DE1806731A1 - Reaktorkern fuer Kernreaktoren - Google Patents

Description

unser zeichen Gg/fr 17 837 Datum 2. November 1908

Änwaltsakten-Nr.: 17 837

The Babcock «Se Wilcox Company, lol East 42nd Street, New York, N.Y. 10017,

U. S. A.

"Reaktorkern für Kernreaktoren."

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Ausführungsform von Reaktorkernen, welche sich im allgemeinen für flüssigkeitsgekUhlte Kernreaktoren eignet und insbesondere für dampfgekühlte Schnell-Brutreaktoren solcher Gattung, welche einen zentralen, aktiven Kern aufweisen, der endseitig von einem Paar eine axiale Dicke aufweisender Schutzdecken und über den Umfang von einem eine radiale Dicke aufweisenden Schutzmantel umhüllt ist.

In der erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Reaktorkerns ist die Fließrichtung des Kühlmittels im allgemeinen parallel zu den Längendimensionen einer Vielzahl den Brennstoff enthaltender nadeiförmiger Körper, welche zu einem Gitter parallel zueinander und mit radialem Ab-

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stand untereinander angeordnet sind, um so den aktiven Kern zu bilden, wobei die vorerwähnten axialen Schutzdecken und/oder axiale Refelektoren diesem Kern zugeordnet sein können. Die nadeiförmigen Körper sind gegen ein Eindringen des Kühlmittels abgedichtet, und dieses Kühlmittel wird gezwungen, unter Berührung mit den Außenflächen dieser Körper durch Kanäle hindurchzufließen, welche durch Leerräume zwischen benachbart angeordneten nadeiförmigen Körpern gebildet sind. Sind also die parallel zueinander verlaufenden Achsen dieser nadeiförmigen Körper in einem bestimmten Abstand angeordnet, dann bestimmt sich an jeder axialen Stelle der Fließquerschnitt für das Kühlmittel nach den radialen Abmessungen der Außenflächen dieser nadelförmigen Körper an dieser Stelle. Weisen alle Körper eine gleiche Gestaltung der Außenfläche auf und handelt es sich bei Ihnen um Rotationskörper bezüglich ihrer zentralen Längsachse, dann läßt sich in einfacher Art und Weise dadurch eine wählbare Änderung des Fließquerschnittes für das Kühlmittel über die Länge der Körper herbeiführen, daß man den Außendurchmesser dieser Körper in Längsrichtung entsprechend ändert. Soll also der Fließquerschnitt gegenüber einem gegebenen Wert reduziert werden, dann muß ledig-, lieh der Durchmesser gegenüber einer Dezugsgröße vergrößert werden und umgekehrt.

Erfindungsgemäß weisen die nadelförmigen Körper über ihre Länge radiale Abmessungen auf, um dadurch die Möglichkeit zu schaffen,eine größtmögliche Reduzierung des Fließquerschnittes für das Kühlmittel und damit eine größtmögliche Erhöhung von dessen Fließgeschwindigkeit für einen maximalen Wärmeaustausch in den axialen Lüngenbereichen der Körper herbeizuführen, in welchen die Wärmeerzeugung oberhalb einer Bezugsgrüße ansteigt.

Die Wärmeerzeugung über die Länge jedes nadelförmigen Körpers bestimmt sich im allgemeinen bei jeder gegebenen tnergieausbeute eines Reaktors

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nach der Menge des in dem Körper enthaltenen Kernmaterials, und sie bestimmt sich noch mehr nach der Konzentration des spaltbaren Materials innerhalb des Körpers. An den axialen Stellen, wo die Konzentration des spaltbaren Materials hoch ist, ist die Wärmeerzeugung entsprechend hoch und umgekehrt. Ist für den Ueaktor die Verteilung des spaltbaren Materials, des Änreicherungsmaterials (fertil material) und/oder des Reflektormaterials festgelegt, dann ist es möglich, die Wärmeerzeugung über die Länge des nadeiförmigen Körpers mittels eines Computers zu bestimmen. Wenngleich es möglich ist, das Durchmesserprofil des nadeiförmigen Körpers in ein umgekehrtes Verhältnis zu dem Ausmaß der Wärmeerzeugung zu setzen und dadurch über die gesamte Länge ' des Körpers ein gleichbleibendes Verhältnis von Kließgeschwindigkeit zu Ausmaß der Wärmeerzeugung zu erhalten, erscheint eine solche kontinuierliche Änderung des Duxxhmessers' des nadelfürmigen Körpers unpraktisch, und in den meisten Fällen kann es für ausreichend befunden werden, einen Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel durch eine Unterteilung des nadeiförmigen Körpers in eine begrenzte Anzahl axialer Längenbereiche und jeweils bestimmtem Durchmesser zu erhalten.

Bei einem Brutreaktor mit einem aktiven,ze ntralen Kern zwischen zwei axialen Brüter-Schutzdecken (breeder blanket) ist beispielsweise ein g typischer nadelförmiger Körper in drei axiale Bereiche unterteilt, welche in ihrer Län^e den Dicken der Schutzdecken und der Höhe des aktiven Kernes entsprechen und welche zusammenhängend ineinander übergehen. Die äußeren axialen Bereiche entsprechen den Scbutzdecken und sind aufgefüllt mit Anreicherungsmaterial, während der mittlere axiale Bereich dem aktiven Kern entspricht und entweder vollständig mit spaltbarem Brennstoffmaterial oder mit einem Gemisch aus spaltbarem Material und Anreicherungsmaterial aufgefüllt ist, was abhängig ist von der erwünschten Gesamtenergieausbeute des Reaktors, Wenngleich die Kern-

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reaktionen im Anreicherungsmaterial der äußeren axialen Bereiche eine beträchtliche Wärmeerzeugung über diese Bereiche herbeifuhren werden, ist das ^Ausmaß der Wärmeerzeugung in dem zentralen Brennstoffbereich doch wesentlich höher. Den nadeiförmigen Körpern wird demzufolge über die Länge ihres Brennstoffbereichs ein größerer Durchmesser gegeben als über die Länge ihrer mit Anreicherungsmaterial aufgefüllten Bereiche, und zwar ein um ein solches Maß größerer Durchmesser, welches dem gewählten Unterschied in der Fließgeschwindigkeit des Kühlmittels zwischen diesen Bereichen entspricht.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausführungsform eines Reaktorkerns bringt den Vorteil, einen erhöhten Wärmeaustausch dort zu schaffen, wo dies am meisten benötigt wird, nämlich im aktiven Kernbereich, v/o die Wärmeerzeugung am größten ist«,

Im Betrieb von bestimmten vorbekannten Reaktorkernen mit einem festgelegten Fließquerschnitt für das Kühlmittel wurde die Pumpenenergie für das Kühlmittel an kühlere Kernbereiche verschwendet^und um einen ausreichenden Wärmeaustausch an den wärmeren zentralen Kernbereichen sicherzustellen, war es manchmal erforderlich, die Außenfläche der Brennstoff-' hülsen aufzurauhen, was unter dem Gesichtspunkt unerwünscht ist, daß der damit beabsichtigte erhöhte Wärmeaustausch zu einer Oberflächenkorrosion führen kann. Erfindungsgemäß wird eine solche Oberflächenaufrauhung nicht benötigt, weil die durch eine änderung des Durchmessers der nadeiförmigen Körper örzielbare Erhöhung der Fließgeschwindigkeit des Kühlmittels für einen ausreichend hohen Wärmeaustausch in den heißen Bereichen vorsorgt.

Eine Reduzierung des F\Ließquerschnittes für das Kühlmittel über die

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Länge des zentralen Kernbereichs verringert zusätzlich zu einer vergjößerten Konzentration der Pumpenenergie über den heißesten Teil des Kernes die Menge des dem Kernvolumen zugeordneten Kühlmittelstromes.

Ein eine geringe Kühlmittelmenge benötigender Reaktorkern arbeitet in Bezug auf einen möglichen Verlust an Kühlmittelmenge zuverlässiger, insbesondere im Fälle von dampfgekühlten Schnell-Brutreaktoren, ein solcher Reaktorkern verbessert auch die Energieausbeute und das Brutverhältnis wegen verringerter Viechseiwirkung des Kühlmittels mit dem Neutronenfluß. ™

Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, einen flüssigkeitsgekühlten Reaktorkern für einen Kernreaktor zu schaffen, welcher sich auch für einen dampfgekühlten Schnell-Brutreaktor eignet. Die Erfindung schafft zur Lösung dieser Aufgabe einen Reaktorkern, bei welchem die Brennstoff- und Anreicherungsmaterialien in von außen kühibaren nadeiförmigen Körpern angeordnet sind, welchen eine solche Formgebung gegeben ist, daß die Fließgeschwindigkeit des Kühlmittels über Bereiche hoher Wärmeerzeugung vergrößert ist. Die für das Kühlmittel benötigte Pumpenenergie ist dabei auf die heiße- g sten Kernbereiche konzentriert, um dadurch eine optimale Kombination von Gesamtenergieausbeute des Reaktors und Drutverhültnis zu erhalten. Der erfindungsgemäße Reaktorkern benötigt für den Kühlmittelstrom ein relativ kleines Kernvolumen und arbeitet in Bezug auf einen eventuellen Kühlmittelverlust oder ein eventuelles Überfluten relativ zuverlässig.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:

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Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch einen

dampfgekühlten Schnell-Brutreaktor mit einem Reaktorkern na nach einer bevorzugten erfindungsgemäßen AusfUhrungsform, Fig. 2 eine Längsansicht, teilweise im Schnitt, einer typischen Einbaueinheit des Reaktorkerns nach Fig. 1, welche eine Gruppe Brennstoff enthaltender Körper umfaßt, die erfindungsgemäß dimensioniert sind,

Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie III - III der Fig. 2, und Fig. 4 eine Längsansicht, teilweise im Schnitt, eines typischen, Brennstoff enthaltenden Körpers.

In Fig. 1 bezeichnet 10 einen dampfgekühlten Schnell-Brutreaktor, welcher einen im wesentlichen aufrechten Reaktorkern Π von in Draufsicht hexagonaler Form umfaßt, der seitlich von einer dicken Schutzwand 12 umgeben ist.

Der Reaktorkern 11 setzt sich seinerseits zusammen aus einer Vielzahl von Einbaueinheiten 13 und 14 modularer Abmessungen, die im Querschnitt jeweils hexagonal sind. Die Einbaueinheiten 13 enthalten die Kernmaterialien, welche in einem zentral liegenden aktiven Kernteil angeordnet sind, welcher endseitig jeweils von einer eine P axiale Dicke aufweisenden Brüter-Schutzdecke bedeckt ist, wenn alle Einbaueinheiten 13 in der in Fig. 1 dargestellten Art angeordnet sind. Die Einbaueinheiten 14 enthalten Kernmaterialien, welche bei In-Betriebnahme des Kernreaktors 10 hauptsächlich Anreicherungsmaterialien sind und teilweise in spaltbare Materialien durch die Strahlung umgewandelt werden,welche sich im Betrieb des Kernreaktors 10 bildet. Die Einbaueinheiten 14 sind um die Einbaueinheiten 13 herum-· gruppiert, um dadurch einen eine radiale Dicke aufweisenden Brüter-Schutzmantel zu bilden, weicherden aktiven Kern der Einbaueinheiten 13 umhüllt.

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Wie insbesondere aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht,weist jede Einbaueinheit 13 eine im Querschnitt hexagonale Wand 15 auf, welche sich nahezu Über deren gesamte Höhe erstreckt und am unteren Ende in ein rohrförmiges Übergangsstück 16 Übergeht. Die Wand 15 und das Übergangetück 16 umschließen eine Vielzahl Brennstoff enthaltender, nadeiförmiger Körper 17, nachfolgend kurz Hülsen genannt, an welchen vorbei der Kühlmittelstrom geführt wird. Das obere Ende der Wand 15 ist offen, so daß hier das Kühlmittel, beispielsweise Dampf, einströmen kann,und das Übergangsstück 16 steht in Verbindung mit einem Speicherraum 18, in wJelchen das Kühlmittel eingeleitet wird, M nachdem es den Kernladungen Wärme entzogen hat, die innerhalb der Hülsen 17 gebildet wird.

Wie für den Fachmann erkennbar, ist die Anzahl der Brennstoff enthaltenden Hülsen jeder Einbaueinheit 13 und die Gesamtanzahl solcher Einbaueinheiten abhängig von Berechnungen, die für jeden Kernreaktor in Abhängigkeit von dessen Bauausführung und erwünschter Energieausbeute spezifisch sind, die Anzahl von Hülsen 17 jeder Einbaueinheit 13 und die Anzahl solcher Einbaueinheiten sind daher anhand der Zeichnung nur zum Zwecke der Erläuterung zu verstehen und sollten keinen Anhalt geben für den Nachbau eines Kernreaktors ^ unmittelbar nach dieser Zeichnung.

Der Speicherraum 18 ist nach oben begrenzt von einer Platte 19 mit Durchbrechungen 20, in welche das untere Ende des Übergangstückes der Einbaueinheiten 13 eingefügt und unterstützt werden kann, in einigen der Einbaueinheiten 13 muß gewöhnlich Kaum geschaffen werden, um beispielsweise Kontrollstäbe-, Sicherheitsstäbe und Sonden unterzubringen, solche Einbaueinheiten sind in Fig. 1 mit den Be-

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zugsziffern 13Λ, Ί3Β und 13C bezeichnet. Dies kann in einfacher Art und Weise dadurch bewirkt werden, daß man auf die Hülsen 17 verzichtet, welche innerhalb .des zentralen, in den Fig. 2 und 3 strichpunktiert angedeuteten Zylindermantels 21 angeordnet sind.

Die Hülsen 17 sind Rotationskörper mit vorzugsweise zylindrischen Abschnitten und sie werden innerhalb der WANd 15 an ihrem Ende

durch einen Gitterrost 22 mit offenen wabenförmigen Zellen abgestützt und durch ein oder mehrere Wabengitter 23 auf Abstand gehalten.

Die Wabengitter 23 sind gegenüber der Wand 15 festgelegt und sie halten die Hülsen 17 in einem radialen Abstand parallel zueinander, wobei sich erfahrungsgemäß eine Dreieckanordnung empfiehlt mit einer Kantenlänge, die etwas größer ist als der Maximaldurchmesser der Hülsen 17.

Der endseitig angeordnete Gitterrost 22 ist gleichfalls gegenüber der Viand 15 festgelegt und an den Kreuzungsstellen der einzelnen Zellenwände sind Buchsen 24 befestigt, in welche jeweils die Hülsen 17 mit einem Dorn 25 einfassen und dadurch, alle Hülsen in gleicher Höhe abgestützt sind. Die Verwendung des Gitterrostes 22 erlaubt einen im wesentlichen freien Kühlmittelfluß an den unteren Enden der Hülsen 17 vorbei zu dem Übergangsstück 16 hin bei gleichzeitiger Gewährleistung einer geeigneten Abstützung der Hülsen 17.

Den die Hülsen 17 auf Abstand haltenden Gittern 23 kann, falls erwünscht, eine der Länge der Hülsen 17 entsprechende Höhe gegeben werden, in welchem Falle dann die Wand 15 nicht mehr benötigt werden würde, weil ja dann die einzelnen Hülsen 17 durch ein solches Gitter voller Höhe auf Parallelabstand gehalten würden, wobei

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dann jede Hülse 17 seitlich von einer Zelle dieses Gitters umschlossen wöre.

Aus praktischen Erwühgungen empfiehlt es sich allen Hülsen 17 der einzelnen Einbaueinheiten 13 gleiche geometrische Formen zu geben, selbst wenn ihre Kernmaterialien unterschiedlich sein sollten.

Unabhängig davon, ob die einzelnen Hülsen 17 jeweils von den Wänden einer Zelle des Gitters umhüllt sind oder ob alle Hüben einer Einbaueinheit 13 von einer Wand 15 umschlossen* sind, kann davon λ

ausgegangen werden, daß an jeder Stelle über die Länge der Mittelachse einer Einbaueinheit 13 der Fließquerschnitt für das Kühlmittel der Differenz aus üuerschnittsflache der Wand 15 oder einer äquivalenten Grenze und der GesamtquerschnittsFläche aller Hülsen entspricht, da die Le^erräume zwischen benachbarten Hülsen 17 die Kanüle für den Kühlmittelstrom bilden.

Erfindungsgemäß ist es nun erwünscht, die Fließgeschwindigkeit des Kühlmittels in bestimmten Bereichen der Hülsen 17 zu erhöhen, was gemäß der Darstellung nach Fig. 4 in einfacher Art und Weise dadurch bewirkt werden kann, daß man den Außendurchmesser der einzelnen HUl- i sen 1/* über deren Länge verändert.

Wie in Fig. 4 dargestellt enthält eine Hülse 17 in ihrer typischen Ausführungsform drei genau festgelegte Mengen an Kernmaterial, von welchen wenigstens eine ein spaltbarer Brennstoff ist. Um dem Reaktorkern 11 einen zentralen, aktiven Kernbereich zu geben, «lcher endseitig jeweils von einer eine axiale Dicke aufweisenden Brüter-Schutzdecke bedeckt ist, enthält die Hülse 17 innerhalb einer hohlen Büchse 30 ein Gemisch A aus Plutoniumoxyd als spaltbarem Brennstoff und entreichertem (depleted) Uranoxyd als Anreicherungsmaterial in einem zentral liegenden Axialbereich 31. Die Länge dieses Bereichs

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entspricht der Höhe des aktiven Kerns. Ein Gemisch B aus entreichertem Uranoxy4 ist innerhalb eines axial oberhalb des Bereichs 31 liegenden Bereichs 32 angeordnet,und die Länge dieses Bereichs entspricht der Dicke der oberen Brüter-Schutzdecke. Ein Gemisch C aus gleichfalls entreichertem Uranoxyd ist in einem axial unterhalb des Bereichs 31 liegenden Bereich 33 angeordnet,und die Länge dieses Bereiches 33 entspricht der Dicke der unteren Brüter-Schutzdecke.

Wk Wenngleich das entreicherte Uranoxyd der Gemische B und C während des normalen Betriebs des Kernreaktors 10 durch Strahlung in spaltbaren Brennstoff umgewandelt werden wird, kann davon ausgegangen werden, daß die stärkste Wärmeerzeugung für jede gegebene Leistung . eines Reaktors 10 in dem Gemisch A erfolgt, und zwar wegen dessen Gehalt an Plutoniumoxyd als Brennstoff. Es ist deshalb vorteilhaft, die größten Fließgeschwindigkeiten für das Kühlmittel entlang des axialen Bereichs 31 zu schaffen, welcher das Gemisch A enthält. Der Außen Flüche der Büchse 30 wird daher entlang des axialen Bereichs 31 ein größerer Durchmesser gegeben als entlang der beiden axialen Bereiche32 und 33.

Sind die Gemische B und G hinsichtlich ihrer Wärmeerzeugung gleichartig dann kann den Bereichen 32 und 33 ein gleicher Außendurchmesser gegeben werden, welcher jedoch kleiner ist als der Außendurchmesser des Brennstoffbereichs 31, und zwar um ein Maß, welches dem beabsichtigten Unterschied des Fließquerschnittes für das Kühlmittel Rechnung trügt, und zwar über die Länge des aktiven Kerns und der Brüter-Schutzdecken. Im allgemeinen ist das Maß, um welches der Durchmesser zwischen den einzelnen Bereichen 31, 32 und 33 reduziert wird, nicht größer als etwa 25>i>, wenn die Anzahl der in

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einer Einbaueinheit 13 enthaltenen Hülsen 17 nahe an die theoretisch maximal unterbringbare Anzahl herankommt. Ist die Einbaueinheit 13 mit Hülsen 17 sehr eng bepackt, so bringt eine nur geringe Änderung des Außendurchmessers einer Hülse 17 an einer beliebigen axialen Stelle eine relativ große Änderung des Fließquerschnittes an dieser Stelle.

Ist die Anzahl von Hülsen 17 je Einbaueinheit 13 einmal festgelegt, und sind auch die Innenabmessungen der Wand 15 bestimmt, dann lassen sich die Außendurchmesser jeder Hülse 17 entlang der axialen Bereiche31, 32 und 33 ohne große Schwierigkeiten berechnen, um sicher- % zustellen,ddß über die Länge der Hülse 17 ein erwünschtes Strömungsbild der Kühlflüssigkeit entsteht.

Um Reibungsverluste der Kühlflüssigkeit zu verringern, ist die Außenfläche der Hülse 17 vorzugsweise im Bereich des Übergangs zwischen den Bereichen 32 bzw. 33 und dem Bereich 31 größeren Durchmessers mit einem schlanken Konus 35 versehen.

Während des normalen Betriebs jedes Kernreaktors werden gasförmige Spaltprodukte innerhalb der Kernmaterialen erzeugt und freigesetzt, welche einer Strahlung und Spaltung unterworfen sind. Diese gasför- " migen Spaltprodukte können gefährlich werden, wenn sie entweichen können, sie werden daher vorzugsweise innerhalb den verschlossenen Büchsen zurückgehalten, welche die Kernmaterialien enthalten. Aus diesem Grunde sind die hohlen Büchsen 30 an ihren beiden Enden mit Kappen 36 verschlossen, wobei oberhalb des oberen Axialbereichs 32 ein Bereich 37 geschaffen wird, dessen Außendurchmesser dem Außendurchmesser des Bereichs 32 entspricht und der als Speicherraum dient, um die aus den Kernmaterialmischungen A, B und C entweichenden, gas-

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förmigen Spaltprodukte aufzunehmen. Um das Sammeln dieser Spaltgase in der Speicherkammer 37 zu erleichtern, sind die Kernmaterialgemische A, B und C entweder porös oder mit nicht dargestellten Kanälen versehen,oder es sind andere Maßnahmen getroffen, um ein solches Entweichen der Spaltgase zu dem Speicherraum 37 hin zu erleichtern.

Wenngleich vorstehend die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand einer bestimmten Ausbildung eines Kernreaktors erläutert worden ist, ist der mit der Erfindung offenbarte Erfindungsgedanke W auf jeden Kernreaktor anwendbar, bei welchem ein Brennstoff und/oder andere Kernmaterialien in der Form von Stangen oder Blöcken, welche ähnlich den Hülsen 17 sind, eingebracht werden.'

Das kennzeichnende Merkmal solcher Kernmaterialpackungen ist darin zu sehen, daß die Wärmeerzeugung im allgemeinen an einer Stelle am größten ist, welche etwa im mittleren Bereich zwischen den Enden des Stabes oder der Hülse 17 liegt. Dies trifft im allgemeinen unabhängig von der radialen Lage der Hülse 17 und für die gesamte Betriebsdauer eines Kernreaktors zu.

Es ist demzufolge möglich, die Hülse 17 in ihrer Länge in einen zentral liegenden Längenbereich und zwei bezüglich dieses endseitig liegende Längenbereiche zu unterteilen, wobei die Unterteilungen auf der Basis gewählt werden, daß man im mittleren Bereich alle Stellen berücksichtigt, an welchen die Wärmeerzeugung einen Bezugswert Übersteigt, so daß die Endbereiche eine unterhalb dieses Wertes liegende Wärmeerzeugung aufweisen. Hat man diese Stellen einer

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Unterteilung gefunden, dann kann die Außenfläche der Büchsen 30 mit einem zentralen Bereich und zwei endseitigen Bereichen unterschiedlichen Durchmessers geformt werden, wobei sich der Durchmesser .. · - 13 -

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unterschied nach einem gewählten Fließquerschnitt-Verhältnis für das Kühlmittel bestimmt, welches so berechnet wurde, daß bei der zur Verfügung stehenden Kühlmittelmenge für eine ausreichende Wärmeübertragung im mittleren Bereich vorgesorgt ist.,

Anstelle der Unterteilung auf der Dasis unterschiedlicher Wärmeerzeugung können die einzelnen axialen Bereiche auch dadurch festgelegt werden, daß man die Oberflcichentemperaturgrenzen der Hülsen 17 wählt oder daß man hier eine Kombination aus den Überflächentemperatur-Grenzen und den Grenzen unterschiedlicher Viürmeerzeugnis vor- Λ nimmt.

Da sich das Wärmeerzeugungsprofil über die Lunge einer Hülse 17 errechnen läßt, ist es auch mör-lich, die Fließgeschwindigkeiten und die Mengen des Kühlmittels zu bestimmen, die an jeder axialen Stelle entlang der Hülse 17 benötigt werden, um die Temperaturen an diesen Stellen innarhalb vorgeschriebener Grenzwerte zu halten. Über die so bestimmten Fließgeschwindigkeiten läßt sich die Durchmesseränderung entlang der Hülsen Ohne große Schwierigkeiten errechnen.

In vielen Füllen fallen dort, wo die Hülsen 17 in drei axiale Längen- \ bereiche unterteilt sind, wo(3ei die beiden äußeren Bereiche einen gleichen Durchmesser aufweisen, der geringer ist als der Durchmesser des zentralen Bereichs, die Grenzen dieser Bereiche nahezu zusammen mit den Grenzen zwischen dem mit Brennstoff angereicherten Material und dem Anreicherungsmaterial, wie dies auf die Bereiche 31, 32 und zutrifft. Die Grenzen der Öberflächenbereiche unterschiedlichen Durchmessers der Hülse 17 müssen jedoch nicht in allen Fällen mit den Grenzen zwischen diesen unterschiedlichen Kernmaterialien zusammen Fallen, es kann vielmehr zu einer Überlappung des zentralen

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Bereichs 31 großen Durchmessers mit den anschließenden Bereichen kommen, die mit den Anreicherungsmaterialien B und C aufgefüllt sind, wodurch in gewissem Umfange das im Überlappungsbereich liegende Anreicherungsmaterial kompensiert wird, das mit der Zeit in spaltbaren Brennstoff umgewandelt wird.

Die Hülsen 17 karren auf jede beliebige Art und Weise hergestellt w4erden, wobei eine Einschränkung auf eine .einstückige Ausführungsform gemäß der Darstellung in Fig. 4 nicht vorgenommen werden muß. Die Hülsen 1/' mit den axialen Längenbereichen 31, 32 und 33 unter-W schiedlichen Durchmessers können auch durch ein Zusammenschweißen von Rohrabschnitten der geforderten Durchmesser hergestellt werden.

In Verbindung mit Fig. 4 sollte auch darauf hingewiesen werden, daß anstelle der Materialien B und C, welche als Gemische von entreichertem Uranoxyd bezeichnet wurden, und anstelle des Materials A, welches als ein Gemisch aus Plutoniumoxyd und Uranoxyd bezeichnet wurde, es nur erforderlich ist, daß das Material A eine anfänglich spaltbare Substanz enthält, die beliebiger Art sein kann. Es ist von Vorteil, wenn das Material A etwas Anreicherungsmaterial enthält, _ wie entreichertes Uranoxyd (UCL-Gemisch mit niedrigem Un^-Gehalt), ^ welches für Brutzwecke nützlich ist, um den Verbrauch der anfänglich spaltbaren Substanz für den weiteren Betrieb des Kernreaktors zu verzögern.

Werden nicht Anreicherungsmaterialien für die Materialien B und C verwendet, sondern Reflektormaterialien, so würde es gleichfalls im mittleren Längenbereich der Hülsen 17 zu einer Konzentration der Wärmeerzeugung kommen, so daß auch für einen solchen Fall die Außenflächen der Hülse so dimensioniert werden können, wie dies anhand der Fig. 4 beschrieben worden ist.

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Weil die Brennstoff enthaltenden Hülsen 17 erfindungsgemäß den Fließquerschnitt fUr das Kuhlmittel im zentralen Kernbereich verringern, wird dadurch zwangsweise die in dem Reaktorkern enthaltene Kuhlmittelmenge kleiner als im Falle von flUssigkeitsgekUhlten Kernreaktoren mit konstantem Fließquerschnitt fUr das Kühlmittel. Dieses Merkmal ist vorteilhaft, weil dadurch die Pumpenenergie fUr das Kuhlmittel auf den Bereich ausgedehnt werden kann, in welchem sie am meisten benötigt am wirksamsten ist.

Im Falle eines dampfgekuhlten Kernreaktors ist ein Reaktorkern fUr eine geringere Kuhlmittelmenge sogar noch vorteilhafter, weil dadurch ein Anstieg im Reaktionsvermögen bei einem Verlust an Dampf oder bei einem Überfluten des Kernes mit Wasser geringer ist als im Falle eines Kernes, der für einen Betrieb mit einer höheren Kühlmittelmenge eingerichtet ist.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist fUr den Fachmann erkennbar, daß sich der Erfindungsgedanke vielfach modifizieren läßt,und daß aus den erwähnten Beispielen erkennbar ist, in welchem Umfange Änderungen möglich sind. M

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Reaktorkern Für einen flUssigkeitsgekUhlten Kernreaktor, gekennzeichnet durch eine Vielzahl nadeiförmiger Körper, welche parallel zueinander mit radialem Abstand untereinander angeordnet sind und welche das im Betrieb des Reaktors Wärme entwickelnde Kernmaterial halten, wobei die radiale Abmessungen aufweisenden Außenflächen dieser Körper mit einer Kühlflüssigkeit in Berührung bringbar und zwischen den Außenflüchen benachbarter Körper Leerrüume gebildet sind, durch welche hindurch die Kühlflüssigkeit leitbar ist, und wobei weiterhin über wühlbare, in Axialrichtung verlaufende Längenbereiche die radialen Abmessungen dieser Außenflächen größer sind als in den übrigen Längenbereichen, so dal) in diesen wählbaren Längenbereichen mit größeren radialen Abmessungen der Außenflächen gegenüber den anderen Lüngenbereichen der Fließquerschnitt für die Kühlflüssigkeit verringert und dadurch dessen Fließgeschwindigkeit erhöht wird.

   2. Reaktorkern nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeich η et, daiJ die Grenzen für die wählbaren Längenbereiche derart gewühlt sind, daß über die axiale Länge eines Lüngenbereichs jedes Körpers nur Wärmeerzeugungswerte oberhalb eines vorbestimmten Wertes liegen.

   3. Reaktorkern nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeich η et, daß die Grenzen für die wählbaren Längenbereiche derart gewühlt sind, daß über die axiale Lunge eines Lüngenbereichs jedes Körpers an jeder Oberflächenstelle eine gegenüber den axial

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   BAD ORtGINAt

   außerhalb dieses Längenbereichs liegenden Längenbereichen höhere Fließgeschwindigkeit fUr das Kühlmittel benötigt • wird, um die Oberflächentemperatur des Körpers unterhalb eines gegebenen Maximalwertes zu halten.

   4. Reaktorkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nadeiförmigen·Körper Rotationskörper bezüglich ihrer Achse sind.

   5. Reaktorkern nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß jeder Körper spaltbares Brennstoffmaterial und Anreicherungsmaterial enthält, welche in getrennten axialen Längenbereichen des Körpers derart angeordnet sind, daß ein Reaktorkern mit einem inneren Brennstoff-geladenen aktiven Kernbereich gebildet wird, der endseitig von eine axiale Dicke aufweisenden Schutzdecken aus Anreicherungsmaterial abgedeckt ist, wobei die Brennstoffmaterial enthaltenden Längenbereiche der Körper im Durchmesser ihrer Außenfläche grüßer sind als die Anreicherungsmaterial enthaltenden Längenbereiche.

   o. Reaktorkern nach /Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Körper einen einzigen Brennstoffmaterial enthaltenden Bereich mit im wesentlichen konstantem Außendurchmesser über den Hauptteil seiner Länge und je einen Anreicherungsmaterial enthaltenden Bereich im Anschluß an jedes Ende dieses Brennstoff enthaltenden Bereichs aufweist, wobei die Anreicherungsmaterial enthaltenden Bereiche über den llauptteil ihrer jeweiligen Länge einen im wesentlichen konstanten Außendurchmesser besitzen, welcher kleiner ist als der Außendurchmesser des brennstoff enthaltenden Bereichs.

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   BAD ORIGINAL

   7. Reaktorkern nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anreicherungsmaterial enthaltenden Bereiche jedes Körpers einen gleichen Außendurchmesser aufweisen und daß der Durchmesserunterschied zwischen den Brennstoff bzw. Änreicherungsmaterial enthaltenden Bereichen nicht größer ist als 25/0 des Außendurchmessers des Brennstoff enthaltenden Bereichs.

   8. föaktorkern nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichn et, daß sich der Außendurchmesser der Anreicherungsmaterial ent-

   W haltenden Bereiche in der Nähe des Brennstoff enthaltenden Bereichs allmählich konisch vergrößert.

   9. Reaktorkern nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche jedes Körpers von einer hohlen Büchse gebildet ist, welche das Brennstoff- und das Anreicherungsmaterial enthält und als Behälter zum Zurückhalten der von diesen Materialien entweichenden gasförmigen Spaltprodukte dient.

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