DE1020128B

DE1020128B - Nuclear reactor with suspended solid fuels

Info

Publication number: DE1020128B
Application number: DES41521A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Manfred Siebker
Original assignee: MANFRED SIEBKER DIPL PHYS
Current assignee: MANFRED SIEBKER DIPL PHYS
Priority date: 1954-11-11
Filing date: 1954-11-11
Publication date: 1957-11-28

Description

Kernreaktor mit suspendierten körnigen Betriebsstoffen Es sind Kernreaktoren. vorgeschlagen worden, bei denen der Brennstoff bzw. der Brütstoff als Lösung oder Dispersion vorliegt, wodurch sich eine Reihe! von Vorteilen ergibt, unter anderem die Möglichkeit kontinuierlic:her Entgiftung und Aufbereitung und das `-Vegfallcn einer kostspieligen Brennstoffelementfab.rikation. Suspensionen haben dabei gegenüber Lösungen den Vorteil, da,ß praktisch keine, chemische Korrosion eintritt.Nuclear reactor with suspended granular operating materials These are nuclear reactors. been proposed in which the fuel or the breeding material as a solution or Dispersion is present, resulting in a number! of benefits results, among other things the possibility of continuous detoxification and processing and the decay an expensive fuel element manufacture. Suspensions have opposite Solutions have the advantage that there is practically no chemical corrosion.

Ein besonderer Typ von Reaktoren mit Spaltstoffdispersion ist der Flüssigmeta,llbrennstoffreaktor. Bei diesem ist vorzugsweise der suspendierte Stoff eine intermetallische- Verbindung von Uran. bzw. Thorium mit y,'ismut und anderen. Schwermetallen. Das Suspcnsiotism.edium ist dabei eine flüssige: Legierung von Schwermetallen, die sowohl chemisch als auch physikalisch den festen. Dispcrsionspartileeln ähnlich ist. Insbesondere ist von Wichtigkeit, daß beide im spezifischen Gewicht möglichst weitgehend übereinstimmen, damit Ablagerungen und starke, Konzent.rationsunterschiede vermieden werden.. Dies bedeutet jedoch eine starke Einschränkung in der Wahl der Stoffe.A special type of reactors with fuel dispersion is the Liquid metal fuel reactor. This is preferably the suspended substance an intermetallic compound of uranium. or thorium with y, 'ismut and others. Heavy metals. The suspension medium is a liquid: alloy of heavy metals, which are both chemically and physically solid. Dispcrsionspartileeln similar is. In particular, it is important that both have a specific gravity as much as possible largely coincide, so that deposits and strong differences in concentration be avoided .. However, this means a severe limitation in the choice of Fabrics.

Bei wässerigen Homogenreaktoren ist ferner vorgeschlagen worden, als Brütkreisla.uf eine: Thoriumoxydaufschlämmung in D,0 zu verwenden. Versuche haben aber ergeben, daß starke Schwierigkeiten hinsichtlich der Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Verteilung bestehen.In the case of aqueous homogeneous reactors, it has also been proposed to use a thorium oxide slurry in D, 0 as the breeding circuit. However, tests have shown that there are great difficulties in maintaining an even distribution.

Bei allen bisher vorgeschlagenen, Reaktorformen mit dispergierten Reaktionsstoffen. hält sich ein großer Teil dieser teuren Materialien außerhalb des eigentlichen aktiven Reaktorkerns auf. Dies bedeutet erstens eine große: finanzielle, Belastung und zweitens eine äußerst starke radioaktive: Verseuchung der jeweiligen Kreisläufe und Wärmetauscher. Aus diesem Grunde ist bereits vorgeschlagen worden, Hydrozyklone: oder ähnliche Maßnahmen. zum Abtrennen der Feststoffe aus der Flüssigkeit zu verwenden. Abgesehen. von der Schwierigk. t, den Abscheidewirkun:gsgrad bei wechse'._nden Strömungsmengen. und -gesch.windigkeiten einigermaß-m konstant zu halben, bedeuten derartige Maßnahmen eine große Störanfälligkeit durch Erosion und eventuelle Zusamm-enbaIlungen, ohne daß mehr als nur eine Verringerung der Konzentration in den äußeren Kreisläufen. -erreicht wird. Im Falle der Verwendung von schwerem Wasser als Moderator und Kühlmittel kommt noch hinzu, da,ß auch dies sehr teuer ist und seine Menge außerhalb des Reaktorkerns möglichst gering sein sollte.In all previously proposed reactor forms with dispersed Reaction substances. a large part of these expensive materials is kept outside of the actual active reactor core. First of all, this means a big one: financial, Pollution and, secondly, an extremely strong radioactive: contamination of the respective Circuits and heat exchangers. For this reason it has already been suggested Hydrocyclones: or similar measures. to separate the solids from the liquid to use. Apart from that. of the difficulty t, the degree of separation in the event of changes Flow rates. and speeds are more or less constant to half Such measures are highly susceptible to failure due to erosion and possible agglomerations, without more than a reduction in the concentration in the external circuits. - is achieved. In the case of using heavy water as a moderator and coolant there is also the fact that this is also very expensive and its amount outside the reactor core should be as low as possible.

Die oben geschilderten Na.chteilei sollen bei Reaktoren finit suspendiertem körnigem Spaltstoff und/oder Brütstoff und/oder Moderator erfindungsgemäß wie folgt vermieden werden: Die körnigen Betriebsstoffe, beispielsweise der Spaltstoff, sollen im aktiven, Gebiet des Reaktors dazu verwendet werden., daß das Kühlmittel zumindest in einem Teilgebiet des Reaktors an ihnen siedet. Versuche haben ergeben., daß die; dynamische Wirkung d-c:r Dampfbildung auch eine- Verwendung relativ zum Kühlmedium spezifisch schwerer Partikeln möglich macht. Die Anwesenheit der feinkörnigen Stoffe in d@:-n siedenden 1AJedium bedeutet gleichzeitig, daß das Auftreten eines Siedeverzuges weitgehend vermieden wird.The abovedescribed Na.chteilei should be finitely suspended in reactors granular fissile material and / or breeding material and / or moderator according to the invention as follows to be avoided: The granular operating materials, for example the fission material, should In the active area of the reactor are used. That the coolant at least boils on them in a part of the reactor. Tests have shown that the; dynamic effect d-c: r vapor formation also a use relative to the cooling medium makes specifically heavy particles possible. The presence of the fine-grained substances in d @: - n boiling 1AJedium also means that the occurrence of a delay in boiling is largely avoided.

Sorgt man dafür, daß ein definiertes Phasengre:nzg;:biet entsteht, das gleichzeitig Suspensionsgrenze: ist, so wird dadurch in einfacher Weise ein Abtrennen der Feststoffe von, dem Kühlmedium bzw. eventuell Arbcitsinittel erreicht.If you make sure that a defined phase size: nzg;: offer is created, that is at the same time the suspension limit: then in a simple way it becomes a Separation of the solids from the cooling medium or possibly Arbcitsinittel achieved.

Zum Anfahren eines erfindungsgemäßen Reaktors sowie bei der Verwendung eines unterkühlten Kühlmittels wird die Nachspeisung der dem verdampfenden Kühlmittlantei.l entsprechenden Menge in den meis` .n Fällen nicht ausreichen, um die suspendierten Körner in der Schwebe zu halten. Es ist daher vorgcschen., daß zusätzlich eine: suspensionsunterstützende Umlaufströmung erzeugt werden kann. Die, Intensität dieser Umlaufströmung soll von einem die Suspe:nsionshöhe anzeigenden Meßgerät gesteuert werde-n..For starting up a reactor according to the invention and for use a supercooled coolant is the replenishment of the evaporating coolant corresponding amount in most cases is not sufficient to remove the suspended To keep grains in suspension. It is therefore required that an additional: suspension-supporting circulating flow can be generated. The, intensity of this Circulating flow should be controlled by a measuring device indicating the height of the suspension will..

Außer durch eine Umlaufströmung kann die; Suspension der Reaktionsstoffe in bekannter Weise auch durch Rührwerke oder Schwingungserzeuger unterstützt werden. Bei der Verwendung von Schwingungserzeugern sollen. die suspensionsfördernden Schwingungen in weiterer Ausgestaltung der Erfindung Sägezahnform haben.In addition to a circulating flow, the; Suspension of the reactants can also be supported in a known manner by agitators or vibration generators. When using vibration generators should. the suspension-promoting vibrations in a further embodiment of the invention have a sawtooth shape.

Zum Erhöhen. der Sicherheit einer erfindungsgemäßen Reaktoranlage ist vorgesehen, d.aß die, körnigen Reaktionsträger heim Ausfall der Umwälzung ode-- anderen. Suspensionsunterstützungen ganz oder teilweise in unterkritische Räume absinken. Zu diesem Zweck mögen unterhalb der normalen Reaktionsgebiete Zellen angeordnet sein, in die der Reaktionskreislauf und der Brütkreislauf abwechselnd aufeinanderfolgend münden, so daß die Absorption der Neutronen durch das jeweils in, der Nebenzelle vorhandene Brütmaterial (beispielsweiseThoriumoxyd) die Reaktion der Spaltstoffe! erlöschen läßt.To increase. the safety of a reactor plant according to the invention it is provided that the, granular reaction carriers after failure of the circulation or-- others. Suspension supports whole or partly in subcritical Rooms sink. For this purpose cells below the normal reaction areas may be used be arranged in which the reaction cycle and the incubation cycle alternate open successively, so that the absorption of the neutrons by each breeding material (e.g. thorium oxide) present in the secondary cell causes the reaction of fissile materials! can be extinguished.

Da der Kühlmitteldampf arls Wärme- und Energieträger außerhalb des Reaktors vorgesehen ist, befindet sieh praktisch kein Spaltstoff in den Rohrleitungen und Wärmetauschern und wird auch die Menge des erforderlichen Kühlmittels praktisch halbiert, was insbesondere bei der Verwendung von schwerem Wasser eine große Rodle spielt.Since the coolant vapor arls heat and energy carriers outside the Reactor is provided, see practically no fissile material in the pipelines and heat exchangers, and the amount of refrigerant required also becomes practical halved, which is a big toboggan especially when using heavy water plays.

Kühlmittel kann auch flüssiger Brennstoff sein, in welchem ein Moderator suspendiert wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, als Kühlmittel beispielsweise flüssiges siedendes Leichtmetall mit suspendiertem Brennstoff und auch, körnigem Moderator vorzusehen. Schließlich sei darauf hingewiesen, daß auch mittelschnelle oder schnelle Reaktoren. nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeiten können, indem jeder Moderator vermieden wird und sich der hoch angereicherte BnPn.nstoff beispielsweise in siedendem Natrium befindet.Coolant can also be liquid fuel, in which a moderator is suspended. Another possibility is as a coolant, for example liquid boiling light metal with suspended fuel and also, granular Provide a moderator. Finally, it should be noted that medium-fast or fast reactors. can work according to the method of the invention by every moderator is avoided and the highly enriched BnPn.nstoff for example located in boiling sodium.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Nuclear reactor with suspended granular fissile material and / or breeding material and / or moderator and liquid coolant, characterized in that that the coolant is suspended in at least one part of the reactor Particle is boiling.

2. Nuclear reactor according to claim 1, characterized in that two different suspension systems are formed: a core system and an incubation system.

3. Nuclear reactor according to claim 1, characterized. characterized in that from the coolant flowed through spaces! are designed so that the granular substances in the actual Reactor space or in the incubation space are in suspension, but when the coolant emerges remain behind due to their inert mass.

4. Nuclear reactor according to claim 1, characterized characterized in that the suspension-filled: n areas are dimensioned such that a defined phase boundary area is created, which is also the suspension boundary, is.

5. Nuclear reactor according to claim 1, characterized in that entrained particles deposited after passing through the heating area by known measures and your respective - reactor circuit are added again.

6. Nuclear reactor after Claim 1, characterized by a suspension-supporting circulating flow.

7. Nuclear reactor according to claim 6, characterized in that the intensity of the inlet flow is controlled by a measuring device indicating the height of the suspension. B. Nuclear reactor according to one of the preceding claims, characterized in that the suspension of the reactants is supported by agitators or vibration generators. 9. Nuclear reactor according to claim 8, characterized gekeninzeichnea that the suspensionsförderiden vibrations of the vibration generator have a sawtooth shape. 10. Nuclear reactor according to one of the preceding claims, characterized in that the granular reaction carriers sink in whole or in part into subcritical spaces in the event of failure of the circulation and / or the suspension support. 11. Nuclear reactor according to claim 9, characterized in that cells are arranged below the normal reaction areas into which the reaction circuit and the breeding circuit open alternately one after the other, so that the absorption of the neutrons by the breeding material present in the secondary cell can extinguish the reaction of the fissile substances . 12. Nuclear reactor according to one of the preceding claims, characterized in that the reaction and breeding circuit continuously or intermittently partial flows are separated for chemical processing, from which the solid substances are deposited and separated in a known manner. Documents considered: French: Patent No. 861390; "Nuc.leonics", Vol. 12, 1954, H. 9, p. 16.