DE1216446B

DE1216446B - Waermeisolator fuer den Moderatorraum fluessigkeitsmoderierter Kernreaktoren

Info

Publication number: DE1216446B
Application number: DES53324A
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Hans Scheickert; Dr Rer Nat Ulrich Roesler
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1957-04-30
Filing date: 1957-04-30
Publication date: 1966-05-12

Description

Wärmeisolator für den Moderatorraum flüssigkeitsmoderierter Kernreaktoren Die Erfindung bezieht sich auf Wärmeisolatoren aus keramischen Zirkonverbindungen, wie Zr02 oder ZrSi04, für den Moderatorraum flüssigkeitsmoderierter Kernreaktoren.
In heterogenen, thermischen Reaktoren sind die innerhalb eines Kühlkanals von einem Kühlmittel umströmten Brennstoffelemente in bekannter Weise noch von einem außen an die Kühlkanäle angrenzenden Moderator umgeben. Der Moderator ist um so wirksamer, je größer seine Dichte und damit je niedriger seine Temperatur ist. Es ist daher aus Gründen der Neutronenökonomie vorteilhaft, das Kühlmittel und den Moderator thermisch möglichst gut gegeneinander zu isolieren.
Bei schwerwassermoderierten Reaktoren ist es bereits bekannt, die Kühlkanäle der Brennstoffelemente gegen den umgebenden Moderator wärmemäßig durch Aufbringen poröser Isolierschichten aus Berylliumoxyd abzuschirmen. Dabei soll die Isolierwirkung derart zustande kommen, daß sich die Poren der Isolierschicht mit der Moderatorflüssigkeit anfüllen. Das für die Isolierschicht verwendete Berylliumoxyd hat nämlich, verglichen mit anderen keramischen Verbindungen, eine extrem hohe Wärmeleitfähigkeit (0,50 cal/sec cm ° C). Die gewünschte Isolierwirkung kann daher nur bei Verwendung eines sehr porösen Materials zustande kommen.
Als Werkstoff für derartige poröse Isolationsschichten ist außerdem bereits auch Zirkondioxyd bekanntgeworden. Der Porengehalt betrug dabei 60 bis 70°/o. Es ist jedoch zu befürchten, daß derartige poröse Isolierstoffe infolge der bei einem Kernreaktor möglichen Druck- und Temperaturschwankungen einen solchen Schaden erleiden, daß damit der Betrieb des Reaktors ernsthaft gestört wird.
Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung beruht darauf, als Isolationswiderstand nicht die an der Konvektion gehinderte Flüssigkeit zu verwenden, sondern den keramischen Werkstoff selbst. Dieser muß daher eine äußerst geringe Wärmeleitfähigkeit, nämlich nicht mehr als 0,02 cal/sec cm ° C besitzen. Er soll im Hinblick auf die gewünschte Druckfestigkeit aus eine wesentlich geringere Anzahl von Poren oder auch gar keine aufweisen. Erfindungsgemäß besteht der Wärmeisolator aus an den zu isolierenden Trennwänden haftenden Emailleschichten. Diese Zirkonverbindungen, insbesondere auch das sogenannte stabilisierte Zirkondioxyd (Zr02 -I- 5'% Ca0) zeichnen sich durch ihre noch unter dem Wert von 0,02 liegende Wärmeleitfähigkeit aus. Sie besitzen ferner für thermische Neutronen niedrige Absorptionsquerschnitte, die in der gleichen Größenordnung liegen wie die der keramischen Beryllium- oder Magnesiumverbindungen und die somit auch bezüglich des Neutronenhaushalts günstig liegen. Ferner weisen diese Schichten und Bauteile eine gute Standfestigkeit im strömenden Wasser sowie eine gute Wärmeschockbeständigkeit auf und sind auch mit schwerem Wasser als Moderator bei der hier im allgemeinen interessierenden Temperatur von 300° C gut verträglich.
Zum Zweck der Isolierung der Kühlrohre verarbeitet man Zirkonverbindungen zweckmäßig zu ein- oder mehrteiligen Isolierrohrkörpern, die lose auf die Kühlrohre aufgeschoben werden können. Stabilisiertes Zirkondioxyd und Zirkonsilikat sind für eine solche Verarbeitung sehr gut geeignet, ersteres besitzt dabei die extrem niedrige Wärmeleitfähigkeit von 0,004 cal/sec cm ° C. Besonders vorteilhaft ist es, diese Isolierkörper aus einer Emaille zu fertigen, die diese Zirkonverbindungen enthält. Auch kann man mit einer derartigen Emaille direkt Schutzüberzüge auf die Kühlrohre auftragen, sofern diese den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie die Zirkonverbindungen aufweisen. Das ist bei Verwendung von Zirkon oder Zirkonverbindungen als Kühlrohrmaterial praktisch der Fall. Diese emailleartigen überzüge haften dann besonders fest an den Rohrwandungen und sind gegen Temperaturschwankungen unempfindlich, ein Schadhaftwerden während des Betriebs durch nicht zu vermeidende Temperatur- und Druckschwankungen muß also nicht befürchtet werden.

Claims

Patentanspruch: Wärmeisolator aus keramischen Zirkonverbindungen, wie Zr02 oder ZrSi04, für den Moderatorraum flüssigkeitsmoderierter Kernreaktoren, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeisolator aus an den zu isolierenden Trennwänden haftenden Emailleschichten besteht. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift. Nr. 1105 732; D' A n s -Lax, »Taschenbuch für Chemiker und Physiker«, 1943, S. 1368; Buchreihe »Selected Reference Material an Atomic Energy«, Band »Reactor Handbook, Engineering«, 1955, S. 846 und 847; »Proceedings of the Internatiojlal Conference an the Peaceful Uses of Atomic Energy«, Vol. 3, 1955, S.248.