogen und zu einem Sammelbehälter
gebracht. In gleicher »«eise wird eine neue Einheit 51 an Ort und Stelle abgesenkt und der Deckel 36 wieder geschlossen. Einzelne
Spaltstof!stangeη 16 können aus den Anordnungen 51 nach einer
hinreichend langen Abkühlzeit entfernt werden, wie es in der Reaktortechnik üblich ist.
Wenn es erforderlich ist, eine ganze Einheit zu ersetzen, d. ho
wenn eine Leckstelle aufgetreten ist, wird der Reaktor abgeschaltet und der Spaltstoff aus dem gesamten Reaktor herausgenommen,
um die Strahlungsgefahren zu verringern« Dem Natrium
wird ermöglicht zu erstarren. Die ballförmigen Verbindungen
der Natrium-Einlass- und Auslassleitungen der Einheit werden dann abgeschnitten. Venn keine Vorkehrungen in der Abdeckplatte
das Reaktors getroffen wurden, UD1 die einzelnen Einheiten her-
^ ausziehen zu können, ist es notwendig, eine Öffnung in die ütahl-
ο» „).i.ai;te einzuschneiden· Die schadhafte Einheit wird dann ersetzt
ο '
**> und die Deckplatte sowie die Einlass- und Auslaesleitungen werden
° v/ieder zusammengoschweisst. Danach kann der Reaktor wiederum
ο ■
to in Betrieb genommen werden.
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Nachfolgend werden die Daten eines *ieaktorspaltstof !'elements
und des aus solchen Ul eine η te η zusammengesetzten Reaktorkerns
wiedergegeben!
30 -
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εοεο/εοβ6θ6
Spaltetoffzusammensetzung S palt st offumhüllung
Abmessungen der Spaltstoffstäbe Spaltstoffstäbe pro Einheit Spaltetoffkanalmoderator
Abmessungen der Spaltstoffstäbe Spaltstoffstäbe pro Einheit Spaltetoffkanalmoderator
93 i» angereichertes 2
Type 347 SS 0,0254 cm stark
2,032 cm Durchmesser χ 365,76 cm
36
Type 347 SS 0,0254 cm stark
2,032 cm Durchmesser χ 365,76 cm
36
4,11 cm Be-HUlIe mit 0,020 SS
innen und 0,010 Su aussen
innen und 0,010 Su aussen
enriched 2 0,010 in. Type 347 Sü
0.8 in.dia.χ 12 ft. 36
1.62 in. Be clad with 0*020 US inside and
0.010 öS outside
Abmessungen der Kühlmittelspalt· stoffanordnung
Moderatorzusammensetzung Moderatorauskleidung-Isolation
Breite und Länge der Einheit
Zusammensetzung der Moderatorumhüllung
Länge des Moderators
Länge des Abechirmblooke Weite des ringförmigen Kanals für das Sekundärkuhlmittel
Länge des Abechirmblooke Weite des ringförmigen Kanals für das Sekundärkuhlmittel
27.94 cm Durchmesser χ
792,48 cm
792,48 cm
Graphit
feuerbeständige keramische Faser
0,508 - 1,524 cm dick
0,508 - 1,524 cm dick
72.95 cn χ 853,44 cm
Zircalloy 2 (0,254 und 0,0762 cm)
Zircalloy 2 (0,254 und 0,0762 cm)
365,76 cm
182,88 ca
182,88 ca
etwa 1,27 cm
11 in. dia. x 26 ft.
Graphite
Refractory ceramic fiber 0.2 - 0.6 in. thick
28.72 in. χ 26 ft.
Zircalloy 2(0.1 & 0.030 in)
12 ft - 0 in. 6 ft - 0 in.
0.5 in. approx. co
ε οεο/εοββοΒ
Spaltstoff
Speltstoffumhüllung, üS
öpaltstoffmoderatbr, BE
Umhüllung der Einheit, Zircalloy 2
Moderator der ü-inheit, Graphit
Reflektor, Umfang ./irksaaier Kerndurchmeseer
der Einheiten pro Kern nordnung
Primärkühlrait iel üekundärktihlmittel
Deutschs Hesazahlen
9i>8 kg
229,6
596 kg
ti 56? kg
159,1
etwa. 61 es dick 563,9 cm Durchmesser 365,8 cm länge
etwa. 61 es dick 563,9 cm Durchmesser 365,8 cm länge
im quadratischen Gitter mit Abständen
von 76,.Ti cm
Natrium
Stickstoff
Stickstoff
CO
44,000 Ibο
7,580 Ib*
14,100 Ib0
25,500 Ib0
4,760 Ib. 2 ft. thick (approx)
18,3 ft. dia·'x 12 ft- long
Square spacing on 30 in centers; Hows of 3, 5, 7, 7, 7, 5, 3 modules
Sodium Nitrogen
Werte für
den
Wärmeübergang innerhalb des Kerna
Maximale Energie, die pro Einheit· durch das Natrium
abgeführt wird
Durchschnittliche Energie, die pro .Einheit durch das
Natrium abgeführt wird 000 TKW
650 TO
18,00 TKw
14,650 TKw
εοεο/εοθ6θ6
Verhältnis der Temperatur dee einströmenden Natriums
zu der des ausströmenden
Maximaler Natriumdurohfluss
pro Einheit /
Gesamte vom Stielest off abgeführte Wärme
Verhältnis der Temperatur dec einströmenden Stickstoffs zum
ausströmenden
Spaltstoffoberfläche pro Einheit
Maximaler »/armefluss
Durchschnittlicher Wärmefluss
Natrium-Strömungsgeschwindigkeit Maximale Temperatur in der Mitte Maximale Temperatur der Umhüllung
Druckabfall durch den Spaltstoff
Andere Daten
Regelstäbe
426,67° 0/565,56° O 37,013 x 104 kg/Stunde
16 560 TKW
93,89° 0/396,11° C
448,2 da
44 700
44 700
h dar
goo
798,57 cm/sec. 1 810° C
600*57° C 1,42 at
600*57° C 1,42 at
16 Stäbe in Kreuzform, 20,32 cm, von oben bis unten Bor-Stahl
800°P/1050°? 81.6x14**
16,560 TKw 201°P/745°P (max)
91.3 ft2 1,644tOOOBTU/hr/
ft2 . ■ . .: 548,000BTU/hr/ft2
26.2 ft/sec 3,29O0P
1,1130F-20.2 psi
1,1130F-20.2 psi
16 crucifrom
blades, 8 in. tip-to-toe, boron steel
Claims (1)
- Patentanspruch.®^fBB^fcselement für einen Kern eines Kernreaktors, gekennzeichnet durch einen massiven Moderator^ durch einen Kanal für ein primäres Kühlmittel, der diesen Moderator mit geringem Spielraum durchdringt 9 und durch ein ReaktorumMilXungsinaterialj mit dem das lussere des Moderators umhüllt ist, wobei die Umhüllung mit dem Kanal für das Primärkühlmittelverbunden ist9 um den Moderator fest s.u stutzen2 a Einheitselement für den Kern eines Kernreaktors „ze&etraet durch einen massiven Moderator, einen Kanal für ein Primärklihlmittel, der den Moderator mit engem Spielraua durchdringt» durch eine Spaltstoffanordnung, die starr In dem Kanal für das Primärkiihlmittel angeordnet ist, durch eine Hülle, die den Moderator umgibt, wobei die Hülle mit dem Primärkühlkanal verbunden ist, um den Moderator fest ZSU stützen, durch zusätzliches. Moderatormaterial, das im Abstand von dieser Umhüllung angeordnet ist, durch das Passagen für ein Sekundärkühlmittel ausserhalb der Umhüllung, und durch Einrichtungen, um das zusätzliche Moderatormate» rial auf dem Moderator zu befestigen und zu stützen«= 34 -·- 909SQ3/0303 ,... ,P-1813' Einheitselement für den Kern eines Kernreaktors, gekennzeichnet durch einen längegestreckten zylindrischen Moderator, durch einen Kanal für das Primärkühlmittel, der. durch den längsgestreckten zylindrischen Moderator längs dessen Achse ,und mit geringem Spielraum den Moderator durchdringt, durch eine Spaltstoffanordnung die fest innerhalb dea Kanal für das Primaxkühlmittel angeordnet ist, durch eine umhüllung, die die zylindrische i.ioderatorf lache von-aussen umgibt, wobei die Umhüllung mit dem Kanal fUr das Primärkühlmittel fest verbunden ist, um den Moderator fest zu stützen, durch zusätzliches Moderatormaterial, das im Abstand längs des zylindrischen Moderators angeordnet ist, um so eine Passage für ein Sekundärkühlmittel längs der äusseren zylindrischen Umhüllungeoberflache zu bilden, wobei das zusätzliche Hoderatoroaterial so ausgebildet ist, dass es längs des zylin- drischen Moderators Kanten bildet, und durch Einrichtungen, um dieses zusätzliche Moderatormaterial auf dem zylindrischen Moderator zu befestigen und zu halten.4ο Einheitselement für den Kern eines Kernreaktors, gekenn-CD zeichnet durch einen längsgestreckten zylindrischen Mode-ο<° rator, durch einen Kanal flir ein Primärkühlmittel, der CDdiesen längsgestreckten zylindrischen Moderator längs dessen ο »Achse und mit einer geringen Toleranz durchdringt, durch eine~ 35 « BAD ORfQiNAL36 «39773Spaltstoffanordnung* die"fest innerhalb dieses Kühlmittelkana^s angeordnet ist, durch eine hochtemperaturbeständige Wärmeisolation, die 'einen geringen Neutronenabsorptionsquerschnitt, besitzt i und die in Form einer dünnen Schicht rund um die äussere Oberfläche des zylindrischen Moderators angeordnet ist» durch ein Umhüllungsraaterial, das eng um die Wärmeisolation* auf der äusseren Koderatoroberfläche angeordnet ist, wobei die Umhüllung mit dem Primärkühlmittel=· kanal verbunden ist, um den Koderator fest zu stützen, durch zusätzlichen Moderators der im Abstand längs dem zylindrischen Moderator angeordnet ist, so dass Passagen für ein.sekundäres Kühlmittel längs der äusseren Urahüllungsoberfläche entstehen, und v/obei der zusätzliche üoäerator so geformt ist, dass er längsgestreckte Ecken für den zylindrischen Iloderator bildet, und durch Einrichtungen, um diesen zusätzlichen Moderator auf dem zylindrischen Moderator zu befestigen und zu halten·« Einheit Bf-O erne nt nach" Anspruch 1r daäurch gekennzeichnet,, dass der zusätzliche Lioderator aus einem Stür-Ic besteht und einen aylindrifK-ken Hohli'aum besitzir der etwfcs grosser, als der Kylindrischs IJröerator isto909S03/0303 BAD ORIGINALH39773-Ρ-1816« Einheitselement nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Modeapator aus vier Teilen besteht, von- tlffffen Jeder einen Querschnitt besitzt, der sich über ein Segment des zylindrischen Moderators von weniger als 90° erstreckt, und dass'die innere Oberfläche jedes 3?eils geeignet ist, eine Kühlpittelpa^sage von gleichförmiger Breite zu bilden.7. Einheitselement für den Kern eines Kernreaktors, gekenn-, zeichnet durch einen längsgestreckten Graphitzylinder, der eine axiale Bphrung aufweist, die sich durch diesen Zylinder von einem Ende desselben zum anderen erstreckt, durch ein Kühlmittelrohr, das als konzentrisches an den.Enden geschlossener Zylinder ausgebildet ist, der sich teilweise in diese Bohrung des Graphitzylinders mit engen !Toleranzen hineinerstreckt, wobei das Kühlmittelrohr Einrichtungen aufweist, um Spaltstoffmaterial innerhalb desselben festzuhalten, und einen Kühlmitteleinlass sowie einen Ktihlmittelauslass ausserhalb dieses GraphitZylinders besitzt, durch eine Schicht aus wärmeisolierendem Material, die einen niederen Absorptionsquerechnitt für thermische Neutronen besitzt und die um das £ussere dieses Graphitzylindeis gewickelt ist, durch eine Umhüllung, die mit geringem Spiel dieses wärmeisolierende Material umgibt,- undBAD ORIGINAL1. ■■ - 37 -die mit dem Kanal für das. Primärkühlmittel fest verbunden ist* um eine feste Stütze für das lioderatormaterial zu biläerti, .durch vier langsgestreckte Moderatorteile mit etwa dreieckigem Querschnitt, die" im Abstand von dem Zylinder angeordnet sind* um vier Ecken desselben mit längsgestreck ten! Kanten und Passagen für ein Sekundärkühlmittel längs der Umhüllung zu bilden, und durch Einrichtungen, um diese vier Moderatorteile auf dem zylindrischen Moderator zu befestigen und zu halten.Β» SiBheitselement für den Kern eines Kernreaktors s, gzeichnet durch einen längsgestx'eclrien Zylinder aus aneinandergrenzenden Graphitblöeken, dar eine axiale Bohrung, die sich teilweise durch diesen Zylinder von einem Eηdu aus 'erstreckt, durch ein äusssres Kühlmittelrohr, das. ciurch die Bohrung dieses Gmphitzylinders mit engen Toleranzen hindurcht;efü.hrt ist» wobei das aus sere Rohrende geschlossen i--"?t, durch ein entfernbares inneres Kühlmittelrohr und eine Spaltstoffanordnung, die Innerhalb des äiisseren -Rohres "and im Abstand au diesem angeordnet ist, wobei die Anordnung der Rohre ο geeignet ist, um eine Zwangsströmung eines flüssigen Kühl-D' mittels innerhalb deti inneren Rohres un£ eine .Entfernung %- dieses Kühlmittels aus dem äusseren Ro hi* zu bewirken, ciurchί - \ Ajt bine -.Schicht aus wärmeisolierendem Material mit niederem" 38 "* BAD ORiÖINÄLH39773 3?P-181Absorptionsquerschnitt für thermische Neutronen, die wenig-» stens um einen Teil der äusseren zylindrischen Oberfläche angeordnet ist, durch ein Umhüllungsmaterial, das mit gerinpiel den Graphitzylinder und die Isolation wenige stens um die Seiten und den Boden derselben umgibt» und das mit dem Kanal fUr das Primärkühlmittel verbunden ist» um eine feste Stutze für den Moderator zu bilden, durch vier längsgestreckte Moderatorteile mit allgemein dreieckigem querschnitt, die im Abstand von diesem Zylinder angeordnet sind, um vier Ecken desselben mit längegestreckten Kanten zu bilden, und um Fassagen für ein zweites Kühlmittel von gleichförmiger Breite l-ängs der Umhüllung zu bilden, und durch Einrichtungen, um diese vier Moderatorteile auf dem zylindrischen Moderator zu befestigen und zu halten.9ο Einheitselement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Spaltstoffmaterial in der Kühlanordnung längs der Längsachse des Graphitmoderators anceordnet ist.1Oo Einheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolatormaterial eine Watte aus keramischen Fasern ist, die geringe paraphitäre Neutroneneinfangseigenschaften besitzt«!'ο Einheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das909803/0303- 39 BAD ORIGINALabschirmende Material oberhalb des Graphitzylinders mit dem äueseren Bohr für das Kühlmittel verbunden und im Abstand zu diesem angeordnet ist/ wobei die Abschirmung in Längsrichtung des Moderators mit Stützen versehen ist, ura Passagen für da.s sekundäre Kühlmittel zu bilden·12. Einheit nach Anspruch 8» dadurch gekennzeichnet,-dass die äusseren Ecken der vier längsgestreckten Hoderatorteile : längs ihren Kanten mit Rillen versehen sind, um Öffnungen zum Einsetzen von Regelstäben und zum Durchströmen von Sekundärkühlmittel zu bilden.13ο Natriumgekühlter, graphitmoderierter Kernreaktor, der eine Vielzahl von unabhängigen Brennstoffelementeinheiten besitzt, in denen das darin enthaltene spaltbare Material durch die zwangsweise Zirkulation voll flüssigen Metall durch jeäe Einheit gekühlt wird, gekennzeichnet durch einen Reaktorbehälter, der ein unteres Plenum für das gasförmige Sekundär kühlmittel aufweist, durch eine Vielzahl von Spaltstoffelementen nit im allgemeinen quadratischen Querschnitt und mit Rillen versehenen Kanten, die aneinandergrenzend angeordnet sind, wobei diese Elemente in dem Roaktorgefäss aufgehängt sind, und ;jede dieser Einheiten einen längsgestreckt-n Zylinder aus aufeinandergeschichteten Graphit-~ 40 -909903/0303
BAD ORIGiNAtH39773P-181blÖQken besitzt, und der ganze Zylinder einen Durchmesser von etwa 76,2. .cm aufweist, und eine innere koaxiale Bohrung von etwa 30,5 cm Durchmesser hat, die sich von seinem oberen Ende bis et^a 3/4 der länge des GraphitZylinders nach unten in diesen hinein erstreckt, durch ein äuseeres Hohr für das Natriumkühlmittel, das sich durch diese Bohrung in den Graphitzylinder mit engen Toleranzen hinein*- erstreokt, wobei das äussere Rohrende innerhalb dieser Bohrung geschlossen ist, durch ein auswechselbares inneres Kühleittelrohr und eine Spaltstoffanordnung, die innerhalb des aussereη Rohres und im Abstand von diesem angeordnet ist, wobei der Spaltstoff den meisten Teil der Mitte dieses Rohres einnimmt, und wobei die Anordnung der Rohre geeignet ist, um eine Zwangsströmung des flüssigen Natriums in das innere Rohr hinein und aus dem ausseren Rohr heraus zu bewirken, durch eine Schicht von wärmeisolierendem Material Mit niederem Absorptionsquerschnitt für thermische Neutronen, das um die Aussenseite und den Boden des Graphitzylinders angeordnet ist, durch ein Kernreaktorumhüllungematerial, das die Aussenseite und den Boden der: Graphit-Zylinders .mit geringem Spiel umgibt, und das mit dem Primärkühlmittelkanal verbunden ist« um eine feste Stütze für das Moderatormaterial zu bilden, durch vier längsgestreckteBADMofleratorteile mit im allgemeinen dreieckigen Querschnitt, die im Abstand von diesem Zylinder angeordnet sind, um vier iäckerTcfesselben ijiit längsgestreckten Kanten und Passagen für das sekundäre Kühlmittel von gleichmässiger Breite längs dieser Umhüllung zu bilden, wobei die Län^skanten Rillen aufweisen, durch Einrichtungen, um die Moderatorteile auf dem zylindrischen Moderator zu befestigen und zu stutzen, durch einen Block von in Querrichtung geschlitztem, abschirmendem Material mit einer.axialen Bohrung, der sich im Abstand oberhalb dem Graphit befindet, v/obei dieser Block Kanten besitzt, die koplanar mit den Seiten dieser äusseren Graphitecken ist, und wobei die Kühlraittelleitung durch diese Bohrung führt und fest mit dem abschirmenden Block verbunden ist, und wobei die Schlitze Passagen für das Kühlgas bilden, und durch ein oberes Plenum überhalb der Vielzahl von Kerneinheiten, in dem das Kühlgas gesammelt und aus dem es abgezogen wird.42 9QSSQ3703G3BAD OBIGiNAt.
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