DE1191499B - Atomkernreaktor mit durch eine regelbare Kuehlmittelstroemung aufwirbelbaren Spaltstoff-partikeln - Google Patents

Description

• Atomkernreaktor mit durch eine regelbare Kühlmittelströmung aufwirbelbaren Spaltstoffpartikeln Die Erfindung bezieht sich auf einen Atomkernreaktor mit durch eine regelbare Kühlmittelströmung innerhalb eines Reaktorgefäßes aufwirbelbaren und innerhalb desselben verbleibenden Spaltstoffpartikeln, die sich im abgeschalteten Zustand des Reaktors auf einem Siebboden ablagern.
• Es ist eine heterogene Atomkernreaktoranordnung bekannt, bei welcher der Spaltstoff im Ruhezustand des Reaktors in Form regelmäßiger oder unregelmäßiger Teile auf dem perforierten trichterförmigen Boden des Reaktorkessels liegt. Durch die Kühlmittelströmung werden diese Spaltstoffpartikeln aufgewirbelt, so daß erst durch die hierbei entstehende Verteilung zwischen dem Spaltstoff und dem auch als Moderator wirkenden Kühlmittel der kritische Zustand des Reaktors erreicht wird. Da der siebartige Boden trichterförmig gestaltet ist, sammeln sich bei Stillegung der Moderatorzirkulation die Brennstoffpartikeln in der Zentralzone an, was speziell bei angereichertem Brennstoff aus Sicherheitsgründen zu vermeiden ist.
• Es sind weiterhin Atomkernreaktoren mit einem ebenen Siebboden bekanntgeworden. Durch diesen wird wohl eine etwas gleichmäßigere Ablage der Spaltstoffpartikeln ermöglicht, jedoch ist auch hier nicht die vollkommene Gewähr zur Vermeidung kritischer Ansammlungen gegeben, da Störungen in der Ablagerung z. B. durch Fehler in der Kühlmittelzuführung nicht mit Sicherheit vermieden werden können.
• Weiterhin ist zur Durchwirbelung des gesamten Reaktorvolumens mit Spaltstoffpartikeln eine verhältnismäßig große Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels erforderlich, ganz abgesehen davon, daß es schwierig ist, eine statistisch gleichmäßige Verteilung des Spaltstoffs zu erreichen, was natürlich auch seine Auswirkungen auf die Ablagerung hat. Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Nachteile bei dem eingangs genannten Atomkernreaktor dadurch, daß erfindungsgemäß der Siebboden die Form eines aufrecht stehenden, geraden Kreiskegelmantels aufweist. Dadurch wird beim Abschalten des Reaktors eine ringförmige Ausbildung der Spaltstoffansammlung auf dem Siebboden erzwungen und auf diese Weise eine kritische Ansammlung mit Sicherheit vermieden. In der gleichen Richtung wirkt die weiterhin vorgeschlagene Anordnung mehrerer derartiger Siebböden in Etagen übereinander sowie die Anordnung radialer Zwischenwände bzw. koaxialer Zylinder innerhalb des Reaktorgefäßes.
• Die F i g. 1 bis 5 erläutern das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung, wobei F i g. 1 die bisher bekannte Ausführungsform eines derartigen Reaktortyps schematisch darstellt. Darin ist der Reaktorkessel mit 2, der trichterförmige Siebboden mit 3 und die darauf befindlichen Spaltstoffpartikeln mit 4 bezeichnet. Am oberen Ende des Reaktorkessels befindet sich eine siebartige Sperre 7, damit nicht Spaltstoffpartikeln aus dem Reaktorkessel herausgespült werden können. Aus dieser Skizze ist deutlich ersichtlich, daß im Ruhezustand eine Zusammenballung von Spaltstoffpartikeln in der Mitte des Siebbodens stattfindet.
• Die weiteren F i g. 2 bis 5 stellen verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Bei diesen wird eine Konzentration des Spaltstoffmaterials in der Mitte vermieden, so daß sich der Sicherheitsgrad des Reaktors erhöht. In F i g. 2 weist der Reaktorkessel 2 nicht mehr einen trichterförmigen, sondern einen kegelförmigen siebartigen Boden auf. Bei Stillstand der Moderatorzirkulation rollen dadurch die Brennstoffpartikeln auseinander und bilden eine ringförmig verteilte Anordnung. Diese verbürgt dann - speziell bei Verwendung von angereicherten Brennstoffen - eine größere Sicherheit als eine gehäufte Lagerung. Durch die Anordnung der Löcher in diesem siebartigen Boden kann außerdem die Kühlmittelströmung innerhalb des Reaktorkessels beeinfiußt werden. Da die Spaltstoffteilchen während des Betriebes über den gesamten Reaktorraum aufgewirbelt werden müssen, ist eine erhebliche Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels erforderlich. Diese hohe Strömungsgeschwindigkeit kann durch die Anordnung gemäß der Erfindung in F i g. 3, in welcher mehrere siebbodenartige Trennwände etagenartig übereinander angeordnet sind, vermieden werden. In jeder Etage befindet sich ein Teil des benötigten Spaltstoffmaterials, das sich im Ruhezustand ähnlich wie in F i g. 2 in den Randzonen der Siebböden ablagert und damit unerwünscht hohe Spaltstoffansammlungen noch weiter vermindert. Gleichzeitig müssen die einzelnen Spaltstoffpartikeln während des Betriebes nur um einen Teil der Kesselhöhe aufgewirbelt werden. Dies bedeutet, daß die Kühlmittelströmung und damit die Pumpleistung wesentlich geringer gehalten werden kann.
• F i g. 4 zeigt in Ergänzung zu F i g. 2 eine Anordnung gemäß der Erfindung, in welcher zusätzlich koaxiale Trennwände 5 im Reaktorkessel eingebaut sind.
• In ähnlicher Weise kann in Weiterbildung der Erfindung eine Anordnung gemäß F i g. 5 vorteilhaft sein, in der radiale Trennwände 6 vorgesehen sind. Durch die Unterteilung des Reaktors in mehrere radiale und/oder koaxiale Zonen kann in jeder Zone für sich der Brennstoff nachgefüllt bzw. ausgetauscht werden, so daß damit die Möglichkeit einer genau kontrollierbaren Beschickung gegeben ist.
• Die Beschickung selbst kann nach den üblichen Methoden erfolgen, jedoch kann auch eine von außen steuerbare vertikale oder radiale Bewegung der siebartigen Böden oder Wände für diesen Zweck vorgesehen werden.
• Diese verschiedenartigen Trennwände können außerdem vorteilhaft ganz oder teilweise mit Hohlräumen versehen werden, um geeignete Stoffe zur Regelung des Atomreaktors hindurchzupumpen.
• Gegenüber der bekannten Anordnung nach F i g. 1 ist es weiterhin möglich, die Kühlmittelströmung in verschiedenen Zonen des Reaktors durch nicht gezeichnete Mittel verschieden stark zu halten und damit eine günstige Verteilung der Brennstoffpartikeln und somit eine gewünschte Flußverteilung zu erzielen.
• Selbstverständlich sind auch noch andere Ausführungsformen des Erfindungsgedankens denkbar, insbesondere können auch Kombinationen verschiedener Aufteilungsprinzipien zweckmäßig sein.

Claims (6)

1. Patentansprüche: 1. Atomkernreaktor mit durch eine regelbare Kühlmittelströmung innerhalb eines Reaktorgefäßes aufwirbelbaren und innerhalb desselben verbleibenden Spaltstoffpartikeln, die sich im abgeschalteten Zustand des Reaktors auf einem Siebboden ablagern, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß der Siebboden die Form eines aufrecht stehenden, geraden Kreiskegelmantels aufweist.
2. 2. Atomkernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche weitere in Etagen übereinanderliegende Siebböden der gleichen Art vorgesehen sind.
3. 3. Atomkernreaktor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vergleichmäßigung der Spaltstoffablagerung mehrere radiale Zwischenwände innerhalb des Reaktorkessels vorgesehen sind.
4. 4. Atomkernreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vergleichmäßigung der Spaltstoffablagerung Trennwände in Gestalt von koaxialen Zylindern innerhalb des Reaktorkessels vorgesehen sind.
5. 5. Atomkernreaktor nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil dieser Wände mit Hohlräumen zur Aufnahme von Steuerungsstoffen versehen ist.
6. 6. Atomkernreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vergleichmäßigung der Spaltstoffablagerung koaxiale Trennwände und/oder radial vor der Gefäßlängsachse nach außen zur Gefäßwand sich erstrekkende Trennwände vorhanden sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1026 452; britische Patentschriften Nr. 792113, 749 064; »Atompraxis«, 1959, Heft 12, S. 502/503; »Mechanical Engineering«, 1958, Heft 12, S. 80.