DE1031901B

DE1031901B - Gasgekuehlter Kernreaktor

Info

Publication number: DE1031901B
Application number: DES52088A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Wolfgang Kahlert
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1957-01-26
Filing date: 1957-01-26
Publication date: 1958-06-12

Description

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Bei gasgekühlten Kernreaktoren mit flüssigem Moderator sind Anordnungen bekanntgeworden, bei denen das Kühlsystem mit dem Reaktorgefäßraum über dem Moderatorspiegel direkt in Verbindung steht, so daß dort derselbe Druck wie im Kühlsystem herrscht. Alle Druckänderungen innerhalb des Kühlsystems teilen sich demnach sofort dem Moderator mit.

Dieser Druckausgleich zwischen Moderator und Kühlsystem gestattet, die Wanddicke der Kühlkanäle, die zugleich die Brennstoffelemente enthalten, nach im wesentlichen kernphysikalischen Gesichtspunkten, also möglichst schwach, zu bemessen, da ihnen keine Überdruckbeanspruchungen auftreten können.

Reaktoren dieser Art sind, bei mäßigen Drücken, konstruktiv verhältnismäßig einfach auszubilden und mit bewährten Mitteln auszuführen. Schwierigkeiten sind, jedoch dann zu erwarten, wenn als Kühlmittel Stoffe verwandt werden, die mit der Moderatorflüssigkeit chemisch reagieren oder in dieser in größeren Mengen in Lösung gehen.

Von den bewährten gasförmigen Kühlmitteln trifft dies besonders für Kohlendioxyd zu, das sich im flüssigen Moderator, z. B. in schwerem Wasser, mit druckabhängiger Sättigung löst. Die entstehende saure Lösung ist stark korrosiv. Sie gefährdet nicht nur alle mit der Moderatorflüssigkeit benetzten Bauteile des Reaktors, wie die Druckgefäß- und Kühlkanalwandungen, sondern auch das gesamte Kühlsystem, da der aus dem Moderator herausdiffundierende D₂ O-Dampf mit Kohlendioxyd ebenfalls Kohlensäure bildet. Weiterhin wird bei plötzlichen, auch kleinen, Druckabsenkungen gelöstes CO₂ aus der Moderatorflüssigbeit ausdampfen, so daß diese aufwallt bzw. überschäumt und unter Umständen in den Kühlkreislauf gerissen wird. Ebenfalls muß vermieden werden, daß Spaltprodukte aus gegebenenfalls defekt gewordenen Brennstoffelementen über den Kühlkreislauf in den Moderator gelangen.

Gemäß der Erfindung werden nur bei Reaktoren, bei denen das Moderatorsystem mit dem Kühlsystem im Druckausgleich steht, die durch die Verwendung nicht inerter Kühlgase entstehenden genannten Schwierigkeiten mit einfachen Mitteln dadurch beseitigt, daß im Reaktor eine flüssige Sperrschicht das Moderatorsystem vom Kühlsystem trennt.

Die Zeichnung veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel.

Innerhalb des Reaktordruckgefäßes 1 trennt die flüssige Sperrschicht 2 das Moderatorsystem vom Kühlsystem.

Das Moderatorsystem besteht aus der die Kühlkanäle (der Einfachheit halber ist nur einer dargestellt) umgebenden Moderatorfüllung 3 (D₂O), der Umwälzleitung 4 mit der Pumpe 5 und der Regene-Gasgekühlter Kernreaktor

Anmelder:

Siemens-Sdiuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr.-Ing. Wolfgang Kahlert, Erlangen,
ist als Erfinder genannt worden

rier- und Kühlanlage 6. Das Kühlsystem innerhalb des Druckgefäßes 1 besteht aus den über die Haltegerüstspalte 7 miteinander in Verbindung stehenden oberen Räumen 8, 9 und den in den unteren Raum 10 einmündenden Kanälen 11,12.

Wie bereits gesagt, ist der Einfachheit halber nur ein einzelnes Kühlkanalelement dargestellt. Es ist aus einem äußeren Druckrohr 13 und einem inneren Leitrohr 14 aufgebaut, das seinerseits den spaltbaren Kernbrennstoff enthält. An seinem unteren Ende ist das Druckrohr 13 mit dem Zwischenboden 15 des Reaktordruckgefäßes 1 druckdicht verbunden, während es mit seinem oberen Ende im Haltegerüst 16, unter Belassung der bereits genannten Haltegerüstspalte 7, gehaltert ist. Das Druckrohr 13 umschließt koaxial das Leitrohr 14 unter Bildung eines kreisringförmigen äußeren Kanals 11, der gemeinsam mit dem durch das Leitrohr 14 selbst gebildeten Kühlkanal 12 die Verbindung zwischen den oberen und unteren Druckräumen 9, 10 herstellt.

Außerhalb des Druckgefäßes ist das bisher beschriebene Kühlsystem über die an die genannten Druckräume angeschlossene Umwälzleitung 17 mit der Pumpe 18 und dem Wärmetauscher 19 im Kreislauf geschlossen. Als Kühlmittel dient CO₂.

Zwischen dem Moderator- und Kühlsystem ist als Sperrschichtsubstanz 2 vorzugsweise eine deuterierte, organische Flüssigkeit, z. B. ein Phenyl oder höheres Paraffin, mit Moderator- bzw. Reflektoreigenschaften vorgesehen, die, wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, auf der Moderatorflüssigkeit 3 schwimmt. Sie muß

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möglichst wärme- und strahlungsbeständig sein und soll weder mit D₂O noch mit CO₂ reagieren, oder mischbar sein.

Da sich eine gewisse Vermischung durch Diffusion nie ganz vermeiden läßt, empfiehlt es sich, auch die Sperrflüssigkeit — ähnlich wie die Moderatorflüssigkeit — im Betrieb zu regenerieren.

Diesem Zweck dient die Regenerieranlage 20, die in den Zug der Umwälzleitung 21 eingeschaltet ist und von der Pumpe 22 mit Sperrflüssigkeit versorgt wird. Die Zu- und Ablauföffnungen der Umwälzleitung 21 am Reaktordruckgefäß 1 sind in bezug auf die Dicke der Sperrflüssigkeitsschicht 2 so angeordnet, daß die Sperrflüssigkeit bei jedem Betriebszustand die öffnungen überdeckt und somit in den Regenerationskreislauf 20, 21, 22 weder Moderatorflüssigkeit noch Kühlgas eindringen kann.

Claims

Patentansprüche.·

1. Gasgekühlter, flüssigkeitsmoderierter Kernreaktor, bei dem das Moderatorsystem mit dem Kühlsystem im Druckausgleich steht, dadurch gekennzeichnet, daß im Reaktor eine flüssige Sperrschicht das Moderatorsystem vom Kühlsystem trennt.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Sperrschichtsubstanz eine deuterierte, organische Flüssigkeit mit Moderatorbzw. Reflektoreigenschaften benutzt ist, die auf der Moderatorflüssigkeit schwimmt.

3. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschichtsubstanz kontinuierlich oder von Zeit zu Zeit durch einen Kreislauf mit einer Regenerieranlage umgewälzt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen