DE1225314B - Atomkernreaktor mit zwei verschiedenen Druckzonen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

G 21 c

Deutsche Kl.: 21 g - 21/20

Nummer: 1225 314

Aktenzeichen: U 6418 VIII c/21 g

Anmeldetag: 8. August 1959

Auslegetag: 22. September 1966

Die Erfindung bezieht sich auf einen Atomkernreaktor, der einen Druckbehälter aufweist, welcher in zwei voneinander getrennten Druckzonen unterteilt ist, bei dem die Hochdruckzone die ganz mit Wasser als Moderator gefüllte Reaktionszone einschließt, und einen so hohen Druck aufweist, daß der Moderator während des Betriebes in ihr flüssig bleibt, wobei die Reaktionszone aus den zylindrischen Innenrämen einer Vielzahl von im Abstand voneinander angeordneten, Brennstoff enthaltenden Rohren be- ίο steht, die durch regelbare Düsen an ihren Enden mit der Verdampfungszone in Verbindung stehen, in der ein niedrigerer Druck als in der Reaktionszone herrscht und die den Raum zwischen den den Spaltstoff enthaltenden Rohren einschließt. Bei einem solchen Reaktor wird ein flüssiges Moderatorkühlmittel durch nukleare Erhitzung in Dampf verwandelt, der für den Antrieb eines Turbogenerators verwendet werden kann. Der Druckwassergenerator wurde als beträchtlicher Fortschritt im Reaktorbau angesehen, da bei ihm keine Notwendigkeit für einen Wärmeaustauscher besteht und sich der Siedewasserreaktor auch durch einen erhöhten Wirkungsgrad bei der Energieumwandlung, für welche Leistungsgeneratoren bestimmt sind, auszeichnet. Trotz der Vorteile des Siedewasserreaktors und der vielversprechenden Entwicklungsmöglichkeit desselben bestehen einige erhebliche Nachteile bei solchen Reaktoren.

Einer dieser bei den gegenwärtig bekannten Siedewasserreaktoren bestehenden Nachteile besteht in der Notwendigkeit der Aufrechterhaltung der Stabilität, d. h. in der Regelung der Reaktivität bei einer festgelegten Leistungshöhe. Da das flüssige Moderatorkühlmittel in einem Siedewasserreaktor zum Sieden gebracht wird, bildet sich im Reaktorkern ein Gemisch aus Dampf und Wasser bei der nuklearen Erhitzung, was eine Veränderung im Grad der Neutronenbremsung und der Reaktivität zur Folge hat. Die vielen veränderlichen Größen, beispielsweise das Verhältnis von Dampf zu Wasser, das Verhältnis des Moderators zum Brennstoff, der Druck, die Temperatur und die Strömungsgeschwindigkeit, die sich aus dem Siedewasserverfahren ergeben, tragen alle zur Reaktorinstabilität bei sowie zur Notwendigkeit für eine rasche und fortlaufende Regelung der Kernkettenreaktion.

Eine weitere Beschränkung der bekannten Siedewasserreaktoren besteht in ihrem gegensätzlichen Verhalten zum Leistungsbedarf der Turbogeneratoren, die sie mit Dampf speisen. Wenn der elektrische Leistungsbedarf des mit einem Siedewasserreaktor gekuppelten Generators zunimmt, muß die den Ge-Atomkernreaktor mit zwei verschiedenen
Druckzonen

Anmelder:

United States Atomic Energy Commission,

Germantown, Md. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Abitz, Patentanwalt,

München 27, Pienzenauer Str. 28

Als Erfinder benannt:
Thomas Paul Heckmann,
Lombard, JU. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 8. August 1958 (754114)

nerator antreibende Turbine mit mehr Dampf beliefert werden, wobei durch das Öffnen der Drossel vom Siedewasserreaktor zur Turbine, um der letzteren mehr Dampf zuzuführen, der Druck innerhalb des Reaktors herabgesetzt wird, wodurch das Verhältnis von Dampf zu Wasser in diesem erhöht und die Reaktivität infolge einer Verringerung der Neutronenbremsung und einer Zunahme des Neutronenverlustes aus dem Reaktorkern verringert wird. Das nicht gesteuerte Verhalten eines Siedewasserreaktors ist daher entgegengesetzt dem gewünschten Verhalten, da, je mehr Dampf aus dem Reaktor entnommen wird, dessen Reaktivität und LeistungshöHe absinkt.

Eine Beschränkung der gegenwärtigen Siedewasserreaktoren stellt das verhältnismäßig große Flüssigkeitsvolumen dar, das für eine gegebene Menge der Dampferzeugung in Umlauf gesetzt werden muß. Der Umlauf der Flüssigkeit verbraucht Energie für die für diesen Zweck vorgesehene Pumpvorrichtung. Es handelt sich hierbei gewöhnlich um elektrische Energie, die von der Leistung des angetriebenen Generators abgezweigt wird, so daß sie auf Kosten der nutzbaren Leistung des Umwandlungsvorgangs geht, was eine unmittelbare Herabsetzung des Nettowirkungsgrads des Energieumwandlungsvorgangs zur Folge

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hat. Aus diesem Grunde ist man bei den bekannten platte. Dadurch wird eine Leistungssteigerung des Siedewasserreaktoren, obwohl sich durch das Fehlen Reaktors erreicht, und die starke Schwankung der von Wärmeaustauschern ein erhöhter Wirkungsgrad Reaktivität, die durch die unterschiedliche Dampferzielen läßt, gezwungen, einen großen Teil dieses blasenbildung in den Kernteilen bekannter Reaktoren Energiegewinns für den verhältnismäßig hohen Lei- 5 bedingt ist, wird dadurch vermieden, daß bei dem stungsbedarf des Flüssigkeitsumlaufs zu opfern. Kernreaktor gemäß der Erfindung das Moderator-

Ein weiterer Nachteil der bekannten Siedewasser- kühlmittel innerhalb der Brennstoffelemente in flüssireaktoren sowie aller anderen heterogenen Kernreak- gern Zustand gehalten wird, während das Moderatortoren sind die Häufigkeit und die Schwere der Stö- kühlmittel zwischen den Brennelementen im dampfrungen bei den Brennelementen. Dieses Problem stellt io förmigen Zustand vorliegt.

vielleicht die ernsteste Schwierigkeit für die Verwen- Außer der Beseitigung der Hauptnachteile der bedung von Kernenergieanlagen als Energiequelle für kannten Druckwasserreaktoren unter Beibehaltung elektrische Leistung dar. Es wurde möglicherweise der Vorteile derselben, d. h. die Vermeidung der mehr Zeit, mehr Mühe und mehr Kapital zur Ent- Notwendigkeit eines Wärmeaustauschers und die erwicklung zufriedenstellender Brennelemente für hete- 15 höhte Sicherheit, ist die Erfindung ferner auf einen rogene Kernreaktoren aufgewendet als auf irgend- Brennelementaufbau und eine Brennelementanordeinem anderen Gebiet der Kerntechnik in der Ent- nung gerichtet, durch die Störungen bei Brennelewicklung der letzten Jahre. Trotz dieses Umstandes menten wesentlich herabgesetzt und/oder erträglich bleiben Brennelemente störungsempfindlich, was gemacht werden, was dadurch erzielt wird, daß eine durch das Kernwachstum (bei Graphitmoderatoren), 20 Vielzahl von rohrförmigen Brennelementzügen verWärmedehnung, Spannungen und Beanspruchungen wendet wird, die an ihren oberen Enden aufgehängt im Aufbau, durch die Korrosion durch Kühlmittel, sind und Flüssigkeit enthalten, die unter einem höhedurch Biegungen, Verwindungen, örtliche Erhitzung ren Druck steht als die äußere Umgebung der Züge, und eine Reihe anderer Ursachen bedingt ist. Ferner besteht jeder Brennelementzug aus einer An-

Die vorerwähnten .Nachteile werden im wesent- 25 zahl Brennelemente, welche durch Verbindungsstücke

liehen unter Beibehaltung der Vorteile des beschrie- hintereinandergeschaltet sind, um eine Beschädigung

benen Siedewasserreaktors dadurch beseitigt, daß er- des ganzen Zuges auszuschließen, falls eine örtliche

findungsgemäß die Hochdruckzone auch den oberen Störung im Zug auftritt.

Teil des Reaktorbehälters umfaßt und die Brennstoff- Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung elemente in an sich bekannter Weise die Form von 30 eines Kernreaktors, der unter sich verändernden Bein Zylindermänteln eingeschlossenen Hohlzylindern dingungen einschließlich des Leistungsbedarfs, der aufweisen, wobei der zylindrische Innenraum der Temperatur und des Drucks stabil ist.
Brennelemente mit dem darüber befindlichen Hoch- Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung druckzonenteil in offener Verbindung steht, und in- eines Kernreaktors, dessen ungeregelte Reaktivität dem die Hochdruckzone außer durch die Düsen an 35 sich im direkten Verhältnis statt im umgekehrten .den unteren Enden der Spaltstoffrohre durch Verbin- Verhältnis zu der aus dem Kernreaktor entnommenen dungskanäle oberhalb der unteren Enden dieser Spalt- Leistung verhält.

stoffrohre mit der Verdampfungszone in Verbindung Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung steht, in welcher der Dampf in an sich bekannter eines Kernreaktors mit einem umlaufenden flüssigen Weise durch Vorbeileitung an der aktiven Zone auch 40 Moderatorkühnittel, bei welchem ein Teil des Moeine Überhitzung erfährt. deratorkühlmittels vom flüssigen Zustand in den

Es ist bereits ein Kernreaktor bekannt, bei dem dampfförmigen Zustand gebracht und unmittelbar

das Arbeitsmedium, das in der Reaktionszone unter für den Antrieb eines Turbogenerators verwendet

einem solchen Druck erwärmt wird, daß es noch in wird.

flüssigem Zustand verbleibt, durch Düsen in eine 45 Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung Zone niederen Druckes austritt, in der dieses Ar- eines Kernreaktors der erwähnten Art, bei welchem beitsmedium verdampft und danach einer Dampf- eine geringstmögliche Menge flüssigen Moderatorturbine zugeführt wird (deutsche Auslegeschrift kühlmittels im Verhältnis zu der Menge des flüssigen 1027 338). Zu diesem Zweck ist bei der bekannten Moderatorkühlmittels, das in Dampf umgewandelt Anordnung eine Trennung zwischen den zwei Druck- 50 wird, in Umlauf gesetzt wird,
zonen vorgesehen, die miteinander über die Düsen in Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung Verbindung stehen. Im Unterschied hierzu wird bei eines Kernreaktors der beschriebenen Art, bei weldem Erfindungsgegenstand das verdampfte Arbeits- chem Brennelemente vorgesehen sind, für die natürmedium nach dem Austritt aus den Düsen nicht so- liehe oder schwach angereicherte Brennstoffe verwenfort über die Verdampfungszone der Gasturbine zu- 55 det werden und die den mechanischen und physikageleitet, sondern der aus den Düsen austretende lischen Kräften Widerstand leisten können, die in Dampf wird noch einmal durch den aktiven Teil des Kernreaktoren auftreten, ohne den Betrieb zu behin-Reaktors, also noch einmal durch eine Reaktionszone dem oder die kerntechnischen Eigenschaften der hindurchgeleitet und in dieser überhitzt und erst dann Reaktoren nachteilig zu beeinflussen,
der Dampfturbine zugeführt. Hierzu befindet sich die 60 Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung unter höherem Druck stehende Druckzone, die nur eines Kernreaktors der erwähnten Art mit einem sehr mit Moderatorflüssigkeit gefüllt ist, nicht, wie bei vorteilhaften, mit einem flüssigen Neutronenabsorber dem bekannten Gegenstand, unten in dem Druck- arbeitenden Regelsystem.

behälter, sondern oben, und die Brennstoffelemente Weitere Ziele der Erfindung ergeben sich aus der

kommunizieren mit dieser Druckzone durch die im 65 Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, oberen Teil angeordnete Trennplatte und nicht wie und zwar zeigt

beim bekannten Gegenstand durch die im unteren F i g. 1 einen senkrechten Schnitt durch den Kern-Teil des Druckbehälters angeordnete feste Trenn- reaktor gemäß der Erfindung, welcher ein abge-

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schirmtes Druckgefäß zeigt, das in ein oberes Plenum, und der ferner durch Schweißung mit dem unteren

einen Kern und in ein unteres Plenum unterteilt ist, Teil des Gefäßes 20 verbunden ist. Auf dem Ring 32

F i g. 2 eine Ansicht im waagerechten Schnitt nach ist innerhalb des Stuhls 34 und innerhalb der beiden

der Linie 2-2 der F i g. 1, untersten Ringkörper 26 ein Betonnest 36 angeord-

F ig. 3 eine Teilansicht der Fig. 2 in vergrößertem S net, das als unterer biologischer Schild und als waa-

Maßstab, welche eine Anzahl dreieckiger Brennele- gerechte Abstützung für das Gefäß 20 dient. Das

mentaggregate und eine rohrförmige Säule für einen Nest 36 ist mit einer Anzahl von Öffnungen versehen,

flüssigen Neutronenabsorber zeigt, durch die sich verschiedene Elemente erstrecken, die

F i g. 4 eine Ansicht im senkrechten Schnitt nach nachstehend näher beschrieben werden,

der Linie 4-4 der Fig. 3, io Das Gefäß 20 wird gewöhnlich in drei Abschnitte

F i g. 5 eine Ansicht im waagerechten Schnitt nach unterteilt, nämlich in ein oberes Plenum 40, in ein

der Linie 5-5 der F i g. 4, unteres Plenum 42 und in einen zwischen diesen be-

F i g. 6 eine Seitenansicht eines der Brennelement- fmdlichen Kern 44. Zwei einer Vielzahl von Brennzüge, welche eine Anzahl Brennelemente in Hinter- elementzügen 45, die nachstehend näher beschrieben einanderschaltung zeigt, 15 werden, sind innerhalb des Kerns 44 gezeigt. Der

F i g. 7 eine Ansicht des oberen Teils im senkrech- Kern 44 ist innerhalb des Druckgefäßes 20 von einem

ten Schnitt, Neutronenreflektor 46 umgeben, der aus Graphit be-

F i g. 8 eine Ansicht des unteren Teils der F i g. 6 stehen kann. Der Kern 44 ist innnerhalb des Druck-

im senkrechten Schnitt, gefäßes 20 durch ein oberes Gitter 48 gelagert, von

F i g. 9 im vergrößerten Maßstab den in F i g. 7 20 dem der Kern im Gefäß nach unten zum unteren

eingekreisten Bereich, Plenum 42 hängt. Der Kern 44 ist ferner seitlich be-

F i g. 10 eine Ansicht im waagerechten Schnitt grenzt, und der Reflektor 46 ist durch ein unteres

nach der Linie 10-10 der F i g. 7, Gitter 50 gelagert. Das obere Gitter 48 und das

Fig. 11 eine Ansicht im waagerechten Schnitt untere Gitter 50 bestehen je aus einer Vielzahl von

nach der Linie 11-11 der Fig. 7, 25 miteinander im Eingriff stehenden, waagerecht ange-

F i g. 12 eine Ansicht im waagerechten Schnitt ordneten Stahlplatten 49 bzw. 51, die durch Verbinnach der Linie 12-12 der F i g. 8, dung mit der Innenwandung des Gefäßes 20 gelagert

Fig. 13 einen senkrechten Schnitt durch eine der sind. Ein Sieb 52, das die Überwachungsinstrumente

rohrförmigen Säulen für den flüssigen Neutronenab- innerhalb des Gefäßes 20 trägt, ist waagerecht zwi-

sorber, welche deren Ausbildung mit Einzelheiten 30 sehen dem oberen Teil des unteren Plenums 42 und

zeigt, dem unteren Gitter 50 angeordnet und mit der

F i g. 14 in schematischer Darstellung das mit Innenwandung des Gefäßes 20 verbunden. An das einem flüssigen Neutronenabsorber arbeitende Regel- Gefäß 20 ist am oberen Plenum 40 eine Moderatorsystem zur Regelung der Reaktivität des Kernreaktors Einlaßleitung 54 angeschlossen, während mit dem gemäß der Erfindung und 35 unteren Teil des Gefäßes 20 am unteren Plenum 42

F i g. 15 eine schematische Darstellung der Gesamt- eine Moderator-Auslaßleitung 56 verbunden ist. Im energieumwandlungsanlage, welche einen Kern- oberen Teil des Kerns 44 ist mit dem Gefäß 20 unreaktor, einen Turbogenerator, einen Kondensator mittelbar unterhalb des oberen Gitters 48 eine Dampfund das mit diesem verbundene Flüssigkeitsumlauf- auslaßleitung 58 verbunden. An den untersten Teil system zeigt. 40 des Druckgefäßes 20 ist eine mit dem unteren PIe-

F i g. 1 zeigt ein geschlossenes zylindrisches Druck- mim 42 in Verbindung stehende Ablaufleitung 60 gefäß 20, das aus korrosionsbeständigem Stahl be- angeschlossen. Am oberen Ende des Gefäßes 20 sind stehen kann und gewölbte obere und untere Enden eine Anzahl Brennstoffladekanäle 62 gezeigt, die um aufweist. Das Druckgefäß 20 ist unmittelbar von eine Beobachtungsöffnung 64 angeordnet sind, wäheinem Wärmeschild 22 umgeben, das aus einem Man- 45 ^rend am unteren Teil des Gefäßes eine Anzahl Zutel aus Glasfasern oder aus einem anderen wärme- gangskanäle 66 gezeigt ist, durch welche Geräte zur isolierenden Material bestehen kann. Der Mittelteil Überwachung der Bedingungen im Druckgefäß eindes Druckgefäßes 20 kann von einem ringförmigen geführt werden können. Aus dem oberen Plenum 40 Sprengschutzschild 23 umgeben sein, der aus dick- führt ein mit einem Ventil versehenes Brennstoffwandigem Stahl bestehen kann. Das Druckgefäß so- 50 entladerohr 68 heraus, durch welches verbrauchter wie die Schilde 22 und 23 sind von einem biologi- Brennstoff aus dem Gefäß 20 entfernt werden kann, sehen Schild 24 umgeben und eingeschlossen, der aus Wie Fig. 2 zeigt, ist eine Vielzahl von Regel-Beton und Stahl oder aus einem anderen strahlungs- einheiten in Form rohrförmiger Säulen 70 vorgeschwächenden Material bestehen kann. Der biologische sehen, die einen flüssigen Neutronenfänger enthalten Schild 24 besteht aus mehreren Ringkörpern 26, die 55 und die zwischen einer Vielzahl von dreieckigen übereinandergestapelt sind, wobei der oberste Ring- Brennelementaggregaten 74 angeordnet sind. Wie körper 26 nach innen zu erweitert ist, so daß ein bio- F i g. 3 zeigt, ist ein massiver, dreieckiger Deckel 75 logischer Schild auch am oberen Ende des Gefäßes über jeder rohrförmigen Säule 70 auf dem oberen 20 vorhanden ist. Jeder Ringkörper 26 ist auf seiner Gitter 48 angeordnet und mit diesem verbunden, um Oberseite mit einer ringförmigen Rippe 28 und auf 60 das obere Plenum 40 von dem Bereich, benachbart seiner Unterseite mit einer ringförmigen Nut 30 ver- der rohrförmigen Säule, zu trennen,
sehen, so daß die aneinander anliegenden Ringkör- Wie sich aus F i g. 4 und 5 ergibt, besteht jedes per 26 gegenseitig verriegelt sind, um auf diese Weise der dreieckigen Brennelementaggregate 74 aus einer Strahlungsverluste aus dem Gefäß 20 in den dieses Anzahl paralleler Brennelementzüge 45, welche umgebenden Bereich zu verhindern. Am Innenum- 65 durch eine dreieckige Platte 76 am oberen Ende des fang des untersten Ringkörpers 26 ist ein Stahlring Brennelementaggregats in festem Abstand voneinander 32 vorgesehen, der zur Lagerung eines ringförmigen gehalten werden, wobei die Platten so angeordnet Stahlstuhls 34 dient, der mit dem Ring verbunden ist sind, daß sie längs ihrer Kanten auf den Platten 49

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des oberen Gitters 48 aufruhen. Jede Platte 76 ist sten Brennelement 80 in jedem Zug 45 ist eine Düse mit einer Anzahl sich verjüngender Bohrungen 77 98 verbunden, wie sich am besten aus F i g. 8 ergibt, versehen, von denen die Züge 45, wie in Fig. 4 ge- die aus einem ringförmigen Gehäuse 100 besteht, zeigt, nach unten hängen. Die Züge 45 sind so ange- welches eine sich verjüngende Öffnung 101 und ein ordnet, daß ihre Achsen an den Ecken einer Viel- 5 erweitertes unteres Ende 102, in dem ein thermostatzahl aneinander anliegender, gleichseitiger Dreiecke gesteuertes Drosselorgan 104 angeordnet ist, das mit liegen, wie in Fig. 3 gezeigt. Die oberen Enden dem ringförmigen Gehäuse 100 verbunden ist, aufder Züge 45 sind mit den Platten 76 an den Bohrun- weist. Das thermostatgesteuerte Drosselorgan 104 gen 77 verbunden. Die Platten 51 des unteren Gitters spricht auf die Temperatur an, um einen Durchlaß-50 halten die unteren Enden der Brennelementaggre- io kanal von sich veränderndem Querschnitt zwischen gate 74 in parallelem Abstand voneinander. dem Inneren des Zuges 45 und unteren Plenum 42

Durch das Eingriffsverhältnis der Platten 49 des zu öffnen und zu schließen.

oberen Gitters 48 ergibt sich eine Vielzahl von öff- In Fig. 9 ist die Verbindung zwischen einem Vernungen 78 an den Ecken der Brennelementaggregate bindungsstück 82 und einem Brennelement 80 mit 74 im oberen Gitter 48. Die oberen Teile der Öffnun- 15 näheren Einzelheiten gezeigt. Bei jedem Brenngen 78 sind durch dreieckige Einsätze 79 ausgefüllt, element 80 befinden sich innere Umhüllungen und deren zugespitztes Ende in Form eines erweiterten die äußere Umhüllung 90 bzw. 92 an ihren Enden in Kegels ausgebildet ist, der sich von den Platten 51 Anlage und sind, beispielsweise durch Schweißung, nach oben erstreckt und auf diesen aufruht. Die Ein- miteinander verbunden und so nach innen gezogen, sätze 79 dienen dazu, die Brennelementaggregate 74 20 daß sie an den Enden jedes Brennelements ringföram oberen Gitter 48 zu halten und die Öffnungen 78 mige Lippen 108 bilden. Jedes Verbindungsstück 82 zu verschließen. weist an jedem Ende an seiner Außenfläche eine

Wie in Verbindung mit F i g. 4 erwähnt, die zwei ringförmige Ausnehmung 110 auf, die zur Aufnahme Brennelementaggregate 74 im Aufriß und eine rohr- einer Lippe 108 dient, wobei die Lippen so geformt förmige Säule 70, die einen flüssigen Neutronen- 25 werden, daß sie mit den Brennelementen und den absorber enthält, zeigt, besteht jedes Brennelement- Verbindungsstücken im zusammengebauten Zustand aggregat 74 aus einer Anzahl Züge 45. Jeder Zug 45 eine bleibende Verriegelung zwischen diesen Teilen besteht aus einer Anzahl von Brennelementen 80, die bilden. Gegebenenfalls können die Lippen 108 mit miteinander in Hintereinanderanordnung durch eine den Verbindungsstücken 82 an den Ausnehmungen Anzahl rohrförmiger Verbindungsstücke 82 gekuppelt 30 110 verschweißt werden, jedoch ist in diesem Besind, von denen einige oder alle eine oder mehrere reich, wie sich aus dem Nachfolgenden ergibt, eine Öffnungen 84 an ihren Seiten aufweisen. Mit dem Abdichtung erforderlich.

obersten Brennelement 80 jedes Zuges 45 ist ein Wie sich aus F i g. 13 ergibt, ist jede der rohrför-

Führungsrohr 85 verbunden, dessen oberes Ende mit migen Säulen 70, welche einen flüssigen Neutronen-

einer Erweiterung 86 ausgebildet ist, die an der sich 35 absorber enthält, mit einer Leitung 111 verbunden,

verjüngenden Bohrung 77 mit der Platte 76 verbun- Die Leitung 111 dient zur Aufnahme einer geeig-

den ist und als Aufhängung für den Zug 45 dient. neten Druckflüssigkeit, beispielsweise von schwerem

In Fig. 4 und 5 sind eine Anzahl kurzer, rohrför- Wasser. Wie ebenfalls in Fig. 13 gezeigt, ist eine

miger Abstandsstücke 87 gezeigt, die zwischen den Leitung 112 vorgesehen, die zur Aufnahme ernes

Zügen 45 angeordnet und mit diesen verbunden sind, 40 wirksamen, flüssigen Neutronenabsorbers, beispiels-

nm sie in Abstand voneinander zu halten. Eine Viel- weise einer Quecksilber-Cadmium-Legierung, dient

zahl von Hohlräumen 88 werden, wie sich am besten und die ebenfalls mit jeder rohrförmigen Säule 70

aus F i g. 4 ergibt, zwischen den Zügen durch die verbunden ist. Zwischen jeder rohrförmigen Säule 70

Abstandsstücke 87 an deren unteren Enden und und der Leitung 111 ist ein Ventil 113 vorgesehen

durch die Platten 76 an deren oberen Enden gebildet. 45 und zwischen jeder rohrförmigen Säule 70 und der

Fig. 7 zeigt die Ausbildung eines Zuges 45 mit Leitung 112 ein Ventil 114.

näheren Einzelheiten. Um das Führungsrohr 85 Das Regelsystem ist am besten aus F i g. 14 erherum ist eine wärmeisoliernde Schicht 89 angeord- sichtlich, in welcher senkrecht angeordnete Teile der net. Jedes Brennelement 80 besteht aus einem In- Leitungen 111 und 112 gezeigt sind, die sich bis zu nenmantel 90, einem Außenmantel 92 und aus einem 50 einer größeren Höhe als die rohrförmigen Säulen 70 Brennstoffrohr 94, das zwischen dem Innen- und dem erstrecken. Zwischen die Leitungen 111 und 112 ist Außenmantel angeordnet und infolge eines Binde- an deren oberen senkrechten Teilen eine ihre Laufmittels 96 sich in innigem Kontakt mit diesem befin- richtung umkehrbare Pumpe 115 geschaltet. Ein det. Obwohl in der Zeichnung nicht dargestellt, ist Tank 116, der die gleiche Flüssigkeit wie die Leitung das Brennstoffrohr 94 auf seiner Oberfläche mit 55 111 enthält, ist mit dieser oberhalb der Pumpe 115 Längsstreifen oder Längsnuten versehen, um das verbunden. Die Pumpe 115 kann so betrieben wer-Brennstoffrohr zu schwächen, so daß es bei Span- den, daß sie Flüssigkeit nach unten in den senkrechnungen oder Beanspruchungen, die durch den Spalt- ten Teil der Leitung 112 fördert, wodurch flüssiger Vorgang hervorgerufen werden, nachgeben kann. Auf Neutronenabsorber in die rohrförmigen Säulen 70 diese Weise sind die Umhüllungen 90 und 92 gegen 60 innerhalb des Kerns 44 nach oben gepumpt wird, Verwindung geschützt. Die innere und die äußere oder es kann die Pumpe so geschaltet werden, daß Umhüllung 90 bzw. 92 kann aus Zirkonium oder Flüssigkeit nach unten in den senkrechten Teil der korrosionsbeständigem Stahl, der Brennstoff 94 aus Leitung 111 gefördert wird, so daß der flüssige Neunatürlichem oder schwach angereichertem Uran, tronenabsorber in den rohrförmigen Säulen nach während das Bindemittel 96 eine Natrium- oder Na- 65 unten gedrückt wird. Die Einzelheiten dieser Wirtrium-Kalium-Legierung sein kann. Es können kungsweise werden nachstehend näher dargelegt, jedoch auch andere in gleicherweise geeignete Stoffe Zwischen die Enden der senkrechten Teile der Leifür die Elemente verwendet werden. Mit dem unter- tungen 111 und 112 ist parallel zur Pumpe 115 ein

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Notabschaltventil 118 geschaltet, das so eingestellt flüssigen Neutronenabsorbers 131 und der Flüssigwerden kann, daß die Flüssigkeit in den Leitungen keit 132 im allgemeinen verschieden ist, hat das Anunter Umgehung der Pumpe fließen kann. Zwischen steigen und Abfallen der Flüssigkeit 131 innerhalb die Leitungen 111 und 112 ist an deren unteren der rohrförmigen Säule 70 Veränderungen im hydrosenkrechten Teilen ferner ein Stellungsanzeiger 120 5 statischen Druck innerhalb der Leitungen 111 und geschaltet, wobei eine hydrostatische Druckdifferenz 112 in der Höhe des Stellungsanzeigers 120 zur innerhalb der senkrechten Teile der Leitungen 111 Folge, so daß durch den letzteren ein Maß für die und 112 in der Höhe des Stellungsanzeigers dessen Höhe der Flüssigkeit 131 innerhalb der rohrförmigen Betätigung bewirkt. Säule erzielt werden kann. Der Raum innerhalb des In F i g. 13 ist eine rohrförmige Säule 70 mit nähe- io Innenrohrs 124 ist ferner mit der Flüssigkeit 132 ren Einzelheiten gezeigt. Jede rohrförmige Säule 70 gefüllt, welche durch dieses für Kühlzwecke in Umbesteht aus einem Außenrohr 122, einem mittleren lauf gehalten wird, wobei die Flüssigkeit in die rohr-Rohr 123 innerhalb des Außenrohrs 122 und in Ab- förmige Säule 70 durch den Einlaß 127 eintritt, durch stand von diesem, so daß zwischen ihnen ein Ring- den Raum 123 nach oben strömt, seitlich durch die raum 123 α gebildet wird, und aus einem Innenrohr 15 Durchbrechungen 125 und 126 hindurchtritt, durch 124 innerhalb des mittleren Rohrs 123 und in Ab- das Innenrohr 124 nach unten strömt und am Ausstand von diesem, so daß zwischen ihnen ein Ring- laß 128 austritt. Hieraus ergibt sich, daß durch diese raum 124 a vorhanden ist. Das Außenrohr ist an sei- Strömung der Flüssigkeit 132 zur Kühlung die Höhe nem oberen Ende geschlossen und steht an seinem des flüssigen Neutronenabsorbers im Raum 124 a unteren Ende mit der Leitung 111 in Verbindung, 20 nicht beeinflußt wird.

das mittlere Rohr 123 ist an seinem oberen Ende Wie sich aus Fig. 13 in Verbindung mit Fig. 14 durch die Verbindung mit der Innenwandung des ergibt, wird, wenn der Grad der Neutronenabsorption Außenrohrs abgeschlossen und steht an seinem innerhalb des Kerns 44 erhöht werden soll, die unteren Ende mit der Leitung 112 in Verbindung, Pumpe 115 so betrieben, daß sie Flüssigkeit 132 während das Innenrohr 124 an seinen beiden Enden 25 nach oben zum Tank 116 und nach unten in den geschlossen ist und sein oberes Ende mit der Innen- senkrechten Teil der Leitung 112 und in dieser, gewandung des Außenrohrs verbunden ist. Wie ersieht- sehen in Fig. 14, nach rechts fördert. Durch diesen lieh, weist das mittlere Rohr 123 in seinem oberen Pumpvorgang wird flüssiger Neutronenabsorber 131 Teil Durchbrechungen 125 auf, welche eine Verbin- nach oben in den Raum 124 α gefördert, so daß im dung zwischen dem Raum 123 α und dem Raum 124 α 3° oberen Teil des Raums 124 a befindliche Flüssigkeit herstellen. Ferner sind im oberen Teil des Innen- 132 durch die Durchbrechungen 125 und nach unten rohrs 124 Durchbrechungen 126 vorgesehen, welche durch den Raum 123 α in die Leitung 111 verdrängt eine Verbindung zwischen dessen Innerem und den wird, was eine Zunahme der Menge des flüssigen Räumen 123 α und 124 α herstellen. An die unteren Neutronenabsorbers 131 im Kern 44 zur Folge hat. Teile des Außenrohrs 122 und des Innenrohrs 124 35 Umgekehrt wird, wenn die Reaktivität im Kern 44 sind ein Kühlmitteleinlaß 127 und ein Kühlmittel- erhöht werden soll, die Pumpe 116 so betrieben, daß auslaß 128 angeschlossen. Jede rohrförmige Säule sie Flüssigkeit 132 im senkrechten Teil der Leitung 70 ist innerhalb des Kerns 44 und des Gefäßes 20 111 nach unten und, gesehen in F i g. 14, nach rechts durch eine mit einem Flansch ausgebildete Hülse 129 fördert, so daß Flüssigkeit 132 aus dem Raum 123 a gelagert, durch die sich die rohrförmige Säule im 40 durch die Durchbrechungen 125 in den Raum 124 a unteren Teil des Reaktors erstreckt, wobei die Hülse verdrängt wird, was zur Folge hat, daß flüssiger Neumit dem Gefäß beispielsweise durch Schweißung tronenabsorber 131 im Raum 124 α nach unten in verbunden ist. Mit der Außenwandung des Außen- die Leitung 112 verdrängt wird, wodurch der Grad rohrs 122 der rohrförmigen Säule 70 ist ein Ring 130 der Neutronenabsorption im Kern 44 herabgesetzt verbunden, durch den Bolzen 130 a geführt sind, 45 und die Reaktivität im Kern gesteigert wird,
welche in den Flansch der Hülse 129 eingeschraubt Wie in F i g. 15 gezeigt, welche die Gesamtenergiesind, um die rohrförmige Säule 70 starr in ihrer Umwandlungsanlage in schematischer Weise darstellung innerhalb des Gefäßes 20 zu halten. Zwi- stellt, ist eine Dampfauslaßleitung 58 vorgesehen, sehen der Hülse 129 und dem Ring 130 ist eine welche mit dem oberen Teil des Kerns 44 durch die Dichtung 130 b angeordnet, um ein Lecken der 50 Wandung des Gefäßes 20 hindurch verbunden ist Flüssigkeit zu verhindern. Wie erwähnt, enthält der und zur Einlaßseite eines Turbogenerators 140 über untere Teil des Raums 124 a einen wirksamen flüssi- ein Drosselventil 142 führt. Mit der Leitung 58 steht gen Neutronenabsorber 131, beispielsweise eine ferner eine Umgehungsleitung 143 in Verbindung, Quecksilber-Cadmium-Legierung, welche dem Raum die zum Turbogenerator parallel geschaltet ist und 124 α über die Leitung 112 zugeführt wird, die mit 55 in der sich ein normalerweise geschlossenes Ventil dem unteren Ende des mittleren Rohrs 123 verbun- 144 befindet. Von der Auslaßseite des Turboden ist. Der obere Teil des Raums 124 a enthält eine generators 140 führt eine Leitung 145 zur Einlaß-Druckflüssigkeit 132, die mit dem flüssigen Neu- seite eines Kondensators 146, dessen Auslaßseite tronenabsorber 131 nicht mischbar ist, beispielsweise durch eine Leitung 147 mit einer Pumpe 148 verschweres Wasser, wie der Raum 123 α. Wegen der 60 bunden ist, welche das kondensierte Moderator-Durchbrechungen 125 im oberen Ende des mittleren kühlmittel über die Leitung 54 zum oberen Plenum Rohrs 123 befindet sich eine zusammenhängende 40 im Gefäß 20 zurückführt. Wie gezeigt, führt die Flüssigkeitsmasse 132 vom Raum 123 α zum oberen Moderator-Auslaßleitung 56 vom unteren Plenum 42 Teil des Raums 124 a. Die Flüssigkeit 132 wird der über ein Ventil 150 zur Einlaßseite eines Ablaßtanks rohrförmigen Säule 70 über die Leitung 111 zu- 65 149, dessen Auslaßseite über eine Leitung 151 mit geführt bzw. aus dieser abgeleitet, um das Ansteigen einer Pumpe 152 verbunden ist, die durch eine Lei- bzw. Fallen des flüssigen Neutronenabsorbers 131 rung 153 mit einem Reiniger 154 gekuppelt ist. Die innerhalb der Säule zu bewirken. Da die Dichte des Moderator-Einlaßleitung ist mit der Auslaßseite des

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Reinigers 154 verbunden, so daß sie den Kreislauf desto größer die Länge des Weges, den der Dampf für die Rückführung des Moderatorkühlmittels zum in den Räumen 88 zwischen den Zügen zurückoberen Plenum 40 im Gefäß 20 vervollständigt. zulegen hat, bevor er durch die Dampfauslaßleitung Im Betrieb wird das Moderatorkühlmittel im 58 austritt. Die Kanäle 84 können so vorgesehen oberen Plenum 40 infolge des Druckunterschieds, 5 werden, daß ihre Zahl und ihr Querschnitt bei jedem der durch die Pumpen 148 und 152 sowie durch den Verbindungsstück 82 in Richtung der Züge 45 nach hydrostatischen Druck im oberen Plenum 40 ver- unten zunimmt, oder es können die Kanäle in den ursacht wird, nach unten in das Innere der Züge 45 oberen Verbindungsstücken völlig weggelassen werverdrängt, in welchen das Moderatorkühlmittel er- den, um die Gesamtgüte des aus dem Kern 44 aushitzt wird. Da das Moderatorkühlmittel innerhalb io tretenden Dampfes in diesem Sinne zu verbessern, der Züge 45 unter einem beträchtlichen Druck steht, Die veränderbaren Konstraktionsgrößen sind daher wird es in diesen in flüssiger Form gehalten. Beim so einzustellen, daß dem Turbogenerator 140 über-Austreten unter Druck durch die Kanäle 84 in den hitzter Dampf für einen optimalen Wirkungsgrad Verbindungsstücken 82 wird Flüssigkeit gegen die zugeführt wird. Bei der Anordnung gemäß der Erheißen Außenwände der Züge gespritzt oder gesaugt, 15 findung braucht nur eine verhältnismäßig kleine an denen sie in überhitzten Dampf umgewandelt Flüssigkeitsmenge je Volumeinheit gebildeter Dampf wird, welcher seinen Weg durch die Räume 88 zwi- durch die Pumpe 152 in Umlauf gesetzt zu werden, sehen den Zügen nach oben in die Dampfauslaß- da fast die gesamte Druckflüssigkeit, welche durch leitung 58 und zum Turbogenerator 140 nimmt und die Kanäle 84 austritt, in Dampf umgewandelt wird, diesen antreibt. Da das flüssige Moderatorkühhnittel, 20 Derjenige Teil des flüssigen Moderators, der aus den das in die Führungsrohre 85 der Züge 45 aus dem Zügen 45 durch die Kanäle 84 in die Räume 88 zwioberen Plenum 40 eintritt, im Vergleich zum Dampf sehen den Zügen austritt und nicht in Dampf umim oberen Teil der Räume 88 zwischen den Zügen gewandelt wird, bewegt sich unter seinem Eigenkühl ist, würde eine Kondensation des Dampfes gewicht durch das Sieb 52 in das untere Plenum 42 innerhalb der Räume an den Außenwänden der 25 und wird durch die Pumpe 152 zum oberen Plenum Führungsrohre stattfinden, wenn nicht die Isolierung 40 zurückgefördert.

89 vorgesehen wäre. Die Isolierung 89 trägt daher Die Kanäle 84 sollen, wie in F i g. 12 gezeigt, die zur Erhöhung des Wirkungsgrades des Energie- Druckflüssigkeit aus den Zügen 45 nach außen in Umwandlungsvorgangs bei. Die in den unteren Enden einer nicht radialen Richtung lenken, um eine senkder Züge 45 vorgesehenen thermostatgesteuerten 30 rechte Beaufschlagung benachbarter Züge und damit Drosselorgane 104 öffnen und schließen entspre- deren Erosion zu vermeiden. Vorzugsweise soll die chend der Temperatur der Flüssigkeit innerhalb des aus den Kanälen 84 austretende Flüssigkeit die beunteren Teils der Züge. Wenn die Flüssigkeit inner- nachbarten Züge 45 streifend beaufschlagen, für halb der Züge 45 eine bestimmte Temperatur er- welchen Zweck die Flüssigkeit nach oben oder nach reicht, öffnen die Drosselorgane 104 in den Düsen 35 unten sowie in der in Fig. 12 gezeigten Weise ge-98 und ermöglichen den Austritt des unter Druck neigt gerichtet werden kann, um der Flüssigkeit eine stehenden Moderatorkühlmittels innerhalb der Züge spiralige Bewegung mitzuteilen,
nach unten gegen das Sieb 52, wobei die Druck- Während des Abschaltzustandes für das Laden verminderung zur Folge hat, daß ein Teil der Flüssig- und Entladen ist das Ventil 150 geschlossen, so daß keit sich sofort in Dampf umwandelt, der nach oben 40 die Räume 88 im Kern 44 mit Moderatorkühlmittel in die Räume 88 zwischen den Zügen tritt und über- aus dem Ablaßtank 149 gefüllt werden. Dieser Vorhitzt wird, bevor er in die Dampfauslaßleitung 58 gang dient einem doppelten Zweck. Erstens wird und zum Turbogenerator 140 gelangt. Die Drossel- hierdurch das Verhältnis des Moderators zum Brennorgane 104 sind im allgemeinen so eingestellt, daß stoff innerhalb des Kerns 44 so erhöht, daß der Renur eine kleine Menge Flüssigkeit aus den Zügen 45 45 aktor nicht kritisch gemacht werden kann, so daß heraus durch die Düsen 98 der Züge treten kann, es als Notabschaltsicherung wirkt. Zweitens kann welche Menge zur Einstellung der Temperatur- und die Spaltproduktzerfallswärme durch den Umlauf Druckbedingungen innerhalb des Kerns 44 veränder- von Moderatorkühhnittel durch die Dampfauslaßlich ist. Für den Fall jedoch, daß die Kanäle 84 in leitung 58, die Umgehungsleitung 143, das Ventil den Verbindungsstücken 82 teilweise oder völlig ver- 50 144, die Leitung 145, den Kondensator 146, die Leistopft werden, so daß ein Austritt von Flüssigkeit tung 147, die Pumpe 148, die Moderator-Einlaßaus dem Inneren der Züge in die zwischen ihnen leitung 54, das obere Plenum 40, die Züge 45, die befindlichen Räume 88 verhindert ist, steigt die Tem- Kanäle 84 und die Räume 88 abgeleitet werden,
peratur der Flüssigkeit innerhalb der Züge an, was Der Kernreaktor gemäß der Erfindung hat ferner zur Folge hat, daß die thermostatgesteuerten Drossel- 55 die Eigenschaft, daß er auf erhöhten Leistungsbedarf organe 104 voll öffnen. Die Drosselorgane 104 in direkt anspricht, was sich aus den Vorgängen ergibt, den Düsen 98 wirken daher als Sicherheitsvorrich- welche bei erhöhter Stromentnahme am Turbotungen, um eine Beschädigung der Brennelemente generator 140 stattfinden. Wenn der Generator des 80 und des Kerns 44 zu verhindern. Solange die Turbogenerators 140 belastet wird, öffnet das Temperatur der Flüssigkeit innerhalb der Züge 45 60 Drosselventil 142, welches die Dampfströmung zur die Temperatur nicht überschreitet, für welche die Turbine des Turbogenerators regelt, um die Winkel-Drosselorgane 104 eingestellt sind, daß sie voll öff- geschwindigkeit des Turbogenerators auf einem benen, findet der Hauptteil der Moderatorkühlmittel- stimmten Wert zu halten. Wenn das zur Turbine des strömung durch die Kanäle 84 statt und tritt nur ein Turbogenerators 140 führende Drosselventil 142 öffkleinerer Teil durch die Düsen 98 der Züge 45 aus. 65 net, wird der Druck in der Dampfauslaßleitung 58 Wie ersichtlich, ist, je weiter unten an den Zügen 45 und in den Räumen 88 zwischen den Zügen 45 die Flüssigkeit durch die Kanäle 84 hindurchdringt, herabgesetzt, was das Entstehen einer größeren desto höher die Temperatur der Flüssigkeit und Druckdifferenz zwischen der Innenseite der Züge

und den-Räumen zwischen den Zügen zur Folge hat, so daß die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit innerhalb der Züge und durch die Kanäle 84 in die Räume zwischen den Zügen zunimmt. Da eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit durch die Züge 45 die Temperatur der Brennelemente 80 herabsetzt, nimmt die Reaktivität im Kern 44 wegen des negativen Temperaturkoeffizienten der Reaktivität zu. Durch die erhöhte Reaktivität des Reaktors bei einem erhöhten Leistungsbedarf wird die Umwandlungsgeschwindigkeit der Kernenergie in Wärmeenergie und damit in elektrische Energie erhöht. Umgekehrt verhält sich der Kernreaktor im direkten Verhältnis zu einem erhöhten Leistungsbedarf. Hieraus ergibt sich einer der Vorteile des Reaktors gemäß der Erfindung gegenüber den bekannten Siedewasserreaktoren, die auf einen erhöhten Leistungsbedarf umgekehrt ansprechen.

Bei dem Kernreaktor gemäß der Erfindung besteht auch weiterhin die den Siedewasserreaktor kennzeichnende Sicherheit. Falls sich die Kanäle 84 verstopfen und auch die Drosselorgane 104 nicht öffnen, so daß die Temperatur des Kerns 44 rasch ansteigt, bildet sich Dampf innerhalb der Züge 45, wodurch das Verhältnis des Dampfes zur Flüssigkeit und damit das Verhältnis des Brennstoffs zum Moderator innerhalb der Züge zunimmt, so daß der Grad der Neutronenbremsung abnimmt und hierdurch die Reaktivität des Reaktors herabgesetzt und schließlich die Neutronenkettenreaktion gelöscht wird. Da bei der Anordnung gemäß der Erfindung der Bedarf an umlaufender Flüssigkeit je Einheitsvolumen des gebildeten Dampfes verhältnismäßig klein ist, ist die Nutzleistung der beschriebenen Gesamtenergieumwandlungsanlage wesentlich höher als bei den bekannten Siedewasserreaktorsystemen. Bei dem erfindungsgemäßen Reaktor ist natürlich auch kein Wärmeaustauscher erforderlich, was einer der Hauptvorteile von Siedewasserreaktoren ist.

Auch die Konstruktion des Kerns 44 und das Betriebsverhalten in diesem stellen bemerkenswerte Vorteile dar. Infolge des Umstandes, daß die Züge 45 an den Platten 76 aufgehängt sind, welche ihrerseits durch das obere Gitter 48 gelagert sind, wird ein Verbiegen oder eine Verwindung der Züge durch die auf die Masse der Züge und die Masse der in diesen befindlichen Flüssigkeit wirkende Schwerkraft verhindert. Da der Druck innerhalb der Züge 45 größer ist als der Druck außerhalb derselben, wirkt .auf die Innenwandung der Züge ständig eine nach außen gerichtete Kraft, so daß deren kreisförmiger Querschnitt, d. h. der Querschnitt mit dem maximalen Flächenbereich, aufrechterhalten wird. Die Längsstreifen oder -nuten in den Oberflächen des Brennstoffs 94, die in der Zeichnung zwar nicht sichtbar, jedoch, wie vorangehend beschrieben, vorgesehen sind, ermöglichen eine Temperaturerhöhung und ein Kernmaterialwachstum innerhalb der Brennelemente 80, ohne daß eine Beschädigung der Umhüllung 90 und 92 der Brennelemente die Folge hat, da das Spaltmaterial innerhalb der Umhüllungen unter der Einwirkung von äußeren und inneren Kräften ohne weiteres brechen und sich verlagern kann. Infolge des Umstandes, daß jeder Zug 45 aus einer Vielzahl von voneinander getrennten Brennelementen 80 besteht, wird durch eine Beschädigung, die in irgendeinem Brennelement 80 auftritt, nicht der übrige Teil des Zuges beeinflußt, so daß die Wirkung des Schadens auf die nuklearen Eigenschaften des Reaktors und die Verseuchung des Moderatorkühlmittels auf einem geringstmöglichen Grad gehalten werden. Veränderungen in den Abmessungen der Züge 45 können ebenfalls ohne weiteres stattfinden, ohne daß nachteilige Wirkungen entstehen, da die Brennelementaggregate 74 nur in einer einzigen Ebene, d. h. an den Führungsrohren 85 innerhalb der Platten 76 festgelegt sind. Die Führungsrohre, welche der einzige festgelegte Teil der Züge 45 sind, erfahren jedoch kein nukleares Wachstum und sind ständig verhältnismäßig kühl, so daß der aktive Teil des Kerns 44 als frei aufgehängt betrachtet werden kann. Ferner ist der Kern für ein kritisches Verhalten geeignet, wenn für das Spaltmaterial 94 natürliches oder schwach angereichertes Uran verwendet wird.

Die die Energieumwandlungsanlage im Gegensatz zur Unstabilität der bekannten Siedewasserreaktoren kennzeichnende Stabilität läßt sich ohne weiteres aus dem Umstand erkennen, daß das Moderatorkühlmittel innerhalb der Züge 45 sich immer im flüssigen Zustand befindet. Schwankungen in der Dampfdichte und in der Qualität des Dampfes innerhalb der Räume 88 haben nur eine geringe Wirkung auf die Reaktivität des Kernreaktors, so daß von Seiten der Regeleinrichtung nur eine geringe Einwirkung zur Aufrechterhaltung einer bestimmten Leistungshöhe erforderlich ist.

Das Regelsystem mit einem in einem geschlossenen Kreislauf umlaufenden Neutronenabsorber, das ein wichtiges Merkmal des Reaktors gemäß der Erfindung darstellt und vorangehend im einzelnen beschrieben wurde, kann auch in anderen Reaktoren verwendet werden, in welchen eine sichere, wirksame, unkomplizierte und elegante Neutronenabsorberregelung gewünscht wird.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Atomkernreaktor, der einen Druckbehälter aufweist, welcher in zwei voneinander getrennte Druckzonen unterteilt ist, bei dem die Hochdruckzone die ganz mit Wasser als Moderator gefüllte Reaktionszone einschließt und einen so hohen Druck aufweist, daß der Moderator während des Betriebes in ihr flüssig bleibt, wobei die Reaktionszone aus den zylindrischen Innenräumen einer Vielzahl von im Abstand voneinander angeordneten, Brennstoff enthaltenden Rohren besteht, die durch regelbare Düsen an ihren Enden mit der Verdampfungszone in Verbindung stehen, in der ein niedrigerer Druck als in der Reaktionszone herrscht und die den Raum zwischen den den Spaltstoff enthaltenden Rohren einschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckzone (40) auch den oberen Teil des Reaktorbehälters umfaßt und die Brennstoffelemente in an sich bekannter Weise die Form von in Zylindermänteln eingeschlossenen Hohlzylindern (45) aufweisen, wobei der zylindrische Innenraum der Brennelemente mit dem darüber befindlichen Hochdruckzonenteil in offener Verbindung steht, und daß die Hochdruckzone außer durch die Düsen (98) an den unteren Enden der Spaltstoffrohre durch Verbindungskanäle (84) oberhalb der unteren Enden dieser Spaltstoffrohre mit der Verdampfungszone

in Verbindung steht, in welcher der Dampf in an sich bekannter Weise durch Vorbeileiten an der aktiven Zone auch eine Überhitzung erfährt.

2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Druckzonen voneinander in an sich bekannter Weise durch eine innerhalb des Behälters fest angeordnete Platte getrennt sind, durch die die oberen Enden der Spaltstoffrohre hindurchgeführt und fest mit der Platte verbunden sind.

3. Reaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Ende der Verdampfungszone unterhalb der die Druckzonen trennenden Platte ein Dampfauslaß durch den Druckbehälter hindurchführt.

4. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Spaltstoffrohr aus mehreren hintereinander angeordneten Spaltstoffrohrstücken besteht, wobei zwischen jeweils zwei nacheinanderfolgenden Spaltstoffrohrstücken ein mit diesen verbundenes rohrförmiges Verbindungsstück angeordnet ist, daß ein isoliertes Führungsrohr mit dem obersten der Spaltstoffrohrteile eines jeden Spaltstoffelements verbunden ist und an seinem oberen Ende einen Flansch zur Halterung in der die Druckzonen trennenden festen Platte aufweist und daß am unteren Ende eines jeden Brennstoffrohrs mit dem letzten Rohrstück ein ringförmiges Gehäuse verbunden ist, in dessen Mündung die Düse angeordnet ist.

5. Reaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der rohrförmigen Verbindungsstücke der Spaltstoffrohrteile einen oder mehrere Verbindungskanäle, die den zylindrischen Innenraum des Spaltstoffrohrs mit der Verdampfungszone verbinden, aufweist.

6. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Spaltstoffrohren mehrere Regelrohre angeordnet sind und daß Einrichtungen vorgesehen sind, um die Regelrohre in veränderbarer Weise mit einem fließfähigen Neutronenabsorber zu beschicken.

7. Reaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Regehrohre aus einem äußeren, einem mittleren und einem inneren Rohr besteht, die voneinander im Abstand angeordnet sind, und daß der ringförmige Raum zwischen dem mittleren und dem inneren Rohr an seinem unteren Ende mit der Neutronenabsorberversorgungsquelle in Verbindung steht, während der ringförmige Raum zwischen dem äußeren und dem mittleren Rohr an seinem unteren Ende mit einem mit dem Neutronenabsorber nicht mischbaren Druckmedium in Verbindung steht, und daß die Ringräume am oberen Ende miteinander in offener Verbindung stehen.

8. Kernreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungszone durch einen Dampfauslaß mit einer Dampfturbine verbunden ist, daß diese wiederum mit einem Generator gekoppelt ist, daß der Dampfturbine ein Kondensator nachgeschaltet ist und daß eine Pumpe vorgesehen ist, die die Moderatorfiüssigkeit von dem Kondensator zu dem oberen Hochdruckzonenteil in den Druckbehälter pumpt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1027 338;
britische Patentschriften Nr. 785 528, 754183,
406;

französische Patentschrift Nr. 1141064.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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