DE957064C - Kernreaktor - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM Sl. JANUAE1957

St 9552 VIIIc j zig

Kernreaktor

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kernreaktor, bei dem der Kernbrennstoff in Form efner Suspension fester spaltbarer Materie in einer Flüssigkeit, wie gewöhnlichem oder schwerem Wasser, durch den mit einem Moderator versehenen Reaktor fließt.

Insonderheit bezieht sich die Erfindung auf einen Reaktor, bei dem die Brennstoffsuspension durch eine Mehrzahl von Rohren geleitet wird, die z. B. von schwerem Wasser umgeben sind. Bei dieser Art von Reaktoren liegt die Möglichkeit vor, den kritischen Zustand mit natürlichem oder nur wenig angereichertem Uran zu erreichen. Voraussetzung ist jedoch, daß die Wände der Reaktorrohre wenig oder gar keine Neutronen absorbieren und dennoch aus thermisch gut isolierendem Material hergestellt sind, und weiterhin, daß eine hohe Konzentration und konstante Zusammensetzung der Brennstoffsuspension vorliegt. Die erste Voraussetzung wird erfüllt, indem man die Wände der Rohre z. B. aus stark gesintertem Berylliumoxyd herstellt, das an der Moderatorseite mit leicht gesintertem Berylliumoxyd ausgekleidet ist.

Die zweite Voraussetzung gibt zu Schwierigkeiten Anlaß, da bei der erwünschten Konzentration der Brennstoffsuspension die Viskosität derselben so hoch ist, daß sich die Suspension schwer

verpumpen läßt, ζ. B. zwecks Zirkulierung der Suspension durch den Reaktor und durch einen Wärmeaustauscher.

In diesem Zusammenhang wurde in der Patentanmeldung St 9061 VIIIc/2ig bereits vorgeschlagen, die Suspension außerhalb des Kernreaktors zu verdünnen mit einer zusätzlichen Menge Trägerflüssigkeit, die wieder abgeschieden wird, bevor die Suspension wieder in den Kernreaktor eintritt, und die Beförderung der Suspension, z. B. durch Pumpenwirkung, mit der verdünnten Suspension durchzuführen.

Da für einen heterogenen Suspensionsreaktor

viele Rohre, beispielsweise hundert, erforderlich sind, führt das besagte Verfahren eine verwickelte Konstruktion des notwendigen Leitungssystems herbei.

Beim Gegenstand der Erfindung werden spezielle Reaktorrohre angewandt, wodurch eine weit einfächere Konstruktion erzielt wird.

Die in den Patentansprüchen des näheren gekennzeichnete Erfindung wird an Hand der Zeichnungen erläutert.

Fig. ι stellt das Schema eines Reaktors dar, bei dem erfindungsgemäße Rohre Anwendung finden; Fig. 2 bis 4 zeigen in schematischer Weise Reaktorrohre verschiedener Konstruktion.

In Fig. ι ist der Reaktor von einem Hochdruckmantel ι umgeben, innerhalb dessen sich der Reflektor I₀ befindet, worin der Raum 2 für den Moderator, z. B. schweres Wasser, ausgespart ist. Dieses schwere Wasser kann über einen Wärmeaustauscher (nicht in der Zeichnung vorhanden) rundgepumpt werden. Der Hochdruckmantel 1 ist notwendig, da der Reaktor auf einem hohen Temperaturniveau betrieben werden muß.

Innerhalb des Raumes 2 sind die Reaktorrohre 3 angebracht. Die Figur zeigt nur zwei dieser Rohre; in der Wirklichkeit sind etwa hundert Rohre notwendig.

Die Wand 4 dieser Rohre (s. die Fig. 2 bis 4) ist an der Außenseite mit einer isolierenden Schicht 5 ausgekleidet. Das Ganze kann aus Berylliumoxyd hergestellt sein. Auch anderes Material kann Anwendung finden, z. B. eine Aluminiumwand, die an der Außenseite mit einer Schicht porösen Kohlenstoffs ausgekleidet ist.

Gemäß der Erfindung weisen diese Rohre an der oberen Seite einen Hydrozyklon 6 mit einer Tangentialzuleitung 7, einer Ablaßöffnung 8, welche in das Rohr 3 mündet, und einer im Rohrinnern angebrachten Überlaufleitung 9 auf. Diese Leitung läuft zentral durch die Ablaßöffnung 8 und weiterhin durch das Reaktorrohr hindurch bis zum unteren Ende 10, wo sie in der Nähe der Ablaßöffnung 11 dieses Rohrs endet.

Durch Anwendung der erfindungsgemäßen Reaktorrohre läßt sich die Ausdehnung des Leitungssystems für die konzentrierte Brennstoffsuspension auf ein Mindestmaß beschränken.

Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Reaktorrohr zusammengesetzt, wie in Fig. 3 dargestellt. Die Überlaufleitung 9 ist hier an der Innenwand 4 des Rohres entlang geführt. Hierdurch wird der Einfang von Resonanzneutronen durch die in der Leitung 9 strömende Flüssigkeit grundsätzlich eingeschränkt, und weiterhin ermöglicht diese Lage der Leitung 9 eine einfachere Befestigung an dem Reaktorrohr.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Reaktorrohr weist die Mündung der Überlaufleitung 9 eine tangentiale Richtung hinsichtlich der Innenwand des Reaktorrohrs auf. Hierdurch wird der ausströmenden Trägerflüssigkeit eine rotierende Bewegung erteilt, wodurch eine innigere Mischung der konzentrierten Suspension mit der Trägerflüssigkeit erzielt wird.

Beim Betrieb des Reaktors wird eine mehr oder weniger verdünnte Brennstoffsuspension, beispielsweise von Uranoxyd in schwerem Wasser, aus dem Gefäß 11 durch die Leitung 12 und die mit Absperrventilen 13 versehenen Tangen tialzuleitungen 7 in die Eindickhydrozyklone 6 geleitet. In diesen Hydrozyklonen wird die Suspension eingedickt, worauf sie durch Schwerkraftwirkung durch die Rohre 3 mit zugespitztem unterem Ende 10 geleitet wird.

Dabei wird die Suspension infolge der Kernreaktion zu einer hohen Temperatur erhitzt. Das in dem Hydrozyklon abgetrennte schwere Wasser läuft durch die Überlauf leitung 9 hinunter und wird in der Spitze des Reaktorrohrs wieder mit der Suspension vermischt, wodurch diese wieder dünnflüssig wird.

Die heiße Suspension wird danach durch einen Wärmeaustauscher 14 geleitet und strömt anschließend durch die Leitung 15 in das Steigrohr 16, wo sie durch die Wirkung eines mittels der Pumpe 20 herangeführten indifferenten Gases, z. B. Helium, in das Gefäß 11 befördert wird.

Hier findet eine Abtrennung des Gases statt, das durch die Vorrichtung 17, in der eventuell zersetztes schweres Wasser rekombiniert wird, einen Kondensator 18, in dem das schwere Wasser abgetrennt wird, und durch eine Reinigungsanlage 19 nach der Pumpe 20 befördert wird, mit deren Hilfe das Gas wieder in das Steigrohr 16 gepreßt wird. Das in dem Kondensator 18 abgetrennte schwere Wasser kann durch Öffnung des Absperrventils 21 wieder in das Gefäß 11 zurückgeführt werden.

Ist zuviel Feststoff in der zirkulierenden. Suspension vorhanden, so kann durch die mit einem Absperrventil 23 versehene Leitung 22 ein Teil der Suspension in den Eindickhydrozyklon 24 hineingeleitet werden. Es läßt sich mit dem Regelhahn 30 eine Regulierung der Eindickwirkung des Hydrozyklons 24 erzielen. Das abgetrennte schwere Wasser fließt anschließend durch die Leitung 26 und die Reinigungsanlage 27 in die Leitung 15 zurück, wo es zur Verdünnung der zirkulierenden Suspension iao Anwendung finden kann.

Die eingedickte Suspension setzt sich darauf im Vorratsbehälter 25 ab. Soll die zirkulierende Suspension eine etwas höhere Konzentration haben, so kann dazu das Ventil 32 geöffnet werden, wodurch eingedickte Suspension zufließt, wobei, wenn nötig,

durch die mit einem Ventil 33_a ausgestattete Leitung 33 schweres Wasser oder verdünnte Suspension zugeleitet werden kann-, um die eingedickte Suspension dünnflüssig zu machen.
Soll die Suspension aus den Reaktorrohren entfernt werden, so kann man dazu das Ventil I2_a schließen und die Suspension über den Hydrozyklon 24 in den Behälter 25 hinüberleiten. Die abgeschiedene Trägerflüssigkeit wird dann über das Ventil 31 und durch die Leitung 12 in die Reaktorrohre geleitet, was zur Folge hat, daß die darin befindliche Suspension durch Flüssigkeit ersetzt wird. Es wird einleuchten, daß es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich ist, eine verschiedene Durchflußgeschwindigkeit der Brennstoffsuspension in den verschiedenen Rohren anzusetzen, und zwar indem man Hydrozyklone 6 wählt, die voneinander abweichen, oder indem man den Zuführungsdruck mit Hilfe des Regelventils 13 jeweils aufs neueeinstellt und/oder indem man die Zentralüberlauföffnung variiert. Dadurch kann erreicht werden, daß die Temperatur der Suspension an dem Augenblick, wo diese die Reaktorrohre verläßt, für alle Rohre optimal ist. Auch gehört es zum Erfindungsbereich, die Leitung 12 zu den Reaktor rohren derart zu spalten, daß Zweigleitungen zu einer Anzahl von Rohrsystemen führen, die jedes für sich zu regeln sind.

Das ganze System kann im Notfalle mit Hilfe eines Sicherheitsventils 34 schnell entleert werden.

Die Leitungen usw. außerhalb des Hochdruckmantels ι müssen druckfest ausgeführt werden, um den Druck der Trägerflüssigkeit bei den erforderlichen hohen Temperaturen aushalten zu können.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Kernreaktor, bei dem der Kernbrennstoff in Form einer Suspension fester spaltbarer Materie in einer Flüssigkeit, wie gewöhnlichem oder schwerem Wasser, durch eine Mehrzahl von Reaktoa;rohren fließt, die innerhalb des Reaktors angebracht sind, wobei die Suspension, ehe sie in die Reaktorrohre hineinströmt, eingedickt und später wieder zu einer verpumpbaren Suspension verdünnt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in das obere Ende jedes Reaktorrohres die Ablaßöffnung eines Eindickhydrozyklons mündet, während die Überlauföffnung dieses Hydrozyklons sich am oberen Ende einer Überlaufleitung befindet, welche sich durch die Ablaßöffnung und das Reaktorrohr hindurch bis nahe an das untere Ende des Reaktorrohrs erstreckt.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlaufleitung an der Innenwand des Reaktorrohrs entlang führt.

3. Kernreaktor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende der Überlaufleitung hinsichtlich des Reaktorrohrs tangential gerichtet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 609 548/415 6.56 (609 777 1. 57)