DE1439785C - Atomkernreaktor mit einem Neutronenreflektor aus moderierendem Material - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Atomreaktor mit einem Kern und einem Neutronenreflektor, welcher aus einer Vielzahl von dicht gepackten Stäben aus moderierendem Material besteht, von denen jeder mit einer Stirnfläche an den Reaktorkern angrenzt.

Viele Materialien verändern ihre Abmessungen, wenn sie der Bestrahlung durch schnelle Neutronen ausgesetzt sind. Wenn diese Materialien einer ungleichförmigen Bestrahlung durch schnelle Neutronen unterworfen werden, sind die Dimensionsänderungen ebenfalls ungleichförmig, und deshalb werden innere Spannungen in demselben Maße erzeugt, wie sie durch eine ungleichförmige Temperaturverteilung erhalten werden. Genauso wie Glas Sprünge bekommt, wenn es stark unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt wird, erleiden bestimmte Reaktormaterialien eine ähnliche Beschädigung, wenn sie hinreichend lang einem Strom schneller Neutronen unterschiedlicher Stärke ausgesetzt sind.

Es wurde erst kürzlich gefunden, daß Graphit schrumpft, wenn er einem Strom schneller Neutronen bei Temperaturen über etwa 232° C ausgesetzt wird. In jedem Reaktor ist die Größe des Flusses schneller Neutronen sowohl in axialer als auch in radialer Richtung ungleichförmig, wobei die größten Unterschiede in den Reflektorbereichen des Reaktors auftreten. Da das Maß der Schrumpfung der Größe des Flusses schneller Neutronen proportional ist, bewirkt ein ungleichmäßiger Fluß eine ungleichmäßige Schrumpfung in einem Graphitreflektor. Die dadurch bewirkte unterschiedliche Schrumpfung erzeugt Spannungen in dem Graphitmaterial des Reflektors, und diese Spannungen verursachen, wenn sie eine hinreichende Größe erreichen, eine weitgehende Be-Schädigung des Reflektors.

Gasgekühlte graphitmoderierte Reaktorkerne enthalten im allgemeinen gestapelte, gleichförmige, rechteckige Graphitblöcke, die in Schichten angeordnet sind. Jeder Block wird entweder in vertikaler oder in horizontaler Richtung von einem oder mehreren Spaltstoff-Kühlmittelkanälen durchdrungen. Bisher bestanden Reflektoren für Reaktoren dieser Art lediglich aus Ansätzen der Kernblöcke, die nicht mit Brennstoff beschickt waren, die oberen und unteren Reflektoren bestanden lediglich aus keinen Spaltstoff enthaltende Schichten aus Graphitblöcken, und der Seitenreflektor wurde durch vertikale Stapel von Graphitblöcken gebildet, die keinen Spaltstoff enthalten, wobei Kühlmittelkanäle, wenn erforderlich, in diesen Blöcken vorgesehen waren. Da die Kerne dieser Reaktoren gewöhnlich aus rechteckigen, prismatischen Blöcken mit einer Breite, die gleich dem Gitterabstand oder einem Vielfachen dieses Gitterabstands entspricht, gebildet werden, sind mehr oder weniger Blöcke mit rechteckigen Querschnitten von Durchmessern von 10 bis 40 cm üblich.

Wie oben erwähnt, tritt der größte Intensitätsabfall des Stroms schneller Neutronen im Reflektor auf. Deshalb werden die Reflektorblöcke eines Reaktors der oben bezeichneten Art einem sehr stark unterschiedlichen Neutronenfluß und aus diesem Grund auch einer sehr unterschiedlichen Schrumpfung ausgesetzt. In Blöcken, die mit ihren längeren Achsen senkrecht zu der Reflektor-Kerngrenzfläche orientiert sind — z. B. in den oberen und in unteren Reflektoren, wenn die größeren Achsen der Blöcke vertikal orientiert sind —, führt die unterschiedliche Schrumpfung quer zu diesen Achsen dazu, daß jeder dieser Blöcke eine konische Form annimmt, deren dünneres Ende der Reflektor-Kerngrenzfläche zugekehrt ist. Diese Schrumpfung erzeugt Zugspannungen in den langen Oberflächen der Blöcke, welche mit dem Maß der Neutronenbestrahlung zunehmen, bis ein Bruch erfolgt. In gleicher Weise verursacht die unterschiedliche Schrumpfung in Blöcken, die mit ihrer größeren Achse parallel zu der Reflektor-Kerngrenzfläche orientiert sind — z. B. im seitlichen Reflektor, wenn die Hauptachsen der Blöcke vertikal orientiert sind —, das Auftreten von Biegespannungen, die letztlich zu einem Bruch der Blöcke an den Flächen führen, die am weitesten vom Kern entfernt sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Neutronenreflektor für einen Kernreaktor zu schaffen, in dem die durch die unterschiedliche Schrumpfung in den Reflektorstäben hervorgerufenen Spannungen wesentlich verringert sind.

Es ist bereits bekannt, bei Kernreaktoren einen an den Kern angrenzenden Neutronenreflektor aus einer Vielzahl dicht gepackter Stäbe aufzubauen (britische Patentschrift 784 292 und USA.-Patentschrift 2 879 216), und ferner, zwecks Verringerung dei im Graphit auftretenden Spannungen infolge des schnellen Abfalls des schnellen Neutronenflusses mit zunehmendem Abstand von der Grenzfläche zwischen Kern und Reflektor, die Längsachsen dieser Stäbe so zur Kern-Reflektor-Grenze zu orientieren, daß diese Stäbe mit einer Stirnfläche an den Reaktorkern angrenzen (deutsche Auslegeschriften 1095 959, 1057 699 und 1059 582). Weiterhin wurden die Stäbe bereits mit randseitigen, zur Kühlung dienenden Kanälen versehen (deutsche Auslegeschrift 1 059 682).

Eine noch weitergehende Verringerung der im Reflektor auftretenden Spannungen wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß jeder Stab an seinem dem Reaktorkern zugekehrten Ende einen abgerundeten Querschnitt aufweist und an diesem Ende mit einem zur Längsachse des Stabes koaxialen, sich in Achsrichtung mit zunehmendem Abstand vom Reaktorkern verjüngenden Loch versehen ist.

Durch die Ausbildung gemäß der Erfindung wird die Konzentration des Moderators in umgekehrtem Verhältnis mit der Größe des schnellen Neutronenflusses verändert. Die größte Schrumpfung tritt nahe der Grenzfläche zwischen Kern und Reflektor auf, wo die Erfindung einen minimalen Reflektorquerschnitt vorsieht, wodurch die Spannungen im Graphit so klein wie möglich gemacht werden. Durch die Abflachung des Flußprofils der schnellen Neutronen wird die unterschiedliche Schrumpfung längs der Stabachse möglichst klein gemacht. Der Fluß der schnellen Neutronen im Reflektor fällt von der Grenzfläche zwischen Kern und Reflektor weg außerordentlich schnell ab. Durch die Maßnahmen gemäß der Erfindung wird die Steilheit dieses anfänglichen Abfalles vermindert, indem nahe der Grenzfläche eine geringere Konzentration des Reflektormaterials durch die Anbringung von sich nach innen verjüngenden, koaxialen Löchern an den Stabenden vorgesehen wird. Die Schrumpfung des Graphits, welche sich im wesentlichen in gleicher Weise ändert wie der Fluß der schnellen Neutronen, bewirkt daher einen weniger scharfen unterschiedlichen Abfall nahe der Grenzfläche zwischen Kern und Reflektor. Die Verwendung von im wesentlichen runden Stabquer-

schnitten im Abschnitt höchster Beanspruchung der Graphitstäbe beseitigt das Auftreten von-Spannungen, welche in Querschnitten mit schnell die Richtung wechselnden Peripherien, beispielsweise quadratisehen oder rechtwinkligen Querschnitten, auftreten.

Eine der Anordnung gemäß der Erfindung gleichartige Anordnung ist auch durch die Anordnung gemäß der bereits genannten USA.-Patentschrift 2 879 21$ nicht bekannt, in welcher die Brennstoffelemente Reflektorteile enthalten, welche an der Decke und am Boden des aktiven Brennstoffbereiches angeordnet sind. Beide Reflektorteile haben kreisförmige Querschnitte, um einen Neutronenstrom durch die kreisförmigen Kühlkanäle zu verhindern. Sie weh sen jedoch zwei wichtige Merkmale der vorliegenden Erfindung nicht auf, nämlich einen minimalen Quer·^ schnitt im Bereich des höchsten Flusses schneller Neutronen, woraus sich eine Verminderung der Spannung in diesem Bereich ergibt, und sinkende Moderatorkonzentration bei steigenden Werten des Flusses der schnellen Neutronen, wodurch ein flacheres Profil des Flusses der schnellen Neutronen bewirkt wird. Beide Merkmale ergeben sich aus den sich nach innen verjüngenden, koaxialen Löchern gemäß der Erfindung,

Auch die in der Anordnung gemäß der deutschen Auslegeschrift 1 059 582 in den Reflektorblöcken vorgesehenen Kühlkanäle sind in den Reflektorstäben vorgesehenen Löchern gemäß der Erfindung nicht gleichwertig. Die in den Reflektorblöcken angeordneten bekannten Löcher sind weder koaxial angeordnet, noch verjüngen sie sich nach innen zu mit zunehmendem Abstand von der genannten Grenzfläche. Die Löcher stellen lediglich Kühlkanäle dar und haben keine spannungsvermindernde Wirkung wie die koaxialen und sich nach innen zu verjüngenden Löcher gemäß der Erfindung.

. Insbesondere wird durch die bekannte Anordnung keine runde Querschnittsform in dem Bereich des Reflektorstabes angegeben, in dem die Schrumpfung am größten ist.

Die Erfindung wird anschließend an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Reaktor, der einen Reflektor gemäß der Erfindung aufweist,

F i g. 2 einen Grundriß der oberen und unteren Reflektoren dieses Reaktors,

F i g. 3 einen perspektivischen Auschnitt einer Gruppe von Stäben des Reflektors von oben,

F i g. 4 einen Vertikalschnitt durch zwei Stäbe aus der Stabgruppe,

F i g. 5 in perspektivischer Ansicht zwei angrenzende Stäbe aus dem seitlichen Reflektor des Reaktors,

F i g. 6 eine typische Abhängigkeit des Flusses der schnellen Neutronen von dem Abstand von der Reflektor-Kern-Grenzfläche im Diagramm.

Wenn in dem Reflektor ein Kühlmittelweg frei bleiben muß, weisen die Stäbe gemäß der Erfindung einen runden Querschnitt (vorzugsweise kreisförmigen Querschnitt) über ihre gesamte Länge auf. Der Raum zwischen den dicht gepackten runden Stäben ergibt die Leitungen für den Kühlmittelstrom. Wenn in dem Reflektor keine Kühlmittelleitung erforderlich ist, weist nur der innere Teil jedes Stabes, der der Kern-Reflektor-Grenzfläche zugekehrt ist, einen runden Querschnitt auf. Das äußere Ende des Stabes hat einen rechteckigen Querschnitt, um den Neutronenverlust zu verringern und um einen Kühlmittelverlust zu verhindern. Allgemein ausgedrückt, die runde Ausbildung der Stäbe und die Anordnung der Löcher sollen sich wenigstens so. weit in den Reflektor hineinerstrecken, als dem steil ansteigenden Teil der Kurve entspricht, die die Abhängigkeit des Flusses der schnellen Neutronen von dem Ort im Reflektor wiedergibt.

Der Reflektor gemäß der Erfindung ist jedem bekannten Reflektor überlegen (d. h., die induzierten Spannungen sind kleiner), wenn gleiche Reflektorgrößen verglichen werden. Bezüglich der Größe der Stäbe weisen diese vorzugsweise eine größere Abmessung von weniger als etwa 10 cm auf.

Die Verringerung der Spannungen gegenüber bekannten Reflektorblöcken von gleicher Größe, die gemäß der Erfindung erreicht wird, resultiert aus dem runden Querschnitt des dieser Grenzschicht zugekehrten Endes und dem sich in Achsrichtung verjüngenden Loch in Verbindung mit der an sich bekannten Anordnung der Stäbe mit an den Reaktorkern angrenzenden Stabstirnfläche. Diese Merkmale werden gemäß der Erfindung in dem Bereich erfüllt, in welchem der Unterschied des Flusses der schnellen Neutronen mit der Entfernung vom Reaktorkern am größten ist.

Bezüglich der Spannungen, die durch gleiche Gradienten des Flusses der schnellen Neutronen erzeugt werden, ist ein runder Querschnitt einem rechteckigen unbedingt überlegen. Das nach innen sich verjüngende Loch weist eine zweifache Wirkung auf, nämlich eine Verringerung der Spannungen in dem Reflektorbereich großer Flußunterschiede, die aus einem schwächeren Querschnitt resultieren, und zweitens ein flacheres Profil des Flusses der schnellen Neutronen, das aus der geringeren Moderatorkonzentration resultiert, die durch die Entfernung des Moderatormaterials aus dem Reflektor durch das Einbringen des Lochs bewirkt wird.

Reflektoren, die nach den der Erfindung zugrunde liegenden Prinzipien gebaut werden, sind den bekannten Reflektoren aus verschiedenen Gründen überlegen. Erstens, die mit einem Bohrloch versehene runde Konfiguration ist im Vergleich zur rechteckigen oder viereckigen Konfiguration unter dem Einfluß eines gleichmäßigen ungleichförmigen Flusses schneller Neutronen wesentlich kleineren Spannungen ausgesetzt. Zweitens, die Anordnung von runden Stäben ermöglicht eine Verringerung der Größe der Graphitblöcke, ohne daß damit eine unerwünschte Verringerung des dem Kühlmittelstrom zur Verfügung stehenden Durchflußquerschnitts verbunden ist. Drittens ist, wie aus der Figurenbeschreibung noch hervorgehen wird, der Reflektor gemäß der Erfindung besonders für Pebble-Reaktoren geeignet, obgleich er auch in allen gasgekühlten Reaktoren mit großem Erfolg verwendet werden kann. Viertens kann, wie ebenfalls unten ausgeführt werden wird, die dicht gepackte Konfiguration von einem Metallgitter gestützt werden, wodurch es möglich ist, den Reflektor in auswechselbaren Abschnitten zu installieren und wodurch der Reflektor sich einheitlich, entsprechend den thermischen Änderungen, ausdehnen und zusammenziehen kann, so, als ob er aus dem Metall, das für das Trägergitter verwendet wird, bestehen würde. Auf diese Weise kann ein Reflektor geschaffen werden, der bezüglich der Temperaturänderungen das

gleiche Verhalten zeigt wie die Baumaterialien, die sonstwo im Reaktor verwendet werden.

Zu irgendeiner bestimmten Zeit während der Betriebsdauer eines Reflektors, der nach der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, und eines Reflektors, der lediglich eine nicht mit Spaltstoff beschickte Fortsetzung des Kerns darstellt, sind die Spannungen in dem Reflektor gemäß der Erfindung weniger als 25 % der Spannungen in den Reflektoren gemäß dem Stande der Technik. Auf diese Weise wird in den bekannten Reaktoren die Spannung, bei der ein Bruch stattfindet, wesentlich früher erreicht als in den gemäß der Erfindung gebauten Reaktoren.

In F i g. 1 ist ein Vertikalschnitt durch einen Reaktor dargestellt, der einen Reflektor gemäß der Erfindung aufweist. Ein im wesentlichen zylindrischer Reaktorkern 1 ist in einem sphärischen Druckbehälter 2 eingeschlossen, der einen Kühlgaseinlaß 3, der einem nicht dargestellten Gebläse nachgeschaltet ist, und einen Heißgasauslaß 4 aufweist, um, wie schematisch dargestellt, einen Dampfgenerator 44 zu beaufschlagen. Weiter ist ein konzentrischer Kühlgasrückstromkanal 5 und ein Kühlgasauslaß 6 vorgesehen, der zur Ansaugseite des Gebläses führt. Der Kern 1 besteht aus einer Vielzahl von Graphitkugeln mit kleinem Durchmesser, die spaltbares Material, wie z. B. U²³⁵, enthalten und von denen ein Teil mit dem Bezugszeichen 7 angedeutet ist. Ein unterer Reflektor 8, ein oberer Reflektor 9, ein ringförmiger Seitenreflektor 10 und keilförmige Eckreflektoren 50 stellen die äußeren Begrenzungen des Kernes dar. Der untere Reflektor 8 dient zusätzlich als Träger für die Spaltstoffkugeln 7. Der Spaltstoff wird in den Kern durch eine Vielzahl von den oberen Reflektor durchdringenden Rohren 11 eingefüllt und durch Auslaßrohre 12 entfernt, die den unteren Reflektor 8 durchdringen. Durch den Druckbehälter 2 und den oberen Reflektor 9 ist eine Vielzahl von Graphitrohren 13 geführt, deren untere Enden 14 geschlossen sind. Diese Rohre dienen als Führungen für übliche Regelstäbe.

Der untere Reflektor 8 weist eine Vielzahl von dicht gepackten zylindrischen Graphitstäben 15 auf, die einen Durchmesser von 5,08 cm aufweisen und die mit ihren unteren Enden auf einem Stahlgitter 16 befestigt sind. Das Gitter 16 wird seinerseits von einem Stützgitter 17 gehalten, das von Rohren 18 gestützt wird. Die Stützgitter 18 sind mit einer Vielzahl von Öffnungen 19 versehen, um Kühlgas zu den Bereichen überhalb der Innenräume dieser Rohre zu leiten. Das Innere jedes der Stützrohre 18 kommuniziert mit dem Inneren eines Rohres 20, das mit einem auswechselbaren Abschirmstopfen 21 verschlossen ist. Auf diese Weise ist das Innere des Druckkessels 1 zugänglich, um den Ersatz und/oder die Reparatur des Kerns oder irgendeines Bestandteils desselben zu erleichtern.

In Fig. 2 ist, bezogen auf Fig. 1, eine Draufsicht auf den unteren Reflektor 8 dargestellt. Es kann ersehen werden, daß der untere Reflektor in sieben Abschnitte — sechs Randabschnitte 22 und ein Mittelabschnitt 23 — unterteilt ist, von denen jeder von einem Stützrohr 18 getragen und bedient wird. Ein Rohr 20 für den Zugang in den Reaktor ist unter der Mitte 24 jedes Abschnittes angeordnet. Wie in F i g. 1 zu sehen, fällt der Reflektor 8 von der Mitte 24 a des Mittelabschnitts 23 und von der Pheripherie 26 des Kernes aus zu einer tiefsten Stelle in der Mitte 24 jedes der Randabschnitte 22 längs in radialer Richtung orientierter Täler 25 ab. Die Reflektoroberfläche fällt ebenfalls — obgleich nicht so steil wie die Senken 25 — von der Reflektorperipherie 26 und der Mitte 24 α zu den tiefen Stellen 27 ab, die auf den radialen Graten 28 gelegen sind. Auf diese Weise fällt die Oberfläche jedes der Randabschnitte 22 in allen Richtungen gegen die Mitte 24 nach unten ab, wodurch der Abzug und die Entfernung der Spaltstoffkugeln 7 durch die Rohre 12 erleichtert wird.

Obgleich für den Betrieb des Reaktors nicht erforderlich, können die sieben Abschnitte des unteren Reflektors 8 in kleinere eigene Abschnitte 29 unterteilt werden, von denen jeder ein Bündel eng gepackter Reflektorstäbe aufweist, die an einem Abschnitt des Gitters befestigt sind. Eine solche Anordnung weist sehr große Vorteile auf, da jeder der kleinen Abschnitte 29 mittels einer geeigneten Vorrichtung aus seiner Stellung in dem Reflektor durch die Rohre 18 und 20 entfernt werden kann.

Wie in F i g. 1 dargestellt, ist der obere Reflektor 9 ähnlich wie der untere Reflektor 8 ausgebildet und weist eine Vielzahl von dicht gepackten, zylindrischen Graphitstäben mit einem Durchmesser von 5,08 cm auf, die mit ihren oberen Enden an einem Stahlgitter 30 befestigt sind, welches seinerseits an der Decke des Druckkessels 1 mit Hängevorrichtungen 31 aufgehängt ist. Der obere Reflektor 9 weist einen gleichen Grundriß wie der untere Reflektor 8 auf. Aus diesem Grund wird auf den Grundriß des unteren Reflektors 8, der in F i g. 2 dargestellt ist, Bezug genommen. Der obere Reflektor 9 ist ebenfalls in sieben Abschnitte — sechs Randabschnitte 22 und einen Mittelabschnitt 23 — unterteilt. Im Aufriß unterscheidet sich jedoch der obere Reflektor 9 etwas von dem unteren Reflektor 8, indem die Reflektoroberfläche jedes Abschnitts einen Mittelteil 23 enthält, der bis zu einem höchsten Punkt an der Mitte 24 des Abschnitts zu aufsteigt, wo die Spaltstoffzuführungsrohre 11 den Reflektor durchdringt.

Wie bei dem unteren Reflektor 8 kann der obere Reflektor 9 ebenfalls in weitere kleinere Abschnitte 29 unterteilt sein, von denen jeder an einer Hängevorrichtung 31 aufgehängt ist, die eine Bajonettverbindung 51 aufweist, um den Ersatz des Abschnitts zu ermöglichen. Der Zugang zu dem oberen Reflektor kann ebenfalls durch die Tragrohre 18 und die Rohre 20 erfolgen.

In den F i g. 3 und 4 ist einerseits eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts des oberen Reflektors und andererseits ein Längsschnitt durch zwei Stäbe dieses Abschnitts dargestellt. Eine Vielzahl von dicht gepackten, zylindrischen Graphitstäben 25 hängt von einem Stahlgitter 30 herab und ist an dieses mit Gewindebolzen 32 angeschraubt. Jeder Stab 15 ist an seinem freien Ende 52 ■— demjenigen Ende, das dem Reaktorkern am nächsten gelegen ist — mit einem zentralen, nach innen sich verjüngenden Loch 33 versehen. Die Stäbe des unteren Reflektors 8 sind mit denen des oberen Reflektors 9 identisch, mit Ausnahme, daß sie von einem unteren Gitter 1 (s. Fig. 1) getragen werden und nach oben stehen.

In F i g. 5 ist eine perspektivische Ansicht eines Reflektorstabes des ringförmigen Seitenreflektors 10 dargestellt. Wie in Fig. 1 zu sehen, weist der seitliche Reflektor 10 eine Vielzahl von dicht gepackten Graphitstäben 34 auf, die an einem Ende an einem Stahlgitter 35 befestigt sind. Die freien Enden 36 dieser

Stäbe sind in radialer Richtung auf die Mitte des Reaktorkerns zu orientiert. Jeder Stab 34 weist einen kreisförmigen Querschnitt an seinem inneren Ende 36 (der Durchmesser beträgt 5,08 cm) auf. Die horizontale Mittelebene des Stabes weist die Form eines Trapezes auf, dessen Seiten in den Radialebenen des zylindrischen Reaktorkerns liegen. Der Querschnitt durch die vertikale Mittelebene des Stabes ist rechteckig, wobei die Höhe von dem Ende 36 bis zu dem Ende 40 gleich ist. Zwischen dem Ende 36 und einer Vertikalebene, die durch die Stelle 37 gelegt ist, weist der Stab einen elliptischen Querschnitt auf, dessen kleine Achse (d. h. die vertikale Achse) konstant den Wert aufweist, der gleich dem Durchmesser des Kreises am Ende 36 ist. Die größere Achse (d. h. die horizontale Achse) nimmt mit zunehmendem Abstand zwischen den in radialer Richtung orientierten Seiten des Schnittes in der horizontalen Mittelebene zu. Zwischen der quer zur Achse verlaufenden Vertikalebene bei 37 und einer entsprechenden Vertikalebene bei 38 geht der Querschnitt des Stabes von einer Ellipse in ein Rechteck über, um einen vollständig geschlossenen, gasdichten Reflektor zu ergeben. Die Seiten 39 des Stabes divergieren weiter in radialer Richtung von der Ebene 37 bis zum Ende 40. Wie bei den Stäben des oberen und des unteren Reflektors ist ein in Achsrichtung mit zunehmendem Abstand vom Reaktorkern sich verjüngendes Loch 41 in dem der Kern-Reflektor-Grenze zugekehrten Ende 36 vorgesehen.

Die Kantenrefiektoren 50 weisen eine Vielzahl von Graphitkeilen auf, die an einem Rand des Gitters 35 befestigt sind. Alternativ können die Reflektoren an den Kanten eine Fortsetzung des ringförmigen Seitenreflektors 10 sein. Die keilförmige Ausbildung, welche dargestellt ist, wird jedoch wegen des kleinen Querschnitts der Keile in dem Bereich, der an den Kern anschließt, bevorzugt, da dadurch in diesem Bereich des großen Flußunterschiedes der schnellen Neutronen die unterschiedliche Schrumpfung verringert wird.

Allgemein ausgedrückt, soll mit den obigen Ausführungen gesagt werden, daß der rund ausgebildete Teil eines Stabes gemäß der Erfindung von der Kern-Reflektor-Grenze aus sich wenigstens so weit in den Reflektor hineinerstrecken soll, als dem steilen Teil der Kurve entspricht, die die Abhängigkeit des Neutronenflusses vom Ort im Reflektor wiedergibt. Im allgemeinen ist diese Stelle erreicht, wenn der Fluß der schnellen Neutronen auf 10% oder weniger seines Werts an der Reflektor-Kern-Grenze abgefallen ist. Natürlich muß, wenn ein Kühlmittelstrom durch den Reflektor zu dem Kern zirkulieren soll, der gesamte Reflektor mit abgerundeten Stäben, vorzugsweise zylindrischen, ausgerüstet sein, wie es bei dem oberen und dem unteren Reflektor des beschriebenen Reaktors dargestellt ist.

Ebenfalls ist es, obgleich das nach innen sich verjüngende Loch, welches an dem der Grenzfläche zugekehrten Ende des Stabes eine Verbesserung unabhängig von der Tiefe dieses Loches bewirkt, im allgemeinen erwünscht, daß bei runder Ausbildung des Stabes dieses Loch sich bis zu einer Tiefe erstreckt, in der der unterschiedliche Neutronenfluß im wesentlichen ausgeglichen ist. Andere Betrachtungen, wie z. B. die der Moderatordichte, können die Forderung zur Folge haben, daß das sich verjüngende Loch weniger tief in den Stab hineinreicht. Nichtsdestoweniger wird trotzdem eine Verringerung der Spannungskonzentration im Vergleich zu einem ganz kompakten Stab durch ein solches Loch erreicht.

F i g. 6 zeigt an Hand einer Kurve, die die Abhängigkeit des Flusses schneller Neutronen von dem Ort im Reflektor wiedergibt, das oben diskutierte Prinzip. Die Distanz im Inneren des Reflektors von der Reflektor-Kern-Grenze ist in willkürlichen Einheiten auf der Abzisse aufgetragen. Ebenfalls ist der

ίο Fluß der schnellen Neutronen (d. h. Neutronen mit einer Energie größer als 0,1 MeV) in willkürlichen Einheiten auf der Ordinate eingetragen. In einem Stab, der gemäß der Erfindung konstruiert ist, reicht der abgerundete Teil über den steilen Teil der Kurve bis wenigstens zu einer Tiefe, die durch die gestrichelte Linie A angedeutet ist. Das nach innen sich verjüngende Loch soll ebenfalls bis nahe zu dieser Tiefe, wenn möglich und wenn andere Faktoren, wie z. B. die Moeratordichte, es zulassen, reichen.

Bezugnehmend auf Fig. 1 fördert, wenn der Reaktor in Betrieb ist, ein außerhalb angeordnetes Gebläse ein Kühlgas durch die Leitung 3 in einen Einlaßraum 42, der durch den unteren Reflektor 8, den unteren Teil 43 des Druckbehälter 2 und ein rundes Leitblech 44 bestimmt ist. Auf diese Weise wird der Gaseinlaßstrom nach oben durch den Reflektor 8, den Kern 1 und den oberen Reflektor 9 geleitet, wie durch die Pfeile angedeutet wird. Nachdem das Kühlgas den unteren Reflektor 9 durchquert hat, tritt es in einen Heißgasraum 45 ein, der von einem thermisch isolierten Leitblech 46 umgeben ist, und wird dadurch zu dem Dampfgenerator 49 durch den Auslaß 4 geleitet. Nachdem es in dem Dampfgenerator 49 abgekühlt ist, wird das Kühlgas in das Innere des Reaktors durch den konzentrischen Ringeinlaß 5 zurückgeleitet. Das zurückgeleitete Gas strömt durch den Raum 47 rund um die Peripherie des seitlichen Reflektors 10 und über den oberen Heißgasraum 45 durch den Raum 48 zu dem Auslaß 6, der mit der Saugseite des Gebläses kommuniziert.

Das Ausführungsbeispiel soll die Erfindung erläutern, ohne sie zu beschränken. Es ist klar, daß Reflektoren gemäß der Erfindung auch aus anderem geeignetem Material hergestellt und in anderen Reaktortypen verwendet werden können.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Atomkernreaktor mit einem Kern und einem Neutronenreflektor, welcher aus einer Vielzahl von dicht gepackten Stäben aus moderierendem Material besteht, von denen jeder mit einer Stirnfläche an den Reaktorkern angrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stab an seinem dem Reaktorkern zugekehrten Ende einen abgerundeten Querschnitt aufweist und an diesem Ende mit einem zur Längsachse des Stabes koaxialen, sich in Achsrichtung mit zunehmendem Abstand vom Reaktorkern verjüngenden Loch versehen ist.

2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Tiefe des sich in Achsrichtung mit zunehmendem Abstand vom Reaktorkern verjüngenden Loches und/oder die gerundete Ausbildung der Reaktorstäbe von der Grenze Reaktor — Reflektor aus so weit erstreckt, bis der Fluß schneller Neutronen auf ein Zehntel des Wertes, den er an dieser Grenze aufweist, abgenommen hat.

009 540/106

3. Reaktor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe eine Länge von weniger als etwa 10 cm aufweisen.

4. Kernreaktor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe einen oberen, einen

unteren und einen ringförmigen seitlichen Reflektor bilden.

5. Reaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der obere und der untere Reflektor aus zylindrischen Stäben aufgebaut sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen