DE1614404C - Schneller Brutreaktor - Google Patents
Schneller BrutreaktorInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen schnellen Brutreaktor mit Dampf- oder Flüssigmetallkühlung
der Spaltstoff- und Brutzonen sowie einer, eine Verminderung des Kuhlmittelvoidkoef.fizienten
bewirkenden, flachen, zylindrischen Form des Reaktorkernes mit in radialer Richtung zur Symmetrieachse
des Kerns hin abnehmender Spaltstoffmenge.
Bei schnellen Reaktoren besteht grundsätzlich die Möglichkeit, daß beim Kühlmittelverlust aus dem
Reaktorkern eine positive Reaktivität entsteht, die zu einer Leistungsexkursion mit anschließender Zerstörung
des Kerns oder weiterer Bereiche führen kann. Dieser sogenannte Voideffekt setzt sich hauptsächlich
aus zwei Teilen zusammen, von denen der eine auf die Änderung des Neutronenenergiespektrums
und der andere auf die Änderung der Neutronenleckverluste beruht, da durch Kühlmittelverluste
eine Änderung von Moderierungserscheinurigen sowie
der Absorption von Neutronen erfolgt. Daraus geht hervor, daß dieser Voideffekt aus Sicherheitsgründen
möglichst klein gehalten werden muß. Dies kann erreicht werden durch eine bewußte Vergrößerung
der Neutronenleckverluste mit Hilfe besonderer Kernaeometrien, wie z. B. modularen Formen. Bei
diesen ist der Reaktorkern aus einzelnen Modulen zusammengesetzt, von denen jeder einzelne eigene
Spaltstoff-, Brutstoff- und auch Refiektorzonen besitzt. Auch Pfannkuchen und Ringformen sind in
diesem Zusammenhang vorgeschlagen worden, (s. französische Patentschrift 1414 851 und USA.-Patentschrift
3 267 001). In beiden Patentschriften werden Mittel zur Flußabflachung vorgeschlagen, die
unter anderem in einer radial abnehmenden Spaltstoffmenge
je Volumeneinheit bestehen und sich auch auf den Voideffekt auswirken können.
Der Nachteil dieser bekannten Vorschläge ist neben dem teilweise recht komplizierten Reaktoraufbau die
in allen Fällen sehr schlechte Wirtschaftlichkeit.
Es ist demnach das Ziel dieser Erfindung, eine Kerngeometrie anzugeben, mit der bei Erhöhung
der Neutronenverluste und damit einer Verkleinerung des maximalen Voideffektes eine wesentlich verbesserte
Reaktorökonomie möglich ist. Erfindungsgemäß nimmt bei dieser Kerngeometrie die axiale
Höhe der Spaltstoffzone symmetrisch zur mittleren Querebene des Reaktorkerns in radialer Richtung zur
Symmetrieachse hin ab.
Dieses neue Aufbauprinzip sei an Hand der F i g. 1 bis 3 näher erläutert, wobei die F i g. 1 den prinzipiellen
Reaktivitätsverlauf eines aus dem Stande der Technik bekannten scheibenförmigen schnellen Reaktors
zeigt, bei dem gleichmäßige Kühlmittelverluste auftreten. Da die Leckverluste der Neutronen im
Kernzentrum niedrig sind und um so größer werden, je näher man zum Kernrad kommt, ergibt die Integration
des Voideffektes (s. F i g. 1) über verschiedene Voidzonenradien einen Maximalwert Akvoi/Imax,
der zwischen Zentrum und Rand liegt. Dieser Maximalwert ist aber die für die Sicherheit eines schnellen
Reaktors entscheidende Größe.
Durch die in dieser Erfindung vorgeschlagene Anordnung
und relative Dimensionierung des Reaktorkerns bzw. der Brennstoffelemente werden die Ncutronenleckverluste
in jenen Kernbereichen erhöht, die besonders stark positiv zum maximalen VoideiTekt
beitragen.
Die Erhöhung und örtliche Verhmcnini; der Leckverluste
wird dadurch erreicht, daß die Höhe des Spaltstoffbereichs vom Rand zur Mitte des zylindrischen
Reaktorkerns gehend verkleinert und entsprechend die Dicke der beiden axialen Brutstoffbereiche
vergrößert wird. Quantitativ wird die Höhe zweckmäßigerweise so weit verkleinert, daß der
maximale Voideffekt unter dem prompt kritischen Wert, d. h. unter einem 1 § (= ßct{ = Anteil der verzögerten
Neutronen) liegt. Die Gesamthöhe von Kern
ίο und axialen Brutmänteln wird dabei normalerweise
konstant bleiben, sie muß es jedoch nicht.
Nach F i g. 2, die einen schematischen Querschnitt durch einen derartigen Reaktor zeigt, kann die Abnahme
der axialen Höhe der Spaltstoffzone stetig sein. Gemäß Fig. 3 kann jedoch auch eine stufenförmige
Anordnung gewählt werden.
In beiden Figuren werden die Spaltstoffzonen mit 1 und 2, die axialen Brutmäntel mit 3 und die
radialen Brutmäntel mit 4 bezeichnet. Die Aufteilung
so des Reaktors in die einzelnen Zonen wird in an sich
bekannter Weise dadurch bewirkt, daß die Brennstoffstäbe entsprechend lange Brutstoff- bzw. Spaltstoffüllungen
enthalten. Da die einzelnen Brennelemente des Reaktors eine Vielzahl von dünnen Brennstoffstäben enthalten, kann praktisch eine stetige
Abnahme der Höhe der eigentlichen Spaltstoffzone 1 (s. Fig. 2) erreicht werden. Vom praktischen Standpunkt
dürfte es jedoch günstiger sein, eine stufenförmige Anordnung der Spaltstoffzonen 1 und 2
eemäß F i g. 3 vorzusehen, da damit das Umsetzen der Brennelemente innerhalb einer Zone gleicher
Spaltstoffhöhe ermöglicht wird, also nur wenige Brennstabtypen unterschiedlicher Brut- und Spaltstoffanordnung
vorgesehen werden müssen.
Nach dieser Erfindung werden die Neutronenleckverluste im wesentlichen nur im Kernzentrum und
nicht auch in den Randgebieten, wie beim sogenannten Pfannkuchenkern, erhöht. Da der maximale Voideffekt
seine positiven Beiträge überwiegend aus den zentralen Bereichen erhält, wird damit eine kräftige
Reduzierung des Effektes und somit eine wesentlich erhöhte Sicherheit des Reaktors gegen Leistungsexkursionen im Falle eines Kühlmittelverlustes erreicht.
Die Vermeidung höherer Leckverluste in den Randgebieten des Reaktorkerns ermöglicht ein geringeres
Spaltstoffinventar und somit bessere interne Brutraten. Diese bewirken gegenüber den bekannten
Pfannkuchen- und Ringkernen aber infolge der größeren Menge erbrüteten spaltbaren Materials eine
So höhere Lebensdauer der Brennelemente. Auch gegenüber
einem schnellen Brutreaktor mit modularem Kern ist eine höhere interne Brutrate zu erwarten.
Da infolge der verschiedenen Höhen der Spaltstoffzonen unterschiedliche Kühlkanalleistungen gegeben
sind, wird es zweckmäßig sein, den Kühlmitteldurchsatz in an sich bekannter Weise, z. B.
durch Drosselung, so zu steuern, daß eine gleichmäßige optimale Kühlmittelaustrittstemperatur und
damit ein optimaler thermodynamischer Wirkungsgrad der gesamten Anlage erreicht wird. Ein weiterer
Vorteil der vorgeschlagenen Reaktorkernkonfiguration besteht darin, daß wegen der geringeren notwendigen
Anfangsüberschußreaktivität die Anzahl der Absorberelcmente oder die Absorbermenge pro EIement
kleiner als bei anderen Entwürfen gehalten werden kann, so daß zudem die Gefahr der prompten
Krilikalität im Falle eines unbeabsichtigten Absorberelcmenlauswurfs
sen η scr ist.
Claims (3)
1. Schneller Brutreaktor mit Dampf- oder Flüssigmetallkühlung der Spaltstoff- und Brutzonen
sowie einer, eine Verminderung des Kühlmittelvoidkoeffizienten bewirkenden, flachen, zylindrischen
Form des Reaktorkernes mit in radialer Richtung zur Symmetrieachse des Kerns hin
abnehmender Spaltstoffmenge, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Höhe der Spaltstoffzone symmetrisch zur mittleren Querebene des Reaktorkernes in radialer Richtung
zur Symmetrieachse hin abnimmt.
2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abnahme der axialen Höhe
der Spaltstoffzone praktisch stetig ist.
3. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Höhe der Spaltstoffzone
stufenweise zur Symmetrieachse des Reaktors hin abnimmt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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