DE1201498B - Heterogener Kernreaktor mit als Moderator und als Kuehlmittel dienenden fluessigen Kohlenwasserstoffen - Google Patents

Description

• Heterogener Kernreaktor mit als Moderator und als Kühlmittel dienenden flüssigen Kohlenwasserstoffen Die Erfindung bezieht sich auf einen heterogenen Kernreaktor, bei dem gleichzeitig-als Moderator und als Kühlmittel dienende flüssige Kohlenwasserstoffe, innerhalb deren Masse die Brennstoffelemente angeordnet sind, in einem Primärkreislauf durch das Innere des Reaktorkerns sowie durch einen Wärmeaustauscher im Zwangsumlauf strömen, durch den sekundärseitig eine verdampfende Flüssigkeit strömt, und bei dem ein Teil der bestrahlten Kohlenwasserstoffe kontinuierlich aus dem Primärkreislauf abgezogen und als Brennstoff ausgenutzt wird und eine entsprechende Menge an frischen flüssigen Kohlenwasserstoffen kontinuierlich zugeführt wird.
• Die bekannten Kernreaktoren dieser Art arbeiten mit flüssigen Kohlenwasserstoffen, deren Zersetzung unter dem Einfluß der radioaktiven Strahlung in dem Reaktorkem möglichst gering ist. Auf diese Weise soll der Anteil an polymeren Zersetzungsprodukten möglichst klein gehalten werden.
• Zur Vermeidung nennenswerter Verluste an teuren zersetzungsbeständigen Kohlenwasserstoffen werden die abgezogenen Mengen einer Aufbereitung unterzogen, in deren Verlauf die teerigen Fraktionen entfernt werden. Die so gereinigten Kohlenwasserstoffe werden im allgemeinen dem Kreislauf wieder zugeführt. Nur im Fall extremer Reinheitsanforderungen ist die Möglichkeit vorgesehen, die Reste als Brennmaterial in einem an sich ebenfalls bekannten überhitzer zu verwenden. Die auf diese Weise erreichte Steigerung der Abdampftemperatur ist jedoch angesichts der Kleinheit der von der Zersetzung betroffenen Mengen an Kohlenwasserstoff nur unbedeutend.
• Der wesentliche Nachteil dieser bekannten Reaktoren liegt vor allem im Preis der zersetzungsbeständigen Kohlenwasserstoffe, die in erheblichen Mengen erforderlich sind, durch den sich die Wirtschaftlichkeit der Gesamtanlage erheblich vermindert, wenn sie nicht überhaupt in Frage gestellt wird. Erschwerend wirkt sich hier noch weiter aus, daß die Betriebstemperatur im Interesse einer Verlangsamung der thermischen Zersetzung des teuren Moderators nicht besonders hoch werden darf, wodurch sich der thermische Wirkungsgrad der Anlage weiter vermindert.
• Aufgabe der Erfindung war es daher, einen Reaktor zu entwickeln, der unter Vermeidung der geschilderten Nachteile der bekannten Reaktoren die Möglichkeit bietet, einen billigen Stoff als Moderator und als Kühlmittel zu verwenden, der die Wirtschaftlichkeit der Anlage erhöht.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß Kohlenwasserstoffe zur Anwendung gelangen, die je 100 eV absorbierter Strahlungsenergie in mehr als 0,5 Gasmoleküle (GGas > 0,5) und/oder in mehr als 0,75 polymere Zersetzungsprodukte (Gp"j,.. > 0,75) zerfallen, und daß die abgezogenen Kohlenwasserstoffe in an sich bekannter Weise in einem überhitzer verbrannt werden, in dem sie den von der Sekundärseite des Wärmeaustauschers her einströmenden Dampf überhitzen.
• Als Kernbrennstoff kann ein üblicher Brennstoff verwendet werden, z. B. auf der Basis von natürlichem Uran, Uran 235, Uran 233, Plutonium 239 oder einer Mischung dieser Stoffe. Der Moderator (zugleich Kühlmittel) erhitzt sich in Berührung mit dem Brennstoff und gibt die Wärme an das Wasser ab und ermöglicht dessen Verdampfung in einem oder mehreren Wärmeaustauschern. Der Dampf wird in einem Ofen überhitzt, bei dem als Brennstoff der bestrahlte Kohlenwasserstoff und seine gasförmigen Zersetzungsprodukte dienen.
• Das verwendete flüssige Moderator-Kühlmittel besteht vorzugsweise aus Kohlenwasserstoffen mit hoher Siedetemperatur, z. B. oberhalb 2500 C und vorzugsweise oberhalb 300' C bei Atmosphärendruck. Die Zusammensetzung und der Ursprung dieser Kohlenwasserstoffe sind gleichgültig, so daß es zweckmäßig ist, Stoffe von geringem Handelswert zu verwenden, z. B. ein Gasöl oder ein Sehweröl irgendeiner Zusammensetzung, wie Petroleum.
• Es ist jedoch vorzuziehen, nur Kohlenwasserstoffe mit geringem Schwefelgehalt, z. B. unterhalb 0,5 %, zu verwenden, die z. B. bei der Hydrodesulfurierung von Petroleum entstehen. Außerdem sollen diese Kohlenwasserstoffe vorteilhafterweise mindestens zu 30% aus aromatischen Kohlenwasserstoffen bestehen.
• Diese Kohlenwasserstoffe weisen im allgemeinen gegenüber radioaktiven Strahlen eine merklich weniger gute Stabilität auf als die der Terphenyle. Man kann in dem Moderatorströmungsmittel einen begrenzten Gehalt von Zersetzungsstoffen aufrechterhalten, indem man die in der Zeiteinheit abgezapfte Menge von Kohlenwasserstoffen als Funktion der Zersetzungsgeschwindigkeit regelt.
• Wenn man z. B. bei einer Zersetzungsgeschwindigkeit der Kohlenwasserstoffe von 1 t pro Stunde den Wert von Zersetzungsprodukten auf 10% begrenzen will, ist der Verbrauch an neuen Kohlenwasserstoffen 10 t pro Stunde, und man zieht eine Menge heraus, die im wesentlichen gleich der der bestrahlten Kohlenwasserstoffe ist, die in der Zeiteinheit zum überhitzen des Dampfes verbrannt werden.
• Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel beschrieben.
• In der Zeichnung ist der Kein 1 eines Reaktors dargestellt, der Brennstoffelemente 2 aus natürlichem Uran das mit Uran 235 angereichert ist, umschließt und über eineLeitung3 mit einem Wärmeaustauscher4 verbunden ist. Das Kohlenwasserstoffströmungsmittel ist z. B. ein Gasöl mit geringem Schwefelgehalt, das bei 300 bis 3 601 C bei Atin o-sphärendruck sied et und das in Richtung der Pfeile 5 und 6 mittels einer Pumpe 7 umgewälzt wird-. Das Strömungsmittei gibt seine Wärme an das Wasser ab, das unter Druck durch die Leitung 8 eintritt. Dieses Wasser wird verdampft, und der Dampf entweicht durch die Leitung 9 und durchquert den Ofen 10 für die überhitzung, aus dem er im überhitzten Zustand in die Leitung 20 gelangt. Ein gewisser Bruchteil der Kohlenwasserstoffe gelangt über das Ventil 11 in die Leitun 12, in den g Vorrats- und Entaktivierungsbehälter 13, in die Leitung 14 und wird in dem Überhitzungsofen 10 verbrannt. Ein gleiches Volumen an neuem Gasöl wird durch die Leitung 15 und das Ventil 16 zugeführt. Mittels eines Expansionsgefäßes 17 läßt sich der Druck des Kohlenwasserstoffes vergleichmäßigen, -und die gegebenenfalls vorhandenen Gase können über das Ventil 18 und die Leitung 19 entweichen.
• Der aus der Leitung 20 austretende überhitzte Dampf gelangt an eine. Dampfturbine von gewöhnlicher Bauart, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist.
• Das in die Leitung 8 eingeführte Wasser kann durch Berührung mit dem Reaktorkern 1 vorerhitzt sein. Der Vorratsbehälter 13 kan n* durch eine Reihe von getrennten Behältern eisetit .sein oder Zwischenwände aufweisen. Maii kann in gleicher Weise den Wärmeaustauscher 4 direkt in den Reaktor 1 setzen, wobei das Wasser z. B. in Rohren strömen kann, die iih Innern des Reaktors angeordnet sind.
• Die Verweilzeit der Kohlenwasserstoffe in dem Vorrats- und Entaktivierungsbehälter hängt von dem Gehalt an radioaktiven Stoffen und von deren Eigenschaften ab. In der Mehrzahl der Fälle liegt diese Zeit zwischen 6 Stunden und einer Woche.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Heterogener Kernreaktor, bei dem gleichzeitig als Moderator und als Kühlmittel dienende flüssige Kohlenwasserstoffe, innerhalb deren Masse die Brennstoffelemente angeordnet sind, in einem Ptimärkreislauf durch das Innere des Reaktorkerns sowie durch einen Wärmeaustauscher im Zwangsumlauf strömen, durch den sekundärseitig eine verdampfende Flüssigkeit strömt, und bei dem ein Teil der bestrahlten Kohlenwasserstoffe kontinuierlich aus dem Primärkreislauf abgezogen und als Brennstoff ausgenutzt wird und eine entsprechende Menge an frischen flüssigen Kohlenwasserstoffen kontinuierlich zugeführt wird, da - durch gekennzeichnet, daß Kohlenwasserstoffe zur Anwendung gelangen, die je 100eV absorbierter Strahlungsenergie in mehr als 0,5 Gasmolektile (Gc",>0,5) und/oder in mehr als 0,75 polymere Zersetzungsprodukte (Gp,lym. > O#75) zerfallen, und daß die abgezogenen Kohlenwasserstoffe in an sich bekannter Weise in einem Überhitzer verbrannt werden, in dem sie den von der Sekundärseite des Wärmeaustauschers her einströmenden Dampf überhitzen.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher im Innern des Reaktorkernes angeordnet ist. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärineaustauscher (4) außerhalb des Reaktorkernes (1) angeordnet ist. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung zum Abziehen der bestrahlten Kohlenwasserstoffe in Strömungsrichtung gesehen vor dem Überhitzer ein Entaktivierungsbehälter (13) angeordnet ist. 5. Vorrichtung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Primärkreislauf zwischen Reaktorausfluß und dem Wärmeaustauscher eine Gasablaßleitung vorgesehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1044 297; britische Patentschrift Nr. 697 601; »Power«, September 1955, S. 75 bis 81.