DE1223463B - Stacking a fixed moderator for nuclear reactors - Google Patents
Stacking a fixed moderator for nuclear reactorsInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESGHRIFTDESIGN SCREEN
Int. α.:Int. α .:
G21cG21c
Deutsche Kl.: 21 g - 21/20German class: 21 g - 21/20
Nummer: 1223 463Number: 1223 463
Aktenzeichen: C 24439 VIII c/21 gFile number: C 24439 VIII c / 21 g
Anmeldetag: 23. Juni 1961 Filing date: June 23, 1961
Auslegetag: 25. August 1966Opening day: August 25, 1966
Die Erfindung bezieht sich auf Kernreaktoren, bei denen das zur Verlangsamung der Neutronen verwendete feste Material zu einem Moderatorstapel vereinigt ist.The invention relates to nuclear reactors in which the one used to slow down the neutrons solid material is combined into a moderator stack.
Bei bekannten Reaktoren dieser Art besteht der Moderatorstapel aus in einem regelmäßigen Netz mit Spiel nebeneinander angeordneten Kolonnen, die durch in Längsnuten eingreifende Keile miteinander verbunden sind. Im Inneren der Kolonnen ist jeweils ein zentraler Längskanal angeordnet, der zur Aufnahme der Brennstoffpatronen dient und in dem das Kühlmittel für die Brennstoffelemente strömt.In known reactors of this type, the moderator stack consists of a regular network with Game of columns arranged next to one another, which are connected to one another by wedges engaging in longitudinal grooves are connected. Inside each column there is a central longitudinal channel for receiving serves for the fuel cartridges and in which the coolant for the fuel elements flows.
Die Kolonnen selbst sind aus übereinandergesetzten Moderatorelementen aufgebaut, die Prismen mit einem Querschnitt in Form eines regelmäßigen Polygons darstellen.The columns themselves are made up of superimposed moderator elements, the prisms with represent a cross-section in the form of a regular polygon.
Unter dem Einfluß der im Reaktorkern herrschenden Materialbeanspruchungen durch Temperatur und radioaktive Strahlung erfährt das Moderatormaterial erhebliche Formänderungen, die die innere und äußere Struktur des Moderatorstapels beeinflussen. Von Kolonne zu Kolonne läßt sich zwar ein gewisser Ausgleich dadurch schaffen, daß man zwischen benachbarten Kolonnen und auch für die Haltekeile in den Längsnuten ein gewisses Spiel vorsieht, so daß eine gewisse Ausdehnung des Materials möglich wird, ohne daß unzulässig große innere Spannungen entstehen. Under the influence of the material stresses prevailing in the reactor core due to temperature and radioactive radiation experiences the moderator material considerable changes in shape, which the internal and affect the external structure of the moderator stack. From column to column you can get a certain one Create compensation by moving between adjacent columns and also for the retaining wedges in Provides a certain amount of play in the longitudinal grooves, so that a certain expansion of the material is possible, without creating inadmissibly large internal tensions.
Noch größere Schwierigkeiten ergeben sich durch die Spannungsverhältnisse innerhalb der Moderatorelemente selbst, da der zentrale Kühlkanal dagegen prismatisch ist, das Ausdehnungsverhalten unter Temperatureinnuß innen und außen stark unterschiedlich ist.Even greater difficulties arise from the tension within the moderator elements even since the central cooling channel is prismatic, the expansion behavior is below Influence of temperature inside and outside strongly different is.
Diese erheblichen Materialbeanspruchungen beschränken die Auswahlmöglichkeit unter den verwendbaren Moderatormateriälien stark. So ist es insbesondere unmöglich, ein als Moderator hinsichtlich seiner Neutronenabsorption sehr erwünschtes Material wie Beryllium oder Berylliumoxyd zu verwenden, das zwar einen großen Elastizitätsmodul, aber nur eine geringe Zugfestigkeit, zugleich jedoch einen großen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist.These considerable stresses on the material limit the choice among those that can be used Moderator materials strong. So in particular it is impossible to regard one as a moderator to use a very desirable material such as beryllium or beryllium oxide for its neutron absorption, that has a high modulus of elasticity, but only a low tensile strength, but at the same time one has a large coefficient of thermal expansion.
Aufgabe der Erfindung war es daher, einen Aufbau für einen Moderatorstapel zu entwickeln, bei dem sich die thermischen und durch Strahlung, beispielsweise durch den Wigner-Effekt, hervorgerufenen Belastungen der Moderatorelemente in solchen Grenzen halten, daß sich auch Moderatormaterialien mit hohem Elastizitätsmodul, geringer Zugfestigkeit und starker Wärmeausdehnung wie Beryllium oder Berylliumoxyd einsetzen lassen.The object of the invention was therefore to develop a structure for a moderator stack at the thermal and radiation, for example caused by the Wigner effect Keep loads on the moderator elements within such limits that moderator materials with a high modulus of elasticity, low tensile strength and high thermal expansion such as beryllium or Let beryllium oxide set in.
Stapelung eines festen Moderators für
KernreaktorenStacking a fixed presenter for
Nuclear reactors
Anmelder:Applicant:
Commissariat a l'Bnergie Atomique, Paris
ίο Vertreter:Commissariat a l'Bnergie Atomique, Paris
ίο representative:
DipL-Ing. R. Beetz, Patentanwalt,
München 22, Steinsdorfstr. 10DipL-Ing. R. Beetz, patent attorney,
Munich 22, Steinsdorfstr. 10
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Georges Lemesle, Paris;Georges Lemesle, Paris;
Pierre Rouge,Pierre Rouge,
Gif-sur-Yvette, Seine-et-Oise (Frankreich)Gif-sur-Yvette, Seine-et-Oise (France)
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
Frankreich vom4. Juli 1960 <S31916)France from 4. July 1960 <S31916)
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die in an sich bekannter Weise aus Beryllium oder Berylliumoxyd bestehenden Moderatorelemente jeder Kolonne aus ringförmig nebeneinander angeordneten und mit ihren Innenseiten den zentralen Kanal der Kolonne begrenzenden Einzelprismen zusammengesetzt sind, von denen jedes wenigstens zwei Polygonaußenseiten bildet, und daß in jeder Kolonne die Berührungsebenen seitlich benachbarter Einzelprismen eines Moderatorelementes gegenüber den Berührungsebenen der Einzelprismen des darüber- und des darunterliegenden Moderatorelementes um einen Winkel versetzt sind, der von den beiden Radien von der Kanalachse zu den Endpunkten einer Polygonaußenseite eingeschlossen wird.According to the invention, this object is achieved in that the in a known manner from beryllium or beryllium oxide existing moderator elements of each column from ring-shaped next to each other arranged and with their insides the central channel of the column delimiting individual prisms are composed, each of which forms at least two polygon outsides, and that in each column the contact levels of laterally adjacent individual prisms of a moderator element compared to the contact planes of the individual prisms of the moderator element above and below are offset by an angle that corresponds to the two radii from the channel axis to the end points a polygon outside is included.
Die Unterteilung der polygonalen Moderatorelemente in mehrere Einzelprismen ermöglicht einen einfachen Ausgleich der Wärmespannungen. Durch die winkelmäßige Versetzung der Berührungsebenen in übereinanderliegenden Moderatorelementen werden in Längsrichtung der Kolonnen verlaufende Spalte, durch die die Neutronen in unkontrollierter Weise abströmen könnten, vermieden. Der Versetzung der Berührungsebenen um einen Winkel, der einer Polygonaußenseite entspricht, erhält dabei die durchgehende Polygonform der Kolonnen.The subdivision of the polygonal moderator elements into several individual prisms enables one simple compensation of thermal stresses. Due to the angular offset of the contact planes in moderator elements lying on top of one another, columns are running in the longitudinal direction of the columns Gaps through which the neutrons could escape in an uncontrolled manner avoided. The transfer of the contact planes at an angle that corresponds to the outside of the polygon receives the Continuous polygonal shape of the columns.
609 657/311609 657/311
3 43 4
Die äußere Form der einzelnen Moderatorelemente Umfang des Stapels liegen: Sie gewährleisten denThe outer shape of the individual moderator elements are perimeter of the stack: they ensure the
ist dabei weitgehend variabel; so sind z. B. Mode- Zusammenhalt der Spannstruktur, die z. B. ausis largely variable; so are z. B. fashion cohesion of the clamping structure, the z. B. off
ratorelemente brauchbar, deren Außenquerschnitt Metallstangen 4 gebildet ist, die im Innern dieserRator elements useful, the outer cross-section of which metal rods 4 is formed, which are inside this
die Form eines regelmäßigen Sechsecks, eines Kolonnen liegen.the shape of a regular hexagon, a column lying.
Quadrats oder eines abgeflachten Sechsecks mit zwei 5 Gemäß der Erfindung ist jede prismatische StangeSquare or a flattened hexagon with two 5 According to the invention, each bar is prismatic
Symmetrieachsen aufweist. Ebenso ist die Lage der der Kolonnen 1 durch Zusammensetzen aus dreiHas axes of symmetry. Likewise, the position of the columns 1 is made up of three
Kolonnenachsen gleichgültig, die Stapelung gemäß Elementarprismen 5, 6 und 7 gebildet, die fugendichtColumn axes are indifferent, the stacking formed according to elementary prisms 5, 6 and 7, the joint-tight
der Erfindung eignet sich für Kernreaktoren mit durch drei der sechs Halbdiagonalen der hexago-the invention is suitable for nuclear reactors with three of the six half-diagonals of the hexagon
horizontalen, vertikalen öder unter beliebigen Win- nalen Querschnittsfläche verlaufen. Die derart aushorizontal, vertical or under any win- nal cross-sectional area. That look like that
kein geneigten Kanälen.'' io drei nebeneinandergesetzten Prismen gebildetenno inclined channels. " io three juxtaposed prisms formed
Die .-Unterteilung der Kolonnen gemäß der Erfin- Stangen sind so übereinandergesetzt, daß ein SpaltThe. Subdivision of the columns according to the invention rods are stacked so that a gap
dung erstreckt sich über den gesamten Moderator^ bei irgendeiner Stange nicht in Fluchtung mit einemThe extension extends over the entire moderator ^ with any pole out of alignment with one
stapel und läßt lediglich die Randelemente aus, über entsprechenden Spalt der vorhergehenden oder fol-stack and only leaves out the edge elements, using the corresponding gap of the previous or following
die der Stapel mit seiner Halterung verbunden ist. genden Stange ist.which the stack is connected to its holder. going rod is.
Diese erfolgt nämlich im einfachsten Falle durch 15 Trotz des Zerschneiden in Elementarprismen ver-Spannstangen oder Spannseile, die durch die Um- hält sich jede Kolonne gegenüber Deformationen fangskolonnen gezogen und beiderseits derselben be- und Dehnungen sehr sicher. Die Längskeile 8 sind festigt sind. Zur Gewährleistung der Stabilität dieser nämlich so angebracht, daß sie zugleich das BeKolonnen ist daher ein ungeteilter Aufbau günstiger, .stehenbleiben, der-hexagonalen Gitterform der geder an dieser Stelle des Stapels aber auch ohne wei- ao samten Anordnung und die Verbindung der elementeres möglich ist, da dort kein nennenswerter Tempe- . taren Prismen untereinander in mindestens zwei raturgradient in dem Material auftritt, weil dessen übereinanderliegenden Schichten gewährleisten. Dies Hauptursache, die Durchströmung der Kolonne schließt natürlich ein, daß die Keile wenigstens zwei durch Kühlmittel ja fehlt.. , t -aufeinanderfolgende. Schichten übereinanderliegendIn the simplest case, this is done by means of tension rods or tensioning ropes, which are pulled through the circumference of each column against deformation and very securely on both sides of the same. The longitudinal wedges 8 are fixed. In order to ensure the stability of these, namely attached in such a way that they are at the same time the column, an undivided structure is more favorable , since there is no significant temperature. tare prisms with each other in at least two raturgradient occurs in the material, because its superimposed layers ensure. This main cause, the flow through the column, of course, implies that the wedges are missing at least two because of the coolant .., t - one after the other. Layers on top of each other
Das gleiche gilt auch für den Reflektor, da auch 25 :fest miteinander verbinden. F i g. 1 ist insbesondereThe same also applies to the reflector, since 25 : are also firmly connected to one another. F i g. 1 is particular
er aus Vollmaterial aufgebaut ist und keinen - die aufgeschnittene Ansicht einer Kolonne 1, die dieit is made of solid material and none - the cut-away view of a column 1, which the
nennenswerten Temperaturunterschieden unterliegt; Lagebeziehungen; zeigtsubject to significant temperature differences; Positional relationships ; shows
auch hier kann also die Unterteilung der Kolonnen Es versteht sich, daß die erforderlichen Bearbei-The subdivision of the columns can also be used here. It goes without saying that the necessary processing
ohne Nachteil unterbleiben. tungsgenauigkeiten zur Gewährleistung eines voll-are omitted without disadvantage. accuracy to ensure a complete
Die Erfindung ist im folgenden an Hand schema- 30 kommenen Aneinanderliegens der elementarenThe invention is illustrated in the following with reference to the interrelationship of the elementary
tischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbei- Prismen sehr schwierig zu erreichen sind. UnterTable drawings on several embodiment prisms are very difficult to achieve. Under
spielen ergänzend beschrieben. . t diesen Bedingungen sieht man gemäß F i g. 2 zwi-play additionally described. . These conditions can be seen from FIG. 2 between
F i g. 1 ist eine perspektivische Ansicht ejnes Teiles sehen den Prismen zusätzliche Verbindungen vor einer Moderatorstapelung gemäß der Erfindung, die mit Zentrierzapfen 9 am oberen Teil der Prismen, aus prismatischen Stangen von hexagonalem Quer- 35 die in zylindrische Ausnehmungen 10 an den Unterschnitt aufgebaut ist; Seiten der Prismen eingreifen können.F i g. Figure 1 is a perspective view of one part providing additional connections to the prisms a moderator stack according to the invention, which with centering pins 9 on the upper part of the prisms, from prismatic rods of hexagonal cross-section 35 which are in cylindrical recesses 10 on the undercut is constructed; Sides of the prisms can intervene.
F i g. 2 zeigt ein Verbindungssystem, um gegebe- Gemäß einer abgeänderten Ausführung der Erfin-F i g. 2 shows a connection system to, according to a modified embodiment of the invention
nenfalls aufeinanderfolgende Stangen, einer Kolonne dung erhält man die Stangen aus rohrförmigen EIe-If necessary, successive rods, a column formation, the rods are made of tubular egg
miteinander zu verbinden; menten mit hexagonalem Querschnitt von verschie-to connect with each other; elements with a hexagonal cross-section of different
F i g. 3 zeigt eine abgeänderte Ausführungsart; 4° dener Form. Man erkennt in F i g. 3, daß jede Stange F i g. 3 shows a modified embodiment; 4 ° denier shape. One recognizes in FIG. 3 that each rod
Fig. 4 zeigt eine gegenüber der Anordnung nach der Kolonnen 1 in zwei gleiche Teile 11 und 12 ent- Fig. 4 shows a, compared to the arrangement according to the column 1 in two identical parts 11 and 12
Fig. 3 abgeänderte Ausführungsart; lang einer die Mitten zweier gegenüberliegender Fig. 3 modified version; long one the middle of two opposite one another
F i g. 5 zeigt eine Kolonne eines Moderatorstapels Seiten verbindenden geraden Linie zerschnitten ist.F i g. Fig. 5 shows a column of a moderator stack, straight line connecting sides, is cut away.
mit Stangen von quadratischem Querschnitt; Ebenso ist in Fig. 4 eine Stapelung dargestellt, beiwith bars of square cross-section; Stacking is also shown in FIG. 4 at
F i g. 6 zeigt eine gegenüber der Anordnung nach 45 der die Stangen ebenfalls in zwei Teile 13 und 14,F i g. 6 shows a comparison with the arrangement according to FIG. 45 which also divides the rods into two parts 13 and 14,
Fig. 5 abgeänderte Ausführungsart; jedoch längs Diagonalen zerschnitten sind. In diesenFig. 5 modified embodiment; but are cut along diagonals. In these
Fig. 7 zeigt eine Stapelung aus Stangen mit ab- beiden Fällen ist die Stapelung derart ausgeführt,Fig. 7 shows a stacking of rods with both cases the stacking is carried out in such a way
geflachter hexagonaler Querschnittsform. daß die Spalte einer Stange nicht in Fluchtung mitflattened hexagonal cross-sectional shape. that the column of a pole is not in alignment with it
In den Zeichnungen sind gleiche Teile mit gleichen den Spalten der unmittelbar darunter bzw. darüberIn the drawings, like parts with like columns are those immediately below and above
Bezugsziffern versehen. Die Bezeichnung »Stange« 50 befindlichen Stangen liegen.Provided with reference numbers. The designation "rod" 50 located rods lie.
ist gleichbedeutend mit »rohrförmigen! Element« In den F i g. 5 und 6 ist eine abgeänderte Ausfüh-is synonymous with »tubular! Element «In den F i g. 5 and 6 is a modified version
verwendet, die übereinandergesetzt die Moderator- rungsart dargestellt, bei der die Stangen Kolonnenused, which, placed one on top of the other, represented the type of moderation in which the poles were columns
kolonnen bilden. mit quadratischem Querschnitt bilden. Es sind zweiform columns. form with a square cross-section. There are two
Man erkennt in Fig. 1 eine Stapelung aus prisma- verschiedene Stellungen beispielsweise angegeben,
tischen Stangen mit regulär hexagonaler Quer- 55 gemäß denen die Stangen längs einer Diagonale
schnittsform. Es sind schematisch Kolonnen dar- (F i g. 5) oder längs einem Teilungsschnitt, dessen
gestellt, die durch Übereinandersetzen derartiger Winkel durch eine Transversale und eine Diagonale
Stangen gebildet sind,; ferner sind die Längskeile er- gebildet ist (Fig. 6) aufgeschnitten sind,
kennbar, die die Verbindung zwischen den einzelnen Eine Stapelung gemäß F i g. 7 ist aus prismatischen
Kolonnen darstellen. Es sind drei Arten von Kolon- 60 Stangen aufgebaut, deren Querschnitt eine abgenen
vorgesehen. Die Kolonnen 1 sind aus Stangen flachte hexagonale Gestalt hat. Bei jeder Stange ist
mit einem zur Aufnahme der Brennstoffpatronen ein Längsspalt gemäß einer der beiden großen Diadienenden
zentralen Kanal hergestellt, durch den das gonalen hergestellt, um zwei gleiche Prismen 15 und
Kühlströmungsmittel fließt und die Kühlung der 16 zu bilden.One recognizes in FIG. 1 a stacking of different prismatic positions, indicated for example, table rods with a regular hexagonal cross section, according to which the rods cut along a diagonal. Columns are shown schematically (FIG. 5) or along a dividing section, which are formed by superposing such angles through a transverse and a diagonal rods; Furthermore, the longitudinal wedges are formed (Fig. 6) are cut open,
recognizable, the connection between the individual A stacking according to FIG. 7 is made up of prismatic columns. There are three types of colon rods, the cross-section of which is provided with a narrow one. The columns 1 are made of rods and have a flat hexagonal shape. In each rod a longitudinal gap is made with one for receiving the fuel cartridges according to one of the two large diadiene ends, through which the central channel is made to flow two identical prisms 15 and cooling fluid and to form the cooling of FIG.
Brennstoffpatronen· gewährleistet wird. Die Kolon- 65 Die Erfindung kann insbesondere auch bei anderenFuel cartridges is guaranteed. The colon 65 The invention can in particular also apply to others
nen 2 bilden den Reflektor des Reaktors und weisen polygonalen Querschnittsformen angewendet werden,nen 2 form the reflector of the reactor and have polygonal cross-sectional shapes are used,
daher keine zentralen Kanäle auf. Schließlich sind um eine Stapelung von unabhängigen und anein-therefore no central channels. After all, a stacking of independent and
mit der Bezugsziffer 3 Kolonnen bezeichnet, die am andergrenzenden Kolonnen zu bilden.denoted by the reference number 3 columns that form adjacent columns.
Claims (5)
Deutsche Patentschrift Nr. 963 090;
deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1756 800;
belgische Patentschriften Nr. 553 218, 559 090;
französische Patentschriften Nr. 1214 246,
1222477;Considered publications:
German Patent No. 963 090;
German utility model No. 1756 800;
Belgian patents Nos. 553 218, 559 090;
French patent specification No. 1214 246,
1222477;
»II calore«, 1956, Nr. 10, S. 491/492.U.S. Patent Nos. 2,743,226; 2,929,768;
"II calore", 1956, No. 10, pp. 491/492.
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