DE1439773A1 - Einheit fuer den aktiven Kern eines Kernreaktors - Google Patents

Description

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DR..»NG, WAITER ABITZ

25. Auguit 19*1

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UHITBD 3TATBU ATOMIO EHBEuY CGULH &J 10* Oereantown, Maryland, V. St, A.

einheit für den aktiven Kern einea Kernreaktor«

Die Erfindung betrifft im allgemeinen Einheiteelemente

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

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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.

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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

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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.

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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

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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

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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

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Q inneren ümfangsflache mit einer Anordnung gekoppelt, die ein

\ PrinärkUhlmittelrohr und den Spaltstoff aufweisen. Eine Umhüllung

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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-

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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,

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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«

Ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin» eine Kerneinheit EU schaffen» in der das lioderatormaterial um eine mit

einem zentralen Kühlmittelkanal versehene Anordnung» mit der

es thermisch gekoppelt ist» angeordnet ist. Bin weiteres

Ziel besteht in der Erstellung einer Konetruktion» wie beiepiels-

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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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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 :.;>-

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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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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.

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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 unterbrochen_e 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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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

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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«

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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.

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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 verhindert_P 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.

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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 ·

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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.

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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-

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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

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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!

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εοεο/εοβ6θ6

Parameter der Kerneinheit

Spaltetoffzusammensetzung S palt st offumhüllung
Abmessungen der Spaltstoffstäbe Spaltstoffstäbe pro Einheit Spaltetoffkanalmoderator

Deutsche Messzahlen

93 i» angereichertes ₂
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

U. ft. Messzahlen °?

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

27.94 cm Durchmesser χ
792,48 cm

Graphit

feuerbeständige keramische Faser
0,508 - 1,524 cm dick

72.95 cn χ 853,44 cm
Zircalloy 2 (0,254 und 0,0762 cm)

365,76 cm
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

Parameter des Kerne

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

im quadratischen Gitter mit Abständen von 76,.Ti cm

Natrium
Stickstoff

CO

U^S. Messzahlen

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

Deutsche Messzahlen

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

h dar

goo

798,57 cm/sec. 1 810° C
600*57° C 1,42 at

16 Stäbe in Kreuzform, 20,32 cm, von oben bis unten Bor-Stahl

U/S. Messzahlen

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

16 crucifrom blades, 8 in. tip-to-toe, boron steel

Claims (1)

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 stutzen

   2 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 ,... ,

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   3' 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 CD

   diesen längsgestreckten zylindrischen Moderator längs dessen ο »Achse und mit einer geringen Toleranz durchdringt, durch eine

   ~ 35 « BAD ORfQiNAL

   36 «39773

   Spaltstoffanordnung* 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 Moderator_s 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 1_r daäurch gekennzeichnet,, dass der zusätzliche Lioderator aus einem Stür-Ic besteht und einen aylindrifK-ken Hohli'aum besitzi_r der etwfcs grosser, als der Kylindrischs IJröerator ist_o

   909S03/0303 BAD ORIGINAL

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   6« 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,- und

   BAD 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, g

   zeichnet 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 hindurch_t;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, ciurch

   ί - \ A

   jt bine -.Schicht aus wärmeisolierendem Material mit niederem

   " ³⁸ "* BAD ORiÖINÄL

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   Absorptionsquerschnitt 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 das

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   abschirmende 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-

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   BAD ORIGiNAt

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   blÖQken 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 längsgestreckte

   BAD

   Mofleratorteile 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.

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   BAD OBIGiNAt.