DE1299364B

DE1299364B - Atomkernreaktor mit geschmolzenem Salz als Brennstoff und geschmolzenem Metall als Kuehlmittel

Info

Publication number: DE1299364B
Application number: DEU12359A
Authority: DE
Inventors: Bettis Edward Sherwood
Original assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Current assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Priority date: 1965-01-14
Filing date: 1966-01-12
Publication date: 1969-07-17
Also published as: FR1459594A; US3262856A; BE674455A; GB1119990A

Description

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DieErfindungbeziehtsichauf einenAtomkernreaktor Um die Brennstoffschmelze zu kühlen und in

mit geschmolzenem Salz als Brennstoff und geschmol- Umlauf zu setzen, läßt man beim Atomkernreaktor zenem Metall als Kühlmittel, wobei ein Kühlmittel- gemäß der Erfindung die aus geschmolzenem Metall behälter und Mittel vorgesehen sind, die das geschmol- bestehende Kühlmittelschmelze direkt durch die aus zene Metall von dem Kühlmittelbehälter durch die 5 geschmolzenem Salz bestehende Brennstoffschmelze das geschmolzene Salz als Brennstoff enthaltende aktive senkrecht hindurchfallen.

Kernzone unter Abführung von Wärme befördern. Eine aktive Zone geschmolzenen Salzes schwimmt

Bei einem bekannten Atomkernreaktor dieser Art auf einem Vorrat an geschmolzenem Metall, die in (vgl. französische Patentschrift 1190 253) strömt einem Kessel bzw. Behälter enthalten sind. Senkrechte das Kühlmittel durch die aktive Zone durchsetzende io Graphitröhren bzw. -säulen bilden Brennstoffkanäle Wärmetauscherrohre, d.h., der Kühlmittelstrom und bzw. Neutronenmoderatoren in der aktiven Reaktorder Brennstoffstrom werden in getrennten Kreisläufen zone. Eine als Brutstoff dienende Salzschmelze umgeführt, was einmal einen verhältnismäßig großen spült die Graphitsäulen und unterliegt damit dem Aufwand bezüglich des notwendigen Wärmetauschers Brutvorgang.

bedingt, während zum anderen auch der Wärme- 15 Die direkte Kühlung der als Brennstoff dienenden austausch verhältnismäßig schlecht ist und sich bei Salzschmelze wird erreicht, indem man nicht mischlängerem Betrieb der Anlage infolge Ablagerung an bares Kühlmittel direkt durch die Salzschmelze tropfen den Wärmetauscherrohren noch weiter verschlechtert. läßt, um aus dieser die Wärme abzuführen, ohne Bei diesem bekannten Atomkernreaktor befindet sich Verwendung eines Wärmeaustauschers. Das gewählte weiterhin ein beträchtlicher Teil des Brennstoff- so Kühlmittel muß eine größere Dichte als das geschmolvolumens außerhalb der aktiven Zone, was konstruktiv zene Salz haben, um das Salz auf dem Kühlmittel und betrieblich bedeutende Sicherheitsvorkehrungen schwimmen zu lassen und die Pumpwirkung zu fördern erforderlich macht, um ein unbemerktes Kritisch- und nach der Berührung des Kühlmittels mit dem werden des Brennstoffs an einer anderen Stelle als geschmolzenen Salz die Trennung der Phasen zu erder aktiven Kernzone zu verhindern. 25 leichtern. Das Kühlmittel muß sich auch mit dem Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen geschmolzenen Salz vertragen und physikalische und Atomkernreaktor mit verbessertem Wärmeaustausch nukleare Eigenschaften haben, die seine Verwendung zwischen der Kühlmittelschmelze und der Brennstoff- unter den Betriebsbedingungen des Reaktors zulassen, schmelze zu schaffen, wobei weiterhin auch die Zu den wichtigen physikalischen und nuklearen gesamte Brennstoffschmelze im wesentlichen in der 30 Eigenschaften gehören Strahlungsstabilität, Dampf-Kernzone des Reaktors verbleibt. druck, Schmelzpunkt und Wärmeleitfähigkeit. Metalli-

Diese Aufgabe wird beim eingangs genannten sches Blei erfüllt alle im wesentlichen an das Kühl-Atomkernreaktor dadurch gelöst, daß erfindungs- mittel zu stellenden Anforderungen und wird bei dem gemäß die aktive Kernzone auf dem Kühlmittel nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel verschwimmt. Auf diese Weise ist es möglich, die Kühl- 35 wendet, wo es die zahlenmäßig vorgesehenen Ergebmittelschmelze direkt durch die Brennstoffschmelze nisse ergibt.

strömen zu lassen, was einen Wärmetauscher über- Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern,

flüssig macht und einen optimalen Wärmeaustausch wird zunächst auf Fig. 1 der Zeichnung Bezug zur Folge hat. Durch die durch die Brennstoffschmelze genommen, in der ein thermischer Brutreaktor nach hindurchströmende Kühlmittelschmelze wird weiterhin 40 der Erfindung veranschaulicht ist. Dem Entwurf in auch gleichzeitig die Brennstoffschmelze in Bewegung Fig. 1 liegt ein Leistungsniveau von 2500 thergesetzt und in Umlauf gebracht, so daß zusätzliche mischen Megawatt zugrunde.

Nebenapparaturen, wie z.B. Pumpaggregate od.dgl., Fig. 1 zeigt einen Teil des Reaktors im Schnitt

für die Brennstoffschmelze fortfallen können, was zur über die gesamte Höhe und in ausreichender Größe, Folge hat, daß die gesamte Brennstoffschmelze im 45 um seinen Aufbau und seine Arbeitsweise zu verdeutwesentlichen in der Kernzone des Reaktors ver- liehen. Die übliche Nebenausrüstung, wie Turbinen, bleiben kann. Kondensatoren und Generatoren ist zur Vereinfachung

Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus weggelassen, zumal diese Ausrüstung der in der den Unteransprüchen. Energieerzeugungstechnik bekannten entspricht.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der 50 Ein großer Behälter 1 ist im wesentlichen mit ge-Zeichnungen, in denen zwei Ausführungsformen des schmolzenem Blei 2 gefüllt. Der Behälter 1 hat in erfindungsgemäßen Reaktors in beispielhafter Weise der waagerechten Ebene eine kreuzförmige Gestalt, dargestellt sind, näher beschrieben. Es zeigt und im Schnittpunkt des kreuzförmigen Behälters ist

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch einen auf diesem ein zylindrischer Reaktorkessel bzw. Ausschnitt eines Atomkernreaktors gemäß der Er- 55 -tank 3 angeordnet. Der Reaktorkessel hat einen findung, Durchmesser von 3,65 m und eine Höhe von 3,65 m.

Fig. 2 in größerem Maßstab einen Längsschnitt Die Ausbildung des Reaktors ist ferner in Fig. 3 durch ein Brennstoffrohr aus Graphit für den Atom- veranschaulicht, wo eine waagerechte Aufsicht des kernreaktor gemäß Fig. 1, Bleibehälters und des Reaktorkerns schematisch dar-

Fig. 3 eine Aufsicht des Reaktors gemäß Fig. 1, 60 gestellt ist. Die Höhe des geschmolzenen Bleis 2 in wobei ein Schenkel des Kühlmittelbehälters auf- dem Behälter 1 beträgt 3,96 m, wobei über dem Blei geschnitten ist, eine Höhe von 0,3 m für Inertgas frei bleibt. Jeder

F i g. 4 eine Seitenansicht der sich in dem auf- Schenkel des Behälters hat innen eine Breite von 6,1 m geschnittenen Schenkel des Kühlmittelbehälters gemäß und eine Länge von 9,1 m bei einer Höhe von 4,26 m. Fig. 3 befindenden Dampferzeugungseinrichtung, 65 Zentrifugalpumpen 4 sind am Ende jedes Behälter-

Fig. 5 einen senkrechten Schnitt durch eine ab- schenkeis angeordnet, wo sie geschmolzenes Blei abgewandelte Ausführungsform des erfindungsgemäßen ziehen und durch Rückleitungen 5 zur Oberfläche Atomkernreaktors. des Reaktorkessels 3 zurückpumpen. Die Rück-

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leitungen 5 endigen in Verteilern 6, die das geschmol- auf 593⁰C erhitzt, wenn sie durch die Fallrohre 7 zene Blei senkrecht nach unten in 24 Fallrohre 7 aus fallen. Die Temperatur des den Brennstoff bildenden Graphit entleeren, die die Mantelzone 8 des Reaktors geschmolzenen Salzes nimmt ab, bis ein Wärmesenkrecht durchsetzen. Die Graphitfallrohre haben gleichgewicht mit dem Blei in den Fallrohren erreicht einen Innendurchmesser von 35,56 cm und eine 5 ist, und beträgt ebenfalls 593° C am Fuß der Fallrohre Wandstärke von 2,54 cm. Wenn das geschmolzene und in der Zone 14 über dem geschmolzenen Blei im Blei durch die Fallrohre 7 herabfällt, mischt es sich Behälter 1 am Eingang der aktiven Kernzone. Beim innig mit dem Brennstoff 9 aus geschmolzenem Salz, Aufstieg durch die von den Brennstoffrohren 15 geso daß ein Umlauf des geschmolzenen Salzes durch bildete aktive Kernzone erhöht sich die Temperatur die Zugkraft verursacht wird, die die schwereren io des geschmolzenen Salzes von 593 auf 758⁰C.
Bleitröpfchen auf das Salz beim Hindurchfallen aus- Der Reaktor arbeitet als Brutreaktor mit Uran als üben. Zusätzlich zu der Erzeugung eines Umlaufs des Spaltmaterial und Thorium als Brutmaterial. Jeder geschmolzenen Salzes wird durch das geschmolzene dieser Stoffe liegt in Form eines Fluoridsalzes vor, Blei auch die Wärme abgeführt, die in dem Salz er- das in einer komplexen Schmelze der Fluoride von zeugt wird, wenn das Salz durch die aktive Kernzone 15 Beryllium und Lithium-7 gelöst ist. Die beiden fließt und gespalten wird. Eine ähnliche Umlauf- und Fluoride werden getrennt gehalten, wobei der Umlauf Abführungsanordnung ist für das den Mantel bildende des Brennstoffsalzes durch den Kern des Brutstoff-Salz vorgesehen. Mehrere Auslässe 10 des Verteilers 6 salzes in der Mantelzone 8 und zwischen den Graphitentleeren das Blei direkt in die Mantelzone 8. Das Blei säulen der aktiven Kernzone erfolgt. Der Umlauf fällt durch die Zone 8, bis es die Bleischicht 11 er- ao und die Abkühlung jedes der beiden Flüssigkeitsreicht, die den unteren Rohrboden 12 bedeckt. ströme wird durch das herabfallende Blei bewirkt.

Die erhitzten Bleitröpfchen, die durch die Fall- Der Reaktorkessel 3 ist ein über dem kreuzförmigen

rohre 7 fallen, bewegen sich weiter abwärts, bis sie Behälter 1 mittig angeordneter Zylinder 19 mit einem

auf die Oberfläche 13 des geschmolzenen Bleis im angeflanschten domartigen Deckel 20. In diesem

Behälter 1 auftreffen und sich mit diesem vereinigen. 35 Zylinder befindet sich ein metallischer oberer Rohr-

Das den Brennstoff bildende geschmolzene Salz, das boden 21 und ein metallischer unterer Rohrboden 12,

eine Dichte von annähernd einem Viertel derjenigen die einen Abstand von 3,05 m haben. Senkrecht aus-

des geschmolzenen Bleis hat und mit diesem nicht gerichtete Brennstoffrohre 15 aus Graphit verlaufen

mischbar ist, trennt sich von dem Blei und schwimmt zwischen den Rohrboden 21 und 12 und bilden

auf diesem in der Zone 14, bevor es durch die Brenn- 30 Brennstoffkanäle, durch die das den Brennstoff bil-

rohre 15 aus Graphit hochsteigt, wo es an der Spalt- dende Salz fließt. Um die Rohre 15 herum sind Ab-

reaktion teilnimmt. Die Brennstoffrohre 15 aus Gra- schnitte 22 aus Graphit als Moderator angebracht,

phit sind in ihren Einzelheiten in F i g. 2 dargestellt. die einen sechseckigen Querschnitt auf eine Länge

Die Bleitröpfchen, die die durch Spaltung erzeugte von 1,8 m bilden, während an jedem Ende Rohrlängen Wärme dem als Brennstoff dienenden geschmolzenen 35 von 0,61 m ohne Moderator bleiben. Gelochte Graphit-Salz beim Durchgang durch die Fallrohre entzogen rohre 23 bilden senkrechte Stützen für die Abhaben, vereinigen sich mit dem Blei im Behälter 1 schnitte 22 des Moderators. Die Brennstoffrohre während der Weiterbewegung abwärts und auswärts haben einen Innendurchmesser von 10,16 cm und durch jeden der Schenkel des Behälters 1 unter der eine Wandstärke von 9,52 m und sind in einem tri-Wirkung der Zentrifugalpumpen 4, die Blei von den 40 gonalen Gitter angeordnet, wobei ein Rohrbündel von Enden der Behälterschenkel abziehen, um es wieder 2,73 m Durchmesser gebildet wird. Um die aktive durch den Reaktor in Umlauf zu setzen. Bei seiner Kernzone herum bleibt eine 0,61 m dicke ringförmige Bewegung durch die Behälterschenkel nach außen Mantelzone 8, die Thorium enthält. Das thoriumströmt das heiße Blei um die Verdampferrohre 44 haltige Salz, das die Mantelzone 8 ausfüllt, durchherum, die in Fig. 4 dargestellt sind, an die es 45 dringt auch die Zwischenräume zwischen den Abeinen Teil seiner Wärme zur Erzeugung von Dampf schnitten aus Graphit 22 in der aktiven Kernzone, abgibt. Die Rohre 44 sind direkt in jeden Schenkel Ein Niobiumbelag von 0,5 mm ist auf der Innenfläche des Behälters eingesetzt und können für Reparatur- des Zylinders 19 vorgesehen, um Korrosion des zwecke aus diesem herausgenommen werden. In jedem Zylinders durch Berührung mit den den Brennstoff der vier Schenkel des geschmolzenes Blei enthaltenden 50 und den Brutstoff bildenden Salzen zu verhindern. Behälters 1 sind zwei Verdampfer, zwei Überhitzer Die Niobiumauskleidung bedeckt nur den Teil des und zwei Rückerhitzer vorgesehen. Zylinders 19, der mit dem geschmolzenen Salz in

Die Dampferzeugungseinrichtung, die im einzelnen Berührung steht.

in F i g. 4 gezeigt ist, besitzt einen Erhitzer mit Die Oberfläche 13 des geschmolzenen Bleis im einzigem Durchgang, in dessen Rohrschlange 44 55 Behälter 1 liegt 0,61 m unter dem Rohrboden 12. Speisewasser aus einer Wasserzuflußleitung 17 ein- Um den Reaktor in Betrieb zu setzen, wird das als geführt wird. Die Wasserströmung verläuft im Gegen- Brennstoff vorgesehene Salz zunächst in diesen Raum strom zur Bleiströmung. Beim Hindurchströmen durch eingeführt, so daß es auf dem Blei in einer Höhe von die Rohrschlange 44 wird das Wasser erhitzt und 44,45 mm schwimmt. Ein Gasraum 25 bleibt zwischen verdampft, und in einer weiteren Rohrschlange 45 er- 60 dem unteren Rohrboden 12 und der Oberseite des folgt eine Überhitzung des Dampfes. Abdampf aus den Brennstoff bildenden Salzes in der Zone 14 beder Hochdruckturbine (nicht dargestellt) wird in ein stehen. Bei Inbetriebnahme läßt man zunächst geSystem von Rückerhitzerrohren 18 zurückgeführt, die schmolzenes Blei durch die Fallrohre 7 abwärts fließen, in das Blei im Behälter 1 getaucht sind und in denen wobei Inertgas aus dem Raum 26 über dem geschmolder Dampf aufgeheizt wird, um in eine Niederdruck- 65 zenen Salz an der Oberseite des oberen Rohrbodens 21 turbine (nicht dargestellt) geleitet zu werden. Diese mit hineingezogen wird und am Fuß des Rohres aus-Aufheizrohre 18 sind auch in Fig. 3 dargestellt. tritt, von wo es in den Gasraum 25 aufsteigt. Der

Die geschmolzenen Bleitröpfchen werden von 371 Druckunterschied, der durch das so im Gasraum 25

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eingeschlossene Gas hervorgerufen wird, veranlaßt das unterkritisch gespeichert werden kann. Indem der den Brennstoff bildende Salz in der Zone 14, durch Gasraum 26 über der Oberseite des Reaktorkerns die Brennstoffrohre 15 hochzusteigen und in die Fall- unter Druck gesetzt wird, während der Gasraum 25 rohre 7 überzuströmen, deren offene obere Enden unter dem unteren Rohrboden entlüftet wird, erfolgt zugleich geschmolzenes Blei aus dem Verteiler 6 auf- 5 ein Herabdrücken des ganzen geschmolzenen Brennnehmen, worauf Blei und Salz zusammen abfließen stoffsalzes in die Zone 14.

und das ganze Volumen der Fallrohre ausfüllen. Die Der Aufbau der Brennstoffrohre 15 und der zuFallrohre sind somit gefüllt, und die Pumpwirkung gehörigen Teile geht im einzelnen aus Fig. 2 herist hergestellt. Zusätzliche Reaktordaten für die vor- vor. An jedem Rohr 15 ist nahe dem oberen Ende liegende Ausführung sind in der nachstehenden Tabelle io ein kugeliger Kragen 27 aus Graphit angebracht, zusammengestellt. Über bzw. unter dem Kugelkragen sind metallische

Spannringe 28 und 29 angebracht, die an dem oberen

Reaktordaten Rohrboden angeschraubt sind, derart, daß das Rohr 15

oben mittels eines Kugelgelenks eingespannt ist. Da

Wärmeleistung 2500 MW _{15 die} metallischen Spannringe 28 und 29 einen größeren

Brennstoffzusammensetzung: Wärmeausdehnungskoeffizienten als der Graphit-

Li⁷F 68 Molprozent kragen 27 haben, ist das so gebildete Kugelgelenk

BeF₂ 31 Molprozent bei allen Arbeitsbedingungen unter hoher Temperatur

UF₄ 1 Molprozent stets frei beweglich.

Spaltmaterial ²³³U 20 Eine Abdichtung aus geschmolzenem Blei ist vor-

Brutmaterial . 232γ_η gesehen, um zu verhindern, daß geschmolzenes

-r, ,cc 1 '" c t 1 Brennstoffsalz durch dasKugelgelenk in dieModerator-

Brennstoffvolumen 5,3 m³ _{und Mantdzone danmter} ^S _k(f_{kt Der AbscMuß aus}

Spaltmateriahnhalt 645 kg geschmolzenem Blei wird erzielt, indem kontinuierlich

"Spezifische Leistung 4 MW/kg 25 ein kleiner Zufluß von geschmolzenem Blei auf die

Brennstoffsalz im Kern 9,78 Volumprozent Oberseite des oberen Rohrbodens 21 austritt.

Moderator im Kern 80 Volumprozent ^Ein aufgebogener Rand am oberen Rohrboden er-

Brutstoffsak ta Kern 10,2! Votopro^t ^^^Ι^,ΤΑ^Γ^,Ιο Zn^

Geschwindigkeit des Brennstoffs 5,5 m/sec _{30 sc}hmolzenem Blei auf der Oberseite des Rohrbodens

Temperatur am Eingang 593⁰C gebildet wird, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist. Das

Temperatur am Ausgang 758⁰C Brennstoffsalz, das oben aus den Brennstoffrohren 15

Brutverhältnis 1 0824 austritt, schwimmt dann auf der Bleischicht 30, wenn

ρ , .... _{Q T}"' "*" *',] ' es zu den Fallrohren 17 fließt, die 15,24 cm unter

¹³SS* SS ·ι o«w Tt 35 der Höhe des oberen Rohrbodens in einem ring-

Vorhandenes Spaltmaterial .. 9,65% im Jahr _{fömigen Sammelbecken 31 liegen}. _{Ein Lec}kdurchtritt

Brennstoffkosten 0,1089 mils/kWh _{durch d}i_e Kugelgelenke der Brennrohre 15 besteht

(mils = tausendstel _aus Blei, das schadlos durch das Salz des Mantels

Dollar) zu der Bleischicht 11 auf dem unteren Rohrboden 12

Brutstoffsalzvolumen 28 m³ 40 herabfällt. Ein zweiter wichtiger Gesichtspunkt für

Brutstoffsalzzusammensetzung: die Ausbildung einer Bleischicht auf dem oberen Rohr-

Li⁷F 71 % boden 21 ist der Schutz desselben gegen Korrosion

ThF₄ 29 % durch das geschmolzene Brennstoffsalz, so daß für

Brutstoffsalzdichte 4 49 · 10³ kg/m³ ^^en °t>^eren Rohrboden ein Material verwendet werden

Brut- und Brennstoffsalz-' ' ^{45 kann}' ^das .^{sonst durch das} geschmolzene Salz an-

Schmelzminkt 554° Γ gegriffen wurde.

öcnmeizpunKt dd* l, _{Das Fußende} j_edes Brennrohres 15 ragt einfach mit

Kernhohe 1,85 m _{Spiel durch ein Loch im unt}eren Rohrboden 12. Jedes

Kerndurchmesser 2,74 m Rohr kann sich frei in Achsrichtung bewegen, wie es

50 erforderlich ist, um Längenänderungen infolge von

Sowie das geschmolzene Brennstoffsalz aus der nuklearer Strahlung oder Temperatur auszugleichen. Zone 14 in die Brennstoffrohre 15 steigt, fällt all- Der untere Rohrboden 12 ist gleichfalls von einer

mählich der Spiegel des Brennstoffsalzes in der 5,08 cm hohen Bleischicht 11 bedeckt. Überlauf-Zone 14, bis nur noch 10,16 cm Brennstoffsalz auf rohre 32 für das Kühlmittel in der Mantelzone, von der Bleioberfläche in der Zone 14 schwimmen, wenn 55 denen nur eines gezeigt ist, sorgen für das Vorhandendie Brennstoffrohre 15 und die Fallrohre 7 vollständig sein der Bleischicht 11. Dabei steht die von dem Salz mit geschmolzenem Brennstoffsalz gefüllt sind. Die in der Mantelzone und dem Blei in der Schicht 11 Enden der Brennstoffrohre 15 und der Fallrohre 7 gebildete Säule im Gleichgewicht mit einer Bleisäule bleiben in das 10,1 cm hohe Brennstoffsalz getaucht, im ansteigenden Schenkel 33 des Überlaufrohres 32. das noch auf der Bleioberfläche schwimmt. 60 Bevor bei Inbetriebnahme das Salz in den Mantel des

. Der freie Flüssigkeitsspiegel und Gasraum 25 unter Reaktors gefüllt wird, wird die Bleischicht 11 auf den dem unteren Rohrboden 12 wird dazu benutzt, an- Rohrboden 12 in einer Höhe aufgebracht, die etwas gesichertes Brennstoffsalz einzuführen und Brennstoff- größer als die für den Reaktorbetrieb gewünschte salz für den Spaltprozeß während des Reaktorbetriebs Schicht ist. Das Salz wird dann in den Reaktor einzu entnehmen. Der Raum zwischen dem unteren 65 gebracht, wo es auf der Bleischicht 11 schwimmt. Rohrboden 12 und der Oberfläche des geschmolzenen Sobald die Höhe des Salzes zunimmt, wird der Über-. Bleis im Behälter 1 stellt eine sichere Umgrenzung dar, schuß an Blei in der Bleischicht 11 in den ansteigenden in der der gesamte Brennstoffinhalt im Bedarfsfall Schenkel des Überlaufrohres 32 verdrängt, bis es den

höchsten Punkt erreicht, bei dem das Salz den Kernkessel bis zu einem Punkt füllt, der einige Zentimeter unter dem oberen Rohrboden 21 liegt. Weiteres Blei, das als Kühlmittel durch das Salz tritt oder an den Kugelgelenken 27 der Brennstoffrohre 15 ausleckt, bewirkt einfach, daß eine entsprechende Menge Blei durch die Überlaufrohre 32 verdrängt wird und in den Behälter 1 zurückläuft. Um das Entstehen einer Siphonwirkung zu verhindern, sind entsprechende Mittel (nicht dargestellt) in den Uberlaufrohren vorgesehen.

Der gesamte Reaktorkomplex ist wärmeisoliert, um die Möglichkeit des Erhärtens des Brennstoffs oder des Bleis herabzusetzen. Ein mit fossilem Brennstoff beheizter Dampferzeuger dient dazu, den Behälter zur Aufnahme des als Kühlmittel dienenden geschmolzenen Bleis zu erhitzen. Das Blei wird dann in Umlauf gesetzt, um die ganze Einheit auf Arbeitstemperatur zu bringen, worauf das als Brennstoff dienende geschmolzene Salz und das für den Mantel vorgesehene Salz in den Reaktor eingebracht werden.

F i g. 5 zeigt eine abgewandelte Ausführung, die für eine Erhöhung der Brutwirkung und eine weitere Verminderung der Schwierigkeiten bezüglich der Korrosion und Heißpunktbildung ausgelegt ist. Die Wand 34 des Reaktorkessels ist aus geeignetem Material in Form eines aufrechten Kreiszylinders hergestellt. Der Reaktorkessel ist oben durch einen domartigen Deckel 35 abgeschlossen. Eine erste ringförmige Zuleitung 36 erzeugt eine kontinuierliche spiralige Strömung von geschmolzenem Blei längs der Wand 34 des Reaktorkessels. Unmittelbar daneben und durch den Überzug 37 aus geschmolzenem Blei von der Wand 34 getrennt befindet sich eine Mantelzone 38 aus Nutz- oder Brutstoff bildendem geschmolzenem Salz. Die Mantelzone 38 schwimmt auf geschmolzenem Blei in einem Behälter 39, ähnlich wie bei dem mit Bezug auf F i g. 1 beschriebenem Behälter. Geschmolzenes Blei tropft aus der ersten Ringleiter 36 direkt durch die Mantelzone 38, um eine Rührwirkung zu erzeugen und Wärme daraus abzuführen.

Das der Kühlung dienende schwere Blei trennt sich durch sein Gewicht von dem Mantelsalz und setzt sich in dem Bleibehälter unter dem Reaktorkessel ab. Die Innenwand 40 der Mantelzone 38 ist aus einem Metall, wie Niobium, das sich sowohl mit Blei als auch mit geschmolzenen Salzen verträgt. Im Anschluß an die Mantelzone liegt innerhalb der Innenwand 40 die Kühlzone 41 der aktiven Kernzone 42 des Reaktors. Geschmolzenes Blei fällt in die Kühlzone 41 aus einer zweiten ringförmigen Zuleitung 43, die über der aktiven Kernzone liegt. Es besteht keine physikalische Trennung zwischen der Kühlzone 41 und dem übrigen Teil der aktiven Kernzone 42. Das geschmolzene Blei tropft aus der Zuleitung 43 in einer solchen Menge, daß etwa 3 Teile Blei auf jedes Teil Salz in dem Kühlmantel entfallen. Der Umlauf des Salzes und die Abführung der Wärme aus dem Salz erfolgt im wesentlichen in der gleichen Weise, wie zuvor mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben.

Die aktive Kernzone 42 hat einen Durchmesser von 1,63 m und eine Höhe von 1,83 m und enthält 5,8 m³ Brennstoffsalz. Der Kühlmantel enthält 2 m³ Brennstoffsalz, so daß 3,8 m³ in der aktiven Kernzone abzüglich der ringförmigen Kühlzone 41 derselben verbleiben. Zu jeder Zeit befinden sich 7,8 m³ Blei in dem Reaktorkessel. Die Geschwindigkeit, mit der das Blei den Reaktor durchläuft, beträgt 3,78 m/sec, was erheblich unter dem zulässigen Höchstwert liegt. Diese Ausführungsform ist vom Gesichtspunkt der Brutwirkung aus erwünscht, da sie als schneller Reaktor arbeitet. Schnelle Reaktoren gelten allgemein als geeignet, ein größeres Brutverhältnis als thermische Reaktoren zu erzeugen, wegen der größeren Durchschnittszahl der durch Spaltung frei gemachten Neutronen, die bei durch schnelle Neutronen ausgelösten Spaltvorgängen anfallen.

Claims

Patentansprüche:

1. Atomkernreaktor mit geschmolzenem Salz als Brennstoff und geschmolzenem Metall als Kühlmittel, wobei ein Kühlmittelbehälter und Mittel vorgesehen sind, die das geschmolzene Metall von dem Kühlmittelbehälter durch die das geschmolzene Salz als Brennstoff enthaltende aktive Kernzone unter Abführung von Wärme befördern, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Kernzone auf dem Kühlmittel schwimmt.

2. Atomkernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mantelzone von als Brutstoff geeignetem geschmolzenem Salz die Kernzone umgibt und von dieser physikalisch getrennt ist.

3. Atomkernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vom Kühlmittelbehälter Pumpleitungen für die Rückführung des geschmolzenen Metalls zur Oberseite der aktiven Zone führen.

4. Atomkernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kernzone senkrechte Brennrohre für das Hochsteigen des flüssigen Brennstoffs angeordnet sind, die wenigstens auf einen Teil ihrer Länge von Graphitstücken umkleidet sind.

5. Atomkernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Mantelraum eine Anzahl von senkrechten Fallrohren aus Graphit für den Rücklauf des in den Brennstoffrohren hochsteigenden flüssigen Brennstoffs nach unten in radialem Abstand von den Brennstoffrohren angeordnet ist.

6. Atomkernreaktor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den Brutstoff bildende Salzschmelze die mit Graphitstücken umkleideten Brennstoffrohre und die Fallrohre umspült.

7. Atomkernreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpleitungen für die Rückführung des geschmolzenen Metalls letzteres in die Fallrohre und in die Mantelzone entleeren.

8. Atomkernreaktor nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelbehälter einen kreuzförmigen Querschnitt aufweist, über dessen Kreuzung ein die Brennstoffrohre enthaltender Kessel angeordnet ist, der oben und unten Querböden aufweist, durch welche die Enden der Rohre hindurchtreten.

9. Atomkernreaktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in den Schenkeln des kreuzförmigen Behälters der Wärmeabführung dienende Wärmeaustauscher untergebracht sind und zum Zwecke der Erzeugung einer radialen Strömung

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des innen in die Schenkel eintretenden heißen Metalls nach außen die Pumpleitungen außen an die Schenkel angeschlossen sind.

10. Atomkernreaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernzone durch einen konzentrisch im

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Kessel sitzenden Zylinder von der Mantelzone abgegrenzt ist und die Pumpleitungen für die Rückführung des geschmolzenen Metalls geeignete Auslässe für die tangentiale Zuführung des geschmolzenen Metalls an die Innenwand des Zylinders und/oder des Kessels aufweisen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen