DE1205633B - Kernreaktor mit waessriger Brennstoffloesung und katalytischem Rekombinator - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

G21c

Deutsche Kl.: 21g-21/20

Nummer: 1205 633

Aktenzeichen: N13996 VIIIc/21g

Anmeldetag: 12. August 1957

Auslegetag: 25. November 1965

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kernreaktor, bestehend aus einem geschlossenen Gefäß mit einer unteren und einer oberen Kammer, wobei die untere Kammer eine wäßrige Uranylsalzlösung und die obere Kammer einen katalytischen Rekombinator und Ablenkvorrichtungen enthält, die unterhalb des Rekombinators angebracht sind, um zu verhindern, daß überfließende Lösung mit dem Rekombinator in Berührung kommt und um die Lösung in die untere Kammer zurückzuführen.

Bei Kernreaktoren dieser Art bedarf es zur Rekombination von radiolytisch erzeugtem Wasserstoff und Sauerstoff eines sogenannten Rekombinators, der gewöhnlich oberhalb einer wäßrige Uranlösung enthaltenden Kammer angeordnet ist.

Dabei tritt das Problem auf, die gasförmigen Elemente Wasserstoff und Sauerstoff an den Rekombinator heranzuführen und gleichzeitig zu verhindern, daß Brennstofflösung mit dem Rekombinator in Berührung kommt, da nur in diesem Fall eine zufriedenstellende Rekombination von Wasserstoff und Sauerstoff erfolgt.

Wenn man nicht, wie in einer bekannten Reaktoranlage vorgesehen, zusätzlichen Katalysator verwenden will, der, auch bei plötzlichem Flüssigkeitsausstoß aus der Brennstoff enthaltenden unteren Reaktorkammer, eine ausreichende Rekombination des aus der radiolytischen Zersetzung des in der Brennstofflösung enthaltenden Wassers stammenden Wasserstoffs und Sauerstoffs sicherstellt, so muß durch geeignete Maßnahmen dafür gesorgt werden, daß keine überlaufende bzw. aufstoßende Brennstofflösung mit dem Rekombinator in Berührung kommt.

Es ist bekanntgeworden, zwischen der die Brennsftofflösung enthaltenden Kammer und dem Rekombinator einen Mitreißseperator einzubauen. Dieser besteht aus siebartigen Gewebeflächen, die es verhindern, daß beim Ausstoß von Brennstofflösung mitgerissene Feststoffe bis zum Rekombinator im oberen Teil des Reaktorkerns gelangen.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine vollständige Abschirmung des Rekombinators von aufstoßender Brennstofflösung zu erzielen.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die den Brennstoff enthaltende untere Kammer einen weiten nach oben geöffneten Hals aufweist, so daß der Druck der bei plötzlicher Erwärmung und beim Entstehen von Gasblasen in der Brennstofflösung aufstoßenden Flüssigkeit verhältnismäßig gering bleibt. Weiterhin sind unterhalb des Rekombinators als Prallplatten ausgebildete Ablenkvorrichtungen Kernreaktor mit wäßriger Brennstofflösung und
katalytischem Rekombinator

Anmelder:

North American Aviation, Inc.,

Los Angeles, Calif. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Ruschke, Patentanwalt,

München 27, Pienzenauer Str. 2

Als Erfinder benannt:

John W. Flora, Canoga Park, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 4. September 1956
(607 929)

angebracht, wodurch austretende Flüssigkeit vom Rekombinator abgehalten wird.

Im einzelnen ist die erfindungsgemäße Anordnung gekennzeichnet durch einen weiten Hals, der sich von der unteren Kammer in die obere Kammer erstreckt und einen ringförmigen Überlaufbehälter zwischen der äußeren Wand des Halses und der inneren Wand der oberen Kammer bildet, wobei der Hals die untere Kammer mit der Ablenkvorrichtung verbindet, welche Prallschirme aufweist, die so ausgebildet sind, daß sie die Lösung von dem Rekombinator weg in den ringförmigen Überlaufbehälter leiten, von wo die Lösung langsam zusammen mit rekombiniertem Wasser aus dem Rekombinator durch Ablauflöcher in die untere Kammer zurückläuft.

Die Erfindung wird nunmehr an Hand der Zeichnung beispielsweise beschrieben; in dieser zeigt

F i g. 1 eine schematische Ansicht des Kernreaktors nach der Erfindung, mit Reaktorkernstück, Abschirmtank und Beschickungsrohrsystem,

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Fig. 2 eine Schnittansicht des Reaktorkerns in vergrößertem Maßstab.

Wie aus den F i g. 1 und 2 ersichtlich ist, besteht das Reaktorkernstück 1 aus einem geschlossenen Gefäß mit einer unteren Kammer 2, die wäßrige Uranylsalzlösung enthält. Eine obere Kammer 3 enthält einen katalytischen Rekombinator und Ablenkvorrichtungen 60, die unterhalb des Rekombinators angebracht sind und verhindern, daß überfließende Lösung mit dem Rekombinator in Berührung kommt. Der katalytische Rekombinator bewirkt eine Rekombination von Wasserstoff und Sauerstoff, die bei der nuklearen Bestrahlung von Wasser in der unteren Kammer 2 freigesetzt werden; das entstandene rekombinierte Wasser wird in die untere Kammer zurückgeleitet.

Das die obere und untere Kammer umfassende geschlossene Gefäß liegt in einem Bleigehäuse 4, das sowohl als Abschirmung für die Gammastrahlung als auch als Neutronenreflektor wirkt.

Das Reaktorkernstück mit dem Bleigehäuse wird in einem Tank 6 mit gewöhnlichem leichtem Wasser 7 aufgehängt.

Der Wassertank dient als Hauptneutronenabschirmung. Um die abschirmende Wirksamkeit zu erhöhen, kann ein Metall, das einen hohen Neutroneneinfangquerschnitt hat, hinzugefügt werden. Zum Beispiel kann Bor als eine lösliche Verbindung, wie Natriumoctaborat, zugesetzt werden. Da ein festes Betonaggregat als Neutronenabschirmung entfällt, ist der gesamte Reaktor tragbar, wobei das Neutronenabschirmmaterial als wärmeübertragendes Medium zur Kühlung des Kernstücks in Modellen höherer Leistung verwendet werden kann.

Die untere Kammer 2 des Reaktorkernstücks weist einen weiten Hals 34 auf, der die während einer nuklearen Exkursion ausgestoßene Brennstofflösung

33 gegen die Prallschirme 60 leitet, die ihrerseits die Brennstofflösung in einen ringförmigen Überlaufbehälter 35 leiten, der von der inneren Wand der oberen Kammer 3 und der äußeren Wand des Halses

34 gebildet wird. Der Hals 34 mit großem Durchmesser ist vorgesehen, um den Ausstoßungswiderstand und demzufolge die Mündungsdrucke herabzusetzen, die einen schweren Ausschlag begleiten. Am Boden des ringförmigen Uberlaufbehälters 35 liegen Ablauflöcher 36, um den langsamen Rücklauf der Lösung in die untere Kammer 2 zu ermöglichen. Das Volumen des ringförmigen Überlaufbehälters kann etwa 25°/o des Volumens der unteren Kammer 2 betragen.

Muffen 20 für Kontroll- und Sicherheitsstäbe gehen senkrecht durch das Kernstück.

In F i g. 2 sind auch die Hauptbestrahlungseinrichtung 15, vier Hilfsbestrahlungseinrichtungen 16, Lösungszuflußleitung 27 und Gasabzugsleitungen 30 gezeigt.

Wasser wird radiolytisch in Wasserstoff und Sauerstoff zersetzt. Wenn die Gase nicht rekombiniert werden, können gefährliche Wasserstoffentflammungen oder sogar Detonationen auftreten. Der Verlust von Kernstücklösung wird auch die Konzentration der Uranylsulfatlösung beeinträchtigen. Deshalb ist es notwendig, daß der Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser rekombiniert und in das Kernstück zurückgeführt werden; vorzugsweise wird das intern bewerkstelligt, so daß die gasförmigen Spaltprodukte nicht in die Atmosphäre entlassen werden. Hier werden der radiolytische Wasserstoff und Sauerstoff katalytisch über Körner von platzierter Tonerde, gleichseitige Zylinder von 3,175 mm und 0,3 Gewichtsprozent Platin rekombiniert. Die Körner sind in einem Ringraum 37 enthalten, der von einem zylindrischen Sieb 38 und einer Hülse 39 gebildet wird. Die Hülse 39 ist an die obere Kammer 3 angeschweißt und Endplatten für den Ringraum sind an der Hülse 39 durch Heftschweißung befestigt, um

ίο die Wärmeübertragung zu erleichtern. Das Katalysatorbett wird normalerweise trocken bleiben, da aber die Körner trocken sein sollen, um wirksam zu sein, geht ein Widerstandserhitzer durch die Hülse, um die Körner nötigenfalls zu heizen. Die Kontinuitat des Bleischirms 4 wird von der Hülse 39 nicht unterbrochen, denn ein Bleistöpsel füllt die Zutrittsöffnung zur Hülse 39 aus, nachdem der Erhitzer eingelegt wurde. Der katalytische Rekombinator arbeitet in einem weiten Bereich von Temperatur und Druck und ist so ausgelegt, daß er den Gasausstoß bei Reaktorleistungen von wenigstens 400 Watt bewältigt, (der obengezeigte Reaktor ist für einen Dauerbetrieb von 5 Watt berechnet). Dabei rekombinieren die Körner radiolytisch entwickelten Wasserstoff und Sauerstoff lautlos, wobei die Gase nur durch die natürliche Konvektion in dem geschlossenen Gefäß des Reaktorkernstücks bei einem geringen Vakuum (d. h. 125 Torr) herumgeführt werden. Die Festigkeit des Gefäßes mit dem Bleischirm ist in jedem Falle so groß, daß es starke Wasserstoffentflammungen oder Detonationen ohne Gefahr für die Einheit des Systems aushält.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Kernreaktor, bestehend aus einem geschlossenen Gefäß mit einer unteren und einer oberen Kammer, wobei die untere Kammer eine wäßrige Uranylsalzlösung und die obere Kammer einen katalytischen Rekombinator und Ablenkvorrichtungen enthält, die unterhalb des Rekombinators angeordnet sind, um zu verhindern, daß überfließende Lösung mit dem Rekombinator in Berührung kommt, und um die Lösung in die untere Kammer zurückzuführen, gekennzeichnet durch einen weiten Hals, der sich von der unteren Kammer in die obere Kammer erstreckt und einen ringförmigen Überlaufbehälter zwischen der äußeren Wand des Halses und der inneren Wand der oberen Kammer bildet, wobei der Hals die untere Kammer mit der Ablenkvorrichtung verbindet, welche Prallschirme aufweist, die so ausgebildet sind, daß sie die Lösung von dem Rekombinator weg in den ringförmigen Überlaufbehälter leiten, wo die Lösung langsam zusammen mit rekombiniertem Wasser aus dem Rekombinator durch Ablauflöcher in die untere Kammer zurückläuft.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   »Selected Reference Material on Atomic Energy«, Band »Research Reactors«, London 1955, S. 6 bis 85, 89 bis 136;

   Glasstone, »Principles of Nuclear Reactor Engineering«, London 1956, S. 493 und 494;
   »Selected Reference Material on Atomic Energy«,