DE1414091C - Verfahren zum Betneb von schnellen und mittelschnellen Reaktoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrilTt ein Verfahren zum Betrieb von Kernreaktoren mit mittelschnellen und schnellen Neutronen.

Es ist bekannt, daß Plutonium 239 wegen seiner höheren Spaltneutranenausbeuie in mit schnellen Neutronen betriebenen Reaktoren ein besserer Spaltstofl als Uran 235 ist. Diese höhere Neutronenausbeute ermöglicht den Betrieb von schnellen Reaktoren als Brüter, die mehr Spaltstoff erzeugen, als sie gleichzeitig verbrauchen (siehe Stephenson »Intro- ίο duction to Nuclear Engineering«, 1954, S. 91 bis 97).

Für den Aufbau schneller Brutreaktoren bietet eine Zonenaufteilung mit einem schnellen Zentralreaktor, der einen hohen Anteil von Spaltstoff enthält, und einer diesen umgebenden Mantelzone aus Natururan oder an Uran 235 angereicherten Uran den Vorteil, daß im Außenbereich dieses Reaktors ein echter Brutprozeß verwirklicht werden kann (siehe Gl as tone »Principles of Nuclear Reactor Engineering«, 28.7. 1955, S. 744, 745). Bei diesem Brutprozeß tritt in ao dem Uran der Mantelzone insofern eine Veredelung ein, als eine Umwandlung bestir imter Mengen U 235 in eine gleich große oder größere Menge spaltbares Plutonium erfolgt, das für schnelle und auch mittelschnelle Reaktoren ein wertvoller Spaltstoff ist.

Eine solche Vergütung von Natururan läßt sich nach einem älteren Vorschlag der Eirfinder auch in einem thermischen Zweistufenreaktor, d. h. einem mit thermischen Neutronen betriebenen Zcntralreaktoi, der von einem Mantel aus Natururan und Ncutronenmndcratormatcrial umgehen ist, erreichen. Notwendige Voraussetzung dafür ist es. daß die mit Natururan beschickte Mantclzone untermoderiert und dadurch schwach unterkritisch eingestellt wird. Dabei lassen sich sogar für lange Betriebs/eilen über 1 liegende Konversionsfaktoren erreichen, d. h., in diesen Bereichen des thermischen Zweislufenreaktors steigt die Spaltstoffkonzentration zeitlich an, wobei gleichzeitig Uran 235 des Natururans durch Plutonium ersetzt wird, indem mit der Uranspaltung zugleich Uran 238 in Plutonium 239 übergeführt wird.

Steht nur wenig Plutonium zur Verfügung, so kann das nach dem beschriebenen Verfahren gewonnene Plutonium /ur Anreicherung (Vergütung) von gewöhnlichem Uran dienen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses vergütete Natururan in einfacher Weise besonders wirtschaftlich zu nutzen.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren /um Betrieb von Kernrenktoren mit mittclschncllcn und schnellen Neutronen dadurch gelöst, dall erfiiulungsgemaU in diesen Reaktoren Kern* brennstoff mitverwendet wird, der durch Vergütung von Nüilururun ohn* i«ilv weitete Behandlung in der Weise gewonnen wird, daß in einem unterkritischen unicrrtintlcricricn Brutmanfcl einen iliertnisctien Zweistufenreaktors eine über 1 liegende Konversionsrate für die Plutoniumerzeugung während der gesamten Einsatzzeit des Natururans in dem Brutmantel aufrechterhalten wird. Dieses mit Plutonium vergütete Natururan soll neben anderen reinen oder höher angereicherten Kernbrennstoffen (Uran 233, Uran 235, Plutonium 239) verwendet werden. Dafür kommen vorzugsweise Anordnungen in Betracht, bei denen das vergütete natürliche Uran von den übrigen Brennstoffen räumlich getrennt ist.

Der Erfindungsgedanke besteht demnach darin, daß es möglich ist, beispielsweise auch einen Reaktor, der durch Plutonium angereichertes, natürliches Uran enthält, eventuell in Verbindung mit anderen reinen oder höher angereicherten Kernbrennsubstanzen (U 233, U 235, Pu 239) zur Erhöhung der Reaktivität bzw. im Rahmen eines Zweistufenreaktors im Kernteil zu betreiben. Diese Anordnung hat den zusätzlichen Vorteil, daß auch ein Teil der Uran-238-Atome gespalten werden, was eine Verbesserung der Neutronen-Ökonomie zur Folge hat. Dieses Verfahren erlaubt im Vergleich zu schnellen Plutonium-Reaktoren mit wesentlich weniger Plutonium auszukommen, ohne unwirtschaftlich zu arbeiten.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betrieb von Kernreaktoren mit mittelschnellen und schnellen Neutronen, dadurch gekennzeichnet, daß in diesen Reaktoren Kernbrennstoff mitverwendet wird, der durch Vergütung von Natururan ohne jede weitere Behandlung in der Weise gewonnen wird, daß in einem unterkritischen untermoderierten Brutmantel eines thermischen Zweistufenreaklots eine übrr 1 liegende Konversionsrate für die Plutoniumerzeugung während der gesamten Einsatzzeit des Natururans in dem Brutmantel aufrechterhalten wird.

2. Verfahren zum Betrieb von Reaktoren nach Anspruch i. dadurch gekennzeichnet, daß das durch Plutonium angereicherte natürliche Uran neben anderen reinen oder höher angereicherten Kernbrennstoffen (U 233. U 235, Pu 239) verwendet wird, wobei diese Brennstoffe räumlich voneinander gelrennt sind.

3. Verfahren /um Betrieb von Reaktoren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß flüssige Metalle, Metalldampf«:, Oase, natürliches Wiisser, schweres Wavtci und !Kohlenwasserstoffe als Brems- und Kühlmittel verwendet werden.

4. Verfahren /um Betrieb vnn Reaktoren nach Anspruch I bis 3. dadurch gekennzeichnet, duü zur Einstellung des Ncutrunensnvktrums auf mittlere Neutronen», nergicn zusätzlich Neutronen· rnoderntormalerial in geeigneter geometrischer Anordnung verwendet wird.