DE1414091C

DE1414091C - Process for operating fast and medium-speed reactors

Info

Publication number: DE1414091C
Authority: DE
Inventors: Erich Dr Diebner Kurt Dr Bagge (verstorben), 2300 Kiel, Winterberg, Friedwart, Dr , 7000 Stuttgart
Original assignee: Diebner geb Sachsse, Ursula, Dieb ner, Bernd Jörg, 2390 Flensburg
Publication date: 1971-10-14

Description

Die Erfindung betrilTt ein Verfahren zum Betrieb von Kernreaktoren mit mittelschnellen und schnellen Neutronen.The invention relates to a method of operating nuclear reactors at medium and high speeds Neutrons.

Es ist bekannt, daß Plutonium 239 wegen seiner höheren Spaltneutranenausbeuie in mit schnellen Neutronen betriebenen Reaktoren ein besserer Spaltstofl als Uran 235 ist. Diese höhere Neutronenausbeute ermöglicht den Betrieb von schnellen Reaktoren als Brüter, die mehr Spaltstoff erzeugen, als sie gleichzeitig verbrauchen (siehe Stephenson »Intro- ίο duction to Nuclear Engineering«, 1954, S. 91 bis 97).It is known that plutonium 239 because of its higher fission neutrals yield in rapid Neutron powered reactors are a better fissile material than uranium is 235. This higher neutron yield enables fast reactors to be operated as breeders that produce more fissile material than they consume at the same time (see Stephenson »Intro- ίο duction to Nuclear Engineering ", 1954, pp. 91 to 97).

Für den Aufbau schneller Brutreaktoren bietet eine Zonenaufteilung mit einem schnellen Zentralreaktor, der einen hohen Anteil von Spaltstoff enthält, und einer diesen umgebenden Mantelzone aus Natururan oder an Uran 235 angereicherten Uran den Vorteil, daß im Außenbereich dieses Reaktors ein echter Brutprozeß verwirklicht werden kann (siehe Gl as tone »Principles of Nuclear Reactor Engineering«, 28.7. 1955, S. 744, 745). Bei diesem Brutprozeß tritt in ao dem Uran der Mantelzone insofern eine Veredelung ein, als eine Umwandlung bestir imter Mengen U 235 in eine gleich große oder größere Menge spaltbares Plutonium erfolgt, das für schnelle und auch mittelschnelle Reaktoren ein wertvoller Spaltstoff ist.For the construction of fast breeder reactors, a zone division with a fast central reactor offers which contains a high proportion of fissile material, and a surrounding jacket zone made of natural uranium or uranium enriched in uranium 235 has the advantage that a real breeding process in the outer area of this reactor can be realized (see Gl as tone "Principles of Nuclear Reactor Engineering", 28.7. 1955, pp. 744, 745). During this breeding process, a refinement occurs in the uranium of the mantle zone a, as a conversion determined quantities U 235 into an equal or larger quantity fissile Plutonium takes place, which is a valuable fissile material for fast and medium-speed reactors.

Eine solche Vergütung von Natururan läßt sich nach einem älteren Vorschlag der Eirfinder auch in einem thermischen Zweistufenreaktor, d. h. einem mit thermischen Neutronen betriebenen Zcntralreaktoi, der von einem Mantel aus Natururan und Ncutronenmndcratormatcrial umgehen ist, erreichen. Notwendige Voraussetzung dafür ist es. daß die mit Natururan beschickte Mantclzone untermoderiert und dadurch schwach unterkritisch eingestellt wird. Dabei lassen sich sogar für lange Betriebs/eilen über 1 liegende Konversionsfaktoren erreichen, d. h., in diesen Bereichen des thermischen Zweislufenreaktors steigt die Spaltstoffkonzentration zeitlich an, wobei gleichzeitig Uran 235 des Natururans durch Plutonium ersetzt wird, indem mit der Uranspaltung zugleich Uran 238 in Plutonium 239 übergeführt wird.According to an older proposal by the Eirfinder, such a remuneration of natural uranium can also be found in a thermal two-stage reactor, d. H. a central reactor operated with thermal neutrons, which is bypassed by a coat of natural uranium and nitrogen oxide material. It is a necessary prerequisite for this. that the mantle zone charged with natural uranium is under-moderated and is therefore set to be weakly subcritical. You can even rush for long periods of operation Achieve conversion factors above 1, d. i.e., in these areas of the thermal two-pass reactor the fissile material concentration increases over time, with uranium 235 of the natural uranium through it at the same time Plutonium is replaced by converting uranium 238 into plutonium 239 at the same time as the fission of uranium will.

Steht nur wenig Plutonium zur Verfügung, so kann das nach dem beschriebenen Verfahren gewonnene Plutonium /ur Anreicherung (Vergütung) von gewöhnlichem Uran dienen.If there is only a little plutonium available, so can the plutonium / ur enrichment (remuneration) obtained according to the described process of ordinary uranium.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses vergütete Natururan in einfacher Weise besonders wirtschaftlich zu nutzen.The present invention is based on the object to use this remunerated natural uranium in a simple and particularly economical manner.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren /um Betrieb von Kernrenktoren mit mittclschncllcn und schnellen Neutronen dadurch gelöst, dall erfiiulungsgemaU in diesen Reaktoren Kern* brennstoff mitverwendet wird, der durch Vergütung von Nüilururun ohn* i«ilv weitete Behandlung in der Weise gewonnen wird, daß in einem unterkritischen unicrrtintlcricricn Brutmanfcl einen iliertnisctien Zweistufenreaktors eine über 1 liegende Konversionsrate für die Plutoniumerzeugung während der gesamten Einsatzzeit des Natururans in dem Brutmantel aufrechterhalten wird. Dieses mit Plutonium vergütete Natururan soll neben anderen reinen oder höher angereicherten Kernbrennstoffen (Uran 233, Uran 235, Plutonium 239) verwendet werden. Dafür kommen vorzugsweise Anordnungen in Betracht, bei denen das vergütete natürliche Uran von den übrigen Brennstoffen räumlich getrennt ist.This object is achieved in the above-mentioned method / for operating nuclear reactors with medium and fast neutrons in that, in accordance with the requirements, nuclear fuel is also used in these reactors, which is obtained by remuneration of nuclear fuel without further treatment in such a way that that in a subcritical unicrrtintlcricricn Brutmanfcl an iliertnisctien two-stage reactor a conversion rate above 1 for the plutonium production is maintained during the entire service life of the natural uranium in the brood mantle. This natural uranium tempered with plutonium is to be used alongside other pure or more highly enriched nuclear fuels (uranium 233, uranium 235, plutonium 239). For this purpose, arrangements come into consideration in which the remunerated natural uranium is spatially separated from the other fuels.

Der Erfindungsgedanke besteht demnach darin, daß es möglich ist, beispielsweise auch einen Reaktor, der durch Plutonium angereichertes, natürliches Uran enthält, eventuell in Verbindung mit anderen reinen oder höher angereicherten Kernbrennsubstanzen (U 233, U 235, Pu 239) zur Erhöhung der Reaktivität bzw. im Rahmen eines Zweistufenreaktors im Kernteil zu betreiben. Diese Anordnung hat den zusätzlichen Vorteil, daß auch ein Teil der Uran-238-Atome gespalten werden, was eine Verbesserung der Neutronen-Ökonomie zur Folge hat. Dieses Verfahren erlaubt im Vergleich zu schnellen Plutonium-Reaktoren mit wesentlich weniger Plutonium auszukommen, ohne unwirtschaftlich zu arbeiten.The idea of the invention is therefore that it is possible, for example, a reactor, which contains natural uranium enriched with plutonium, possibly in conjunction with others pure or more highly enriched nuclear fuel substances (U 233, U 235, Pu 239) to increase reactivity or to operate as part of a two-stage reactor in the core part. This arrangement has the additional advantage that some of the uranium-238 atoms are split, which is an improvement the neutron economy. This method allows compared to fast plutonium reactors get by with significantly less plutonium without being uneconomical.

Claims

Patent claims:

1. Procedure for operating nuclear reactors with medium-fast and fast neutrons, characterized in that nuclear fuel is also used in these reactors, which is obtained by remuneration of natural uranium without any further treatment in such a way, that in a subcritical, undermoderated brood mantle of a thermal two-stage reactor a conversion rate other than 1 for plutonium production during the entire period of use of the natural uranium is maintained in the brood mantle.

2. A method for operating reactors according to claim i. characterized in that the natural uranium enriched by plutonium alongside other pure or more highly enriched uranium Nuclear fuels (U 233. U 235, Pu 239) is used, whereby these fuels spatially have run away from each other.

3. Process / to operate reactors according to claim 1 and 2, characterized in that liquid metals, metal vapor «:, oasis, natural knowledgeable, heavy wavtci and! hydrocarbons be used as a brake and coolant.

4. Process / for operating reactors according to Claims 1 to 3, characterized in that, for setting the runner range to mean neutrons, energy is additionally used in a suitable geometric arrangement.