DE1564986A1 - Stroemungsmittelgekuehlter Kernreaktor - Google Patents

Description

PATENTANWALT - 1564980

DIPL-ING. ERICH SCHUBERT τ^,νηΙΜ■

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Abs.: Patentanwalt Dipl.-Ing. SCHUBERT, 59 Siegen, Eiserner Straße 227 Filialen Siegen u. Oberhausen (RhId.)

Postfach 325

66 079 Fl/da

2« August 1966

United Kingdom Atomic Energy Authority, 11 ,-Charles·, II Street, Iiondon., SW1, E η g 1 an d

j?ür diese Anmeldung wird die Priorität aus der "britisohen Patentanmeldung Nr₀. 33491/65 vom 5» August 1965 beansprucht*

Stromungsmitte!gekühlter Kernreaktor

Die Erfindung bezieht sich auf Kernreaktoren₆

Insbesondere betrifft die Erfindung Kernreaktoren der sogenannten Kiesbettart /pebble-bed type/, doh* solche, bei welchen der Kern aus einer Aggregation bzw» Anhäufung von hitζebestandigen bzw* schwer schmelzbaren spaltbaren Gor- bzw* Kernkörpern besteht. Bei einem Reaktor dieser Art wird die Aggregation bzw« Anhäufung durch eine Grundplatte gehalten und durch ein durch diese hindurch geleitetes strömungsfähiges Medium, gekühlt* Wenn

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das Medium oder Strömungsmittel durch die Aggregation aufwärts geleitet wird, können die Kernkörper leicht von dem Medium hochgehoben bzw» hochgespült werden, und wenn die Kernkörper nicht "aus dem Reaktor herausgetrieben werden sollen, wird die Menge bzw. Stärke der Kühlmittelströmung begrenzt» Andererseits trägt das heiße Kühlmittel dazu bei, die Grundplatte zu überhitzen, abzunutzen sowie thermisch zu deformieren oder beschädigen, wenn die Strömung abwärts geleitet v/ird.

iiemä'3 einem Asoekt der Erfindung weist ein iCernreaktor einen Kern oder Gor auf, welcher aus einer Aggregation scnwer schmelzbarer spaltbarer Kernkörper und aus einem Kuhiflri/ctelkreialauf besteht, welcher so eingerichtet ist, daß das Kühlmittel durch die Aggregation abwärts geleitet v/ird, dadurch gekennzeichnet, dais die Aggregat ion oder Anhäufung von einer Grundplatte itit jiilfe eines durchlässigen hitzebestänaigen Aufbaus gehalten v.ird, dessen Irurchlässigkeit geringer als jene der Aggregation ist und da3 die Kühlmi'telauslässe oberhalb der Grundplatte derart an«eoru:iei; sind, daß das Kühlmittel die Aggregation passiert und dann seitlich abschwenkt bzw. abgelenkt wird, uia der Grundplatte auszuweichen bzw. sie auszusDaren.

Hieraus ist ersichtlich, daß durch die Erfindung ein hitzebeständiger Aufbau geschaffen wird, welcher die Grundplatte vom heißen Kühlmittel trennt, wobei jedoch darauf hingewiesen sei, daß. dann,, wenn der hitzebeständige Aufbau nicht kühlmitteldurchlässig wäre, das Kühlmittel die gesamte Aggregation nicht passieren, son«

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dem tote Zonen zurücklassen würde, welche dann überhitzt werden' könnten· Dieser Mtaebeständige Aufbau ist jedoch nicht in sich selbst ausreichend, denn es würde wenig erreicht sein, wenn das hi(eße Kühlmittel durch den hitzebeständigen Aufbau hindurch bis auf die Grundplatte vorstoßen würde, und es ist notwendig, die ■Iüihlmittelausicisse so vorzusehen» daß das iüihlaiittel seitlich abgelenkt wird, bevor es die Grundplatte erreicht.

Sine Höglici-seit, den hitaebes^J:-:,naigen Aufbau zu schaffen, besteht darin, ihn in j?orm einer sekunriren oder halte- baw.. '^:1r^;iger~ Aggregat ion hitaebeständii|er seir.üid irer Körner &as einem neutronenref iektriiireriden lilaterial oder eiiveni br Ht bar en ^:v,etr;rial zu schaffen. Jiese lialte-Aggregation kann Tder den r;it2ebestanaigen Airf bau hinaus ausgedehnt werien und karui eine Umfassung bzw. ein Behältnis./containment/ für die Kern-Aggregation bilden, wobei in diesem Fall ein oder mehrere Kühlmittelströmungskan-ile baw» -pfade aas eines oevorzugten V/eg baw· Verzugsweg heraus durch die Halte-Aggregation Jtiniiurcn geschaffen werden sollten. Bieaer bevursugte Weg kann iurch Einbringen von kleineren Körpern in die Swischenriurae der sekundären Aggregat ion isit Ausnahme dee Bei'eiches, in welohem der bevorzugte- V/eg vorgesehen werden soll, geschaffen v

■"" Geraa.-3. "eine?., anderen Aspekt der Erfindung ist ein durch ein ströJiiungsfeiliges Medium geltühlter Kernreaktor, in welchem ein Kern eingebaut ist, ter eine idüilmitteldui»chläss ige Aggregat ion aus hitze·

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beständigen Kernkörpern, die spaltbares Material enthalten, umfaßt und welcher eine nalte-Aggregation für wenigstens einen "'eil des Korns umfaßt, der eine kühlmitteldurchlässige Aggregation aus nitzebeständigen sekundären Körpern aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kern-Aggregation und die Halte-Aggregation ohne irgendwelche physikalischen oder räumlichen Grenzen zwischen Kern- und Halte-Aggregation Kontakt miteinander haben, und er ist dadurch gekennzeichnet, daß schließlich ein bevorzugter Weg für das Kühlmittel durch die Halte-Aggregation hindurch vorgesehen wird, welcher durch einen Bereich der Halt e-Ag.jregat ion geschaffen wird, der von sekundären Körpern umgrenzt ist, bei welchen sich in den Zwischenräumen zwischen diesen Körpern kleinere hitzebest'Jndige Körper befinden, um den Widerstand gegenüber der Kühlmittelströmung in der Halte-Aggregation, ausgenommen dem bevorzugten Weg entlang, zu erhöhen«

i)ie sekundären Körper enthalten vorzugsweise neutronenmoderierendes Material, wodurch bewirkt wird, daß die Halte-Aggregation als Reflektor dient bzw. wirksam ist. Darüber hinaus kann die Halte-Aggregation so nach oben ausgedehnt werden, daß ein die Kern-Aggregation umgebender Reflektor geschaffen wird. ■

Sine Ausführungsform der Erfindung wird nun anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung, und zwar einer

schematisehen Seilaufriß-Zeichnung, beschrieben. ,

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• Die Zeichnung veranschaulicht einen gasgekühlten Kernreaktor, welcher einen Stahldruckbehälter 11 aufweist· Der Kern des. Reaktors besteht aus einer kühlmitteldurchlässigen Kern-Aggregat ion 12 bzw. -Anhäufung aus hitzebeständigen Gor- bzw. Kernkörpern oder Kugeln bzw. Kieseln /marbles/ 13_f welche in Graphit eingebettete spaltbare Brennstoffteilchen enthalten. Verlagerungs- bzwo Auswechslungskugeln 13 werden der Aggregation 12 durch iviittel,.' welche nicht tiargestellt sind, am oberen Ende des Behälters 11 zugefügt bzw. zugesetzt, während bestrahlte Kugeln 13 der Aggregation 12 unter der Steuerung eines Auslaßventils 14 in. einem Rohr 15 entzogen werden«,Die Kern_Aggregation 12 wird auf einer kühlmitteldurchlässigen Halte-Aggrgp.tion 16 hitzebeständiger Sekundärkorper oder Kugeln 17» welche aus Graphit hergestellt sind, gehalten. Diese Halte-Aggregatlon 16 erstreckt sich an den Seiten der Kern-Aggregation 12 nach oben, um als Träger bzw. Umfassung /containment/ für die Aggregation 12 und als Neutronenreflektor zu dienen» Die Halte-Aggregation 16 wird von einer Grundplatte oder einem Diagonalgitter 18 getragen, welches an der Peripherie durch den Druckbehälter 11 gehalten wird,. Das Kühlmittel passiert den Reaktor von Einlassen (nicht dargestellt) am oberen Teil des Behälters 11 her abwärts durch die Kern-Aggregat!on 12 hindurch und schwenkt dann durch Auslässe 19 hindurch über Pfade bzw. Wege in. der Halte-Aggregation 16 ab, welche so angeordnet sind, daß sie das erwärmte ■bzw« erhitzte Kühlmitt el daran hindern, auf das Diagonalgitter 18 zu stoßen bzw« über dieses hinweg zu streichen. Die Wege werden dadurch geschaffen, daß die lokale Kühlmitteldurchläasigkeit jenes Teiles der üalte-Aggregation 1.6, welcher den Weg umgibt, durch das

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Vorhandensein von kleinen hitzebeständigen Kugeln 20 reduziert wird, welche entweder frei oder nunktgeschweißt in den Zwischen- ·

zwischen

räumenyöen oekundarkugeln 17 angeordnet oind. Insbesondere verwandeln die Kugeln 20 jenen Teil des rialteaufbaus, 16, welcher an das i)iagonalgitter angrenzt, in einen durchlassigen hitzebeständigen Aufbau 16a, dessen -durchlässigkeit geringer als jene der Kern-Aggregation 12 ist, und zwar auf solche //eise, dai.> das -jiagonalgitter davon abgeGjnir^ix wird, dem LeiiBen Üühlmitr.elwind ausgesetzt zu. sein. Zusätzlich arosselt die Kugel 20 die Kählii-ittelströmung durch aie .-ialte-Aggregat ion an aen oeizen der Kern-Aggregation 12 hinunter, jJie .leaktivit'its steuerung des keaktors wird durch iie/elstübe (nicht* aargestellt) durchgef Linrt, v/elche in Hüllen bzw. Hülsen (nicht dargestellt) "betätigt werden, welcne sich in die· Kern-Aggregat ion 12 hinein erstrecken.

Eine mögliche Abänderung an dem bescz^iiebenen ^usfUhrun?;sbeis.del "bestellt darin, die Sekundärkugeln 17 miteinander und möglicherv/eise die !deinen Kugeln 20 durch .funktse:r.vei3iang zu verbinden, damit sich dadurch eine starke Halte-Aggregation ergibt. Auch können die hitzebeständigen SekundUrkugeln brätbares i..aterial enthalten, um eine Brutreaktoranlage vorzusehen; in diesem Jail warden die Sekundär kugeln 17 jedoch nicht ..tit einander verbunden, wie beispielsweise durch Punkt schweißung, v/eil eine solche Verbindung es schwierig machen würde, diese Kugeln für eine chemische Extraktion des bebrüteten Brennstoffs zu entleeren.

In der Zeichnung ist die Grenze zwischen der Kern-Aggregation 12 und der halte-Aggre_Sation 16 in gestrichelter Linie 22 angegeben;

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es sei jedoch darauf hingewiesen, da.? es sich hierbei nur unr eine angenommene bzw. willkürliche Andeutung handelt, da keinephysikalische bzw. räumlich festgelegte Grenze vorhanden ist.

In dem Fäll, bei welchem die Sekundärkugeln 17 nicht punktgeschweißt sind, werden die Ströinungsauslässe 19 mit Sieben bzw. ■Gitterrosten 24 versehen, um zu verhindern, da3 die Kugeln von der Kühlmittelströmung durch die Auslässe herausgetragen bzw. -getrieben werden.

Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Patentanspruch 1 umrissenen Ausführungaform und bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Brfindungsinerkmale, die im einzelnen —-. oder in Kombination -- in der gesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart sind.

Patentansprüche

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Claims (3)

1. Pat ent anspräche

   ( 1 »^Kernreaktor, welcher einen Kern aufweist, der aus einer Aggregation hitζebeständiger spaltbarer Kernkörper und aus einem KühlmittelkreisLauf besteht, welcher so eingerichtet ist, daß das Kühlmittel durch die Aggregation hindurch abwärts geleitet wird, dadurch g e itemize ic hnet, daß die Aggregation von einer Grundplatte ais mit .IiIf e eines durchlässigen hitzebestindigen Auf baue gehalten ist, dessen Durchlässigkeit geringer als jene der Aggregation ist, und d^.A die Kuhliaittelauslüsse oberhalb der Grundplatte solcherart angeordnet sind, daß das Kühlmittel die Aggregation passiert und dann seitwärts abschwenkt bzw. abgelenkt wird, um der Grundplatte aus zuwe i c hen.
2. 2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hitzebesty.ndige Aufbau wenigstens einen Teil einer Halte-Aggregat ion hitzebestlindiger Sekundarkörper, vorzugsweise aus neutronenreflektierendem Jlaterial oder aus einem brütbaren Material, bildet.-
3. 3. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß tlie Ial~e-Aggregation die hitzebeständigen Sekuüärkörper und zusätzlich

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   BAD ORJGiNAL

   kleinere Seku&därkörper enthält, welche sich in den Zwischenräumen zwischen den erstgenannten hitzebeständigen Sekundärkörpern "befinden, um einen hitzebeständigen Aufbau, dessen Durchlässigkeit geringer als jene der Kern-Aggregation ist, und _; eine Umfassung für die Kern-Aggregation-zu bilden, wobei die Umfassung wenigstens e'inen darin vorgesehenen bevorzugten Weg oder Pfad aufweist, um das Kühlmittel durch die Eernauiässe .hindurch zu leiten. '..;■■ ^;

   4, Kernreaktor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hitzebeständigen Sekundärkörper zusammengeschweißt sind.

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