DE1111746B - Stoffgemisch fuer Moderatoren und Reflektoren der Kerntechnik - Google Patents

Description

• Stoffgemisch für Moderatoren und Reflektoren der Kerntechnik Die Erfindung bezieht sich auf ein Stoffgemisch für Moderatoren und Reflektoren der Kerntechnik, insbesondere für Kernreaktoren. Erfindungsgemäß besteht das Stoffgemisch aus Neutronen bremsenden und reflektierenden hochreinen Stoffen festen Aggregatzustandes und aus Neutronen bremsenden und reflektierenden hochreinen Stoffen flüssigen und gasförmigen Aggregatzustandes in Mengen, die über dem Adsorptionsgleichgewicht liegen.
• Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Schwierigkeiten, die durch die Adsorption von leichtem Wasser an Graphit bedingt sind, dadurch zu umgehen, daß das Graphitpulver nach seiner endgültigen Reinigung mit einem sehr kleinen Prozentsatz von schwerem Wasser versetzt wird, wobei es unter Umständen schon genügt, die Graphitpräparate in eine Luftatmosphäre einzubringen, die zunächst getrocknet und dann mit schwerem Wasserdampf gesättigt oder zumindest versetzt wurde.
• Während es sich hierbei um eine Verdrängungsadsorption des leichten Wassers durch schweres Wasser bzw. schweren Wasserstoff an einem homogenen Körper handelt, betrifft das Stoffgemisch gemäß der Erfindung einen zweiphasigen Körper, der aus einem hochreinen pulverförmigen Moderator- und Reflektorstoff festen Aggregatzustandes und einer hochreinen Moderator- und Reflektorsubstanzflüssigen oder gasförmigen Zustandes in solchen Mengen besteht, die größer sind als das Adsorptionsgleichgewicht.
• Es ist weiterhin Erkenntnis der vorliegenden Erfindung, daß auch relativ locker gefügte, insbesondere pulverförmige Massen aus hochreinem Graphit, vorzugsweise kristallinem Schuppengraphit, sowie aus anderen Brems- oder Reflexionssubstanzen festen Aggregatzustandes, wie Beryllium, Berylliumoxyd u. dgl., für die gleichen Zwecke hervorragend geeib net sind, wenn die Zwischenräume zwischen den einzelnen Masseteilchen durch flüssige oder unter Umständen auch gasförmige Brems- oder Reflexionsmittel ausgefüllt werden.
• Solche Füllmittel sind beispielsweise: schweres Wasser, Lösungen von Berylliumverbindungen, schwerer Wasserstoff, Helium usw.
• Besondere Vorteile bietet die Verwendung einer pulverförmigen Masse aus hinreichend großen Graphitschuppen in paralleler Orientierung, die mit schwerem Wasser als Hohlraumfüller und Bremsmittel durchtränkt ist und in geeigneten Abständen das aktive Material, z. B. in einem abgeschlossenen Röhrensystem, enthält (z. B. in von einem Kühlmittel durchflossenen Rohren). Diese Mehrstoffkombination profitiert 1. von der besonders starken Bremswirkung des schweren Wassers, 2. von der Mitverwendung von Graphit als Bremsmittel, welche im Vergleich zu den nur schweres Wasser enthaltenden Bremsanordnungen beträchtliche Mengen dieses letzteren, sehr kostspieligen Materials einspart, und 3. von der Parallelorientierung der Graphitschuppen und der daraus resultierenden Nutzbarmachung einer »anisotropen« Bremswirkung auf die Neutronen, die mit schwerem Wasser allein nicht zu erreichen wäre.
• Infolge der extremen Struktur-Anisotropie des Graphitgitters (Massenanhäufung in den Gitterebenen, Massenleere zwischen den weit voneinander entfernten Gitterebenen) wirkt nämlich der kristalline Graphit in verschiedenen Richtungen verschieden stark bremsend auf die bei der Kernspaltung (z. B. des Urans) frei werdenden Neutronen. Die in der Bremsmasse parallel gelagerten kristallinen Graphitschuppen, von denen jede trotz vieler Störstellen eine deutliche Richtungsorientierung im Sinne eines Einkristallgitters aufweist, bringen einen Richteffekt auch in ihrer Gesamtheit zustande. Von den unvermeidlichen Verlusten abgesehen, treffen also nach einer gewissen Anzahl von Kollisionen stark gebremste (thermische) und weniger stark gebremste (epithermische) Neutronen gleichzeitig auf die aktive Masse, die beispielsweise aus Uran oder Uranverbindungen in natürlichem oder angereichertem Isotopenverhältnis (U235, U238) bestehen und in festem, flüssigem oder gelöstem bzw. suspendiertem Zustand vorliegen kann. Die langsamen Neutronen spalten dabei die U-235-Atome und erhalten die Kettenreaktion aufrecht, die schnelleren Neutronen dagegen verwandeln in der Hauptsache die U-238-Atome in Plutonium, d. h. also in anderes spaltbares Material. Somit läßt sich der Umwandlungs- bzw. Brutprozeß in der Betriebsweise und mit allen technischen Vorteilen eines thermischen Reaktors durchführen, insbesondere wenn die vergiftenden Spaltprodukte ständig beseitigt werden.
• Die beschriebene Schwerwasser-Graphit-Masse mit parallel gelagerten Graphitschuppen ist fernerhin zur Ausübung von Richteffekten auf Neutronen, etwa bei der Verwendung als Reflektor, hervorragend geeignet. Sie ermöglicht (durch gespiegelte Reflexion an den Gitterebenen) die Zurücklenkung vieler schräg auftreffender langsamer Neutronen in den Reaktorkern und erzielt damit eine Verringerung der Diffusionsverluste und folglich eine beträchtliche Verbesserung der Neutronenökonomie, mit der eine Erhöhung des effektiven Wirkungsgrades des Reaktors einhergeht.
• Für die Verwirklichung der Erfindung, insbesondere für die Parallellagerung der hinreichend großen Graphitschuppen innerhalb des Stoffgemisches und für die Ausfüllung der Hohlräume mit Füllmitteln, lassen sich verschiedene Wege einschlagen. So kann beispielsweise der pulverförmige Schuppengraphit mit schwerem Wasser zu einer dünnflüssigen Suspension angerührt und chargenweise in den für das Bremsmittel vorgesehenen Raum innerhalb des Atombrenners eingebracht werden, wobei sich die Graphitschuppen in waagerecht-paralleler Orientierung absetzen. Das überstehende Wasser der einzelnen Chargen wird sodann bis zum jeweiligen Graphitniveau abgelassen und das ganze Verfahren bis zur Füllung des Bremsraumes mit Graphit wiederholt. Mitunter ist auch eine primäre Parallellagerung des trockenen Schuppengraphits in dem vorgesehenen Bremsraum des Reaktors durch ganz allmähliches Einrieselnlassen des Graphitpulvers aus geeigneter Fallhöhe mit anschließender Evakuierung des Behälters zweckmäßig, worauf das flüssige oder gasförmige Füllmittel nachgesaugt werden kann.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Stoffgemisch für Moderatoren und Reflektoren der Kerntechnik, insbesondere für Kernreaktoren, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Neutronen bremsenden und reflektierenden hochreinen Stoffen festen Aggregatzustandes und aus Neutronen bremsenden und reflektierenden hochreinen Stoffen flüssigen oder gasförmigen Aggregatzustandes in Mengen, die über dem Adsorptionsgleichgewicht liegen, besteht.
2. 2. Stoffgemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten festen Aggregatzustandes in pulverförmigem Zustand vorliegen.
3. 3. Stoffgemisch nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten festen Aggregatzustandes aus Graphit, Beryllium, Berylliumoxyd bestehen.
4. 4. Stoffgemisch nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten flüssigen oder gasförmigen Aggregatzustandes aus schwerem Wasser, schwerem Wasserstoff, Helium bestehen.
5. 5. Stoffgemisch nach jedem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Brems-oder Reflexionsstoff festen Aggregatzustandes kristalline Graphitschuppen paralleler Orientierung Verwendung finden. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1010 663.