NO116534B

NO116534B -

Info

Publication number: NO116534B
Application number: NO15483564A
Authority: NO
Inventors: L Nijland; J Schroder
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1963-09-23
Filing date: 1964-09-21
Publication date: 1969-04-08
Also published as: FI41715B; GB1066870A; DK106777C; CH456345A; SE314302B; AT247144B

Description

Kj ernereaktor. Nuclear reactor.

Nærværende oppfinnelse vedrører en ki ernereaktor i hvilken kjernebrenselet i form av en suspensjon av fast spaltbart materiale i en væske som for eksempel van-ligvis er alminnelig vann eller tungtvann, strømmer gjennom reaktoren forsynt med en moderator. The present invention relates to a nuclear reactor in which the nuclear fuel in the form of a suspension of solid fissile material in a liquid which is, for example, usually ordinary water or heavy water, flows through the reactor provided with a moderator.

Mer spesielt vedrører oppfinnelsen en reaktor i hvilken kjernebrenselsuspensjo-nen strømmer gjennom flere reaktorrør, det vil si en heterogen suspensjonsreaktor. More particularly, the invention relates to a reactor in which the nuclear fuel suspension flows through several reactor tubes, that is to say a heterogeneous suspension reactor.

Oppfinnelsen omfatter videre reaktor-rør egnet som konstruksjonsdeler for slike reaktorer. Med denne reaktortype kan den kritiske tilstand nåes ved å anvende natur-lig eller bare svakt anriket uran. Det er imidlertid av betydning at reaktorrørenes vegger absorberer ingen eller nesten ingen neutroner og likevel har en høy varmeisola-sjonskapasitet og at brenselsuspensjonen er sterkt konsentrert og av konstant sammen-setning. Den første betingelse kan oppfyl-les ved å gjøre rørveggene av for eksempel fast sintret berylliumoksyd som er belagt på moderatorsiden, med løst sintret berylliumoksyd når der gjøres bruk av en væske som moderator. The invention also includes reactor tubes suitable as structural parts for such reactors. With this type of reactor, the critical state can be reached by using natural or only slightly enriched uranium. However, it is important that the walls of the reactor tubes absorb no or almost no neutrons and yet have a high thermal insulation capacity and that the fuel suspension is highly concentrated and of constant composition. The first condition can be met by making the tube walls of, for example, solid sintered beryllium oxide which is coated on the moderator side, with loosely sintered beryllium oxide when a liquid is used as a moderator.

Den annen betingelse foranlediger van-skeligheter da viskositeten av brenselsuspensjonen med den ønskede konsentrasjon er så høy at pumpning av suspensjonen for eksempel for transport av denne til en varmeutveksler og tilbake til reaktoren er vanskelig. The second condition causes difficulties as the viscosity of the fuel suspension with the desired concentration is so high that pumping the suspension, for example for transporting it to a heat exchanger and back to the reactor, is difficult.

I søkerens norske patent nr. 88287 har det i denne forbindelse vært foreslått å sende suspensjonen gjennom reaktoren i fortykket tilstand, fortynne den utenfor reaktoren med en ytterligere mengde bære-væske som igjen frasepareres fra den for-tynnede suspensjon før denne igjen føres inn i reaktoren, og da utføre pumpingen av suspensjonen mens denne er i fortynnet tilstand. In the applicant's Norwegian patent no. 88287, it has been proposed in this connection to send the suspension through the reactor in a thickened state, dilute it outside the reactor with a further amount of carrier liquid which is again separated from the diluted suspension before it is fed back into the reactor , and then carry out the pumping of the suspension while it is in a diluted state.

Da der for en heterogen suspensjonsreaktor trenges mange rør, for eksempel 100, vil anvendelsen av nevnte: metode for-årsake meget kompliserte konstruksjoner av sirkulasjonssystemet. As many tubes are needed for a heterogeneous suspension reactor, for example 100, the application of the aforementioned method will cause very complicated constructions of the circulation system.

Ifølge oppfinnelsen anvendes et spesielt reaktorrør, ved hjelp av hvilket der kan fås en meget enklere konstruksjon. According to the invention, a special reactor tube is used, with the help of which a much simpler construction can be obtained.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere The invention shall be explained in more detail

under henvisning til tegningene, hvor with reference to the drawings, where

fig. 1 viser skjematisk en reaktor om-fattende reaktorrør ifølge oppfinnelsen, og fig. 1 schematically shows a reactor comprising reactor tubes according to the invention, and

fig. 2—4 viser skjematisk reaktorrør av fig. 2-4 show a schematic reactor tube of

forskjellige konstruksjoner. different constructions.

I fig. 1 er reaktoren 1 omgitt av en høy-trykkskappe 1, innenfor hvilken der er an-ordnet en reflektor la som igjen omslutter kammeret 2 for moderatoren, for eksempel tungtvann. Ved pumpning kan dette tungtvann sirkuleres gjennom en varmeutveksler (ikke vist). Høytrykkskappen 1 er nødven-dig for å kunne drive reaktoren ved et høyt temperaturnivå. In fig. 1, the reactor 1 is surrounded by a high-pressure jacket 1, within which a reflector 1a is arranged which in turn encloses the chamber 2 for the moderator, for example heavy water. When pumping, this heavy water can be circulated through a heat exchanger (not shown). The high-pressure jacket 1 is necessary to be able to operate the reactor at a high temperature level.

Inne i kammeret 2 er der reaktorrør 3. Inside the chamber 2 are reactor tubes 3.

På tegningen er bare vist 2 av disse rør, men i virkeligheten vil dette antall være for eksempel 100. In the drawing, only 2 of these pipes are shown, but in reality this number will be, for example, 100.

Disse rør (jfr. fig. 2—4) består av en vegg 4 som på utsiden er belagt med et iso-lerende sjikt. Det hele kan gjøres av berylliumoksyd. Andre materialer som også kan komme til anvendelse er for eksempel en aiuminiumvégg belagt på utsiden med et, lag av porøst kullstoff. These pipes (cf. figs. 2-4) consist of a wall 4 which is coated on the outside with an insulating layer. It can all be made of beryllium oxide. Other materials that can also be used are, for example, an aluminum wall coated on the outside with a layer of porous carbon material.

Ifølge oppfinnelsen er den øvre del av dette rør forsynt med en hydrocyklon 6 med tangential matning 7, avløpsåpning 8 som munner ut i røret 3 og et innvendig over-løpsrør passerer sentralt gjennom avløps-åpningen 8 og derfra gjennom reaktorrøret til den nedre ende 10, hvor overløpsrøret munner ut i nærheten av utløpsåpningen 11 for røret. According to the invention, the upper part of this pipe is provided with a hydrocyclone 6 with tangential feed 7, drain opening 8 which opens into the pipe 3 and an internal overflow pipe passing centrally through the drain opening 8 and from there through the reactor pipe to the lower end 10, where the overflow pipe opens out near the outlet opening 11 for the pipe.

Med denne konstruksjon av reaktor-rørene reduseres utstrekningen av gjen-nomstrømningssystemet for den konsentrerte suspensjon til et minimum. With this construction of the reactor tubes, the extent of the flow-through system for the concentrated suspension is reduced to a minimum.

Fig. 3 viser en foretrukken utførelses-form av reaktorrøret hvori overløpsrøret 9 over størstedelen av sin lengde forløper langs veggen 4 for reaktorrøret. Denne ut-førelse har den fordel at oppfangningen av resonansneutroner av moderatorvæsken som strømmer gjennom overløpsrøret er be-tydelig mindre enn ved konstruksjonen ifølge fig. 2. Fig. 3 shows a preferred embodiment of the reactor tube in which the overflow tube 9 runs along the wall 4 of the reactor tube over most of its length. This design has the advantage that the capture of resonance neutrons by the moderator liquid flowing through the overflow pipe is significantly less than with the construction according to fig. 2.

Videre muliggjør denne utførelse en enklere måte for befestigelse av overløps-røret til selve reaktorrøret. Furthermore, this design enables a simpler way of attaching the overflow pipe to the reactor pipe itself.

I reaktorrøret ifølge fig. 4 er den nedre del av overløpsrøret 9 rettet stort sett tan-gensialt mot den indre vegg av reaktor-røret. Den roterende bevegelse som derved meddeles bærevæsken som strømmer ut fra røret påskynder rask og grundig blanding av den konsentrerte suspensjon og nevnte væske i reaktorrørets nedre parti. In the reactor tube according to fig. 4, the lower part of the overflow pipe 9 is directed largely tangentially towards the inner wall of the reactor pipe. The rotary movement thereby imparted to the carrier liquid flowing out from the tube accelerates rapid and thorough mixing of the concentrated suspension and said liquid in the lower part of the reactor tube.

Når reaktoren, er i drift tilføres en mer eller mindre fortynnet suspensjon av kjer-nebrensel, for eksempel en suspensjon av uranoksyd i tungtvann til hydrocyklonfor-tykkeren 6 fra beholderen 11 over røret 12 og de tangentiale matningskanaler 7 forsynt med ventiler 13. I disse hydrocykloner blir suspensjonen fortykket, hvorpå den av tyngdekraften passerer ned gjennom rø-rene 3 til de avsmalnende bunnpartier 10. When the reactor is in operation, a more or less diluted suspension of nuclear fuel, for example a suspension of uranium oxide in heavy water, is fed to the hydrocyclone thickener 6 from the container 11 via the pipe 12 and the tangential feed channels 7 equipped with valves 13. In these hydrocyclones the suspension is thickened, after which it passes down through the tubes 3 to the tapered bottom parts 10 by gravity.

Som et resultat av kjernespaltnings-reaksjonen oppnår suspensjonen en høy temperatur. Det tungtvann som frasepareres i hydrocyklonen strømmer ned gjennom overløpsrøret 9 og i utløpet av dette rør blir igjen blandet med suspensjonen, slik at den blir lettflytende. As a result of the nuclear fission reaction, the suspension attains a high temperature. The heavy water that is separated in the hydrocyclone flows down through the overflow pipe 9 and in the outlet of this pipe is again mixed with the suspension, so that it becomes light-flowing.

Den varme suspensjon blir derpå ført gjennom varmeutveksleren 14 og går der-etter gjennom røret 15 til stigerøret 16, gjennom hvilket den bringes opp til en beholder 11 under innflytelse av en inert gass, for eksempel helium, tilført ved hjelp av en pumpe 20. The hot suspension is then passed through the heat exchanger 14 and then passes through the pipe 15 to the riser 16, through which it is brought up to a container 11 under the influence of an inert gas, for example helium, supplied by means of a pump 20.

I denne beholder blir gassen fraseparert suspensjonen, hvorpå den føres tilbake In this container, the gas is separated from the suspension, after which it is returned

over anordningen i7, hvor vann som måtte ha dekomponert blir rekomponert, en kon-densator 18, hvor vann frasepareres, et renseanlegg 19, til pumpen 20 som presser gassen inn i stigerøret igjen. Det tungtvann som separeres av i kondensatoren 18 kan føres tilbake til beholderen 11 over ventilen 21. above the device i7, where water that may have decomposed is recomposed, a condenser 18, where water is separated, a cleaning system 19, to the pump 20 which pushes the gas into the riser again. The heavy water that is separated off in the condenser 18 can be fed back to the container 11 via the valve 21.

Hvis den sirkulerende suspensjon inne-holder for mye fast stoff kan en del av suspensjonen føres over kanalen 22 og ventilen 23 til hydrocyklonfortrykkeren 24, hvor den kan fortykkes. Reguleringsventilen 30 tillaterr regulering av fortyknings-virkningen i hydrocyklonen 24. Det tungtvann som er blitt fraseparert blir derpå gjennom en kanal 26 og renseanlegget 27 ført tilbake til kanalen 15 hvor det anvendes for ytterligere fortykning av den sirkulerende suspensjon. If the circulating suspension contains too much solid matter, part of the suspension can be passed over the channel 22 and the valve 23 to the hydrocyclone compressor 24, where it can be thickened. The control valve 30 allows regulation of the thickening effect in the hydrocyclone 24. The heavy water that has been separated is then returned through a channel 26 and the purification plant 27 to the channel 15 where it is used for further thickening of the circulating suspension.

Den fortykkede suspensjon bunnfeller derpå i lagertanken 25. Hvis den sirkulerende suspensjon skal konsentreres noe, kan dette utføres ved å gi fortykket suspensjon adgang gjennom ventilen 32, og om nødvendig innføre adgang gjennom ventilen 32, og om nødvendig innføre tungtvann eller fortynnet suspensjon gjennom kanalen 33 og ventilen 33a, for derved å gjøre den fortykkede suspensjon meget lettflytende. The thickened suspension then settles in the storage tank 25. If the circulating suspension is to be somewhat concentrated, this can be done by giving the thickened suspension access through the valve 32, and if necessary introducing access through the valve 32, and if necessary introducing heavy water or diluted suspension through the channel 33 and the valve 33a, thereby making the thickened suspension very fluid.

Hvis suspensjonen skal fjernes fra re-aktorrørene kan dette utføres ved å lukke ventilen 12a og lede suspensjonen til beholderen 25 ved hjelp av hydrocyklonen 24. Bærervæske blir i dette tilfelle ført gjennom ventilen 31 og røret 12 til reaktor-rørene, slik at der suspensjonen blir er-stattet med væske. If the suspension is to be removed from the reactor tubes, this can be done by closing the valve 12a and directing the suspension to the container 25 by means of the hydrocyclone 24. In this case, the carrier liquid is led through the valve 31 and the tube 12 to the reactor tubes, so that where the suspension is is-replaced with liquid.

Det vil forståes at det er mulig med et apparat ifølge oppfinnelsen å oppnå forskjellige strømningshastigheter av kjerne-brenslet gjennom de forskjellige rør ved å velge forskjellige hydrocykloner 6 eller ved forskjellig regulering av matningstrykket ved hjelp av reguleringsventilen 13 og/eller å variere de sentrale overløpsåpninger. Derved kan oppnåes at temperaturen for suspensjonen som forlater reaktorrørene er optimum for rørene. Det er også mulig ifølge oppfinnelsen å oppdele rørene 12 til reaktorrørene på en slik måte at det fører til forskjellige rørgrupper, hver av hvilke da kan reguleres separat. It will be understood that it is possible with an apparatus according to the invention to achieve different flow rates of the nuclear fuel through the different pipes by choosing different hydrocyclones 6 or by different regulation of the feed pressure by means of the control valve 13 and/or by varying the central overflow openings. Thereby it can be achieved that the temperature for the suspension leaving the reactor tubes is optimum for the tubes. It is also possible according to the invention to divide the tubes 12 into the reactor tubes in such a way that it leads to different tube groups, each of which can then be regulated separately.

Hele systemet kan i nødstilfelle raskt The entire system can in an emergency quickly

tømmes gjennom sikkerhetsventilen 34. is emptied through the safety valve 34.

Ledningen m. v. utenfor trykk-kappen 1 må være trykkfast for å kunne motstå The cable etc. outside the pressure jacket 1 must be pressure-resistant to be able to resist

trykket av bærervæsken ved de høye tem-peraturer som er nødvendige for å gjøre the pressure of the carrier liquid at the high temperatures necessary to make

varmeytelsen for reaktoren så nøy som mulig. the heat output of the reactor as accurately as possible.

Claims

1. Nuclear reactor in which the nuclear fuel is in the form of a suspension of solid

fissile material in a liquid such as ordinary water or heavy water flows through several reactor tubes placed inside the reactor, the suspension being thickened before it enters the reactor tubes and after it has passed through the reactor tubes being diluted into a pumpable suspension, characterized in that at the top of each reactor tube the drain opening opens for a hydrocyclone thickener, the overflow opening gene for said hydrocyclone is formed by an overflow pipe which opens out centrally in the hydrocyclone and passes via the drain opening through the reactor pipe to a distance from the lower end of the reactor pipe.

2. Nuclear reactor as stated in claim 1, characterized in that the overflow pipe for the hydrocyclone runs along the wall of the pipe over most of the reactor pipe.

3. Nuclear reactor as stated in claim 1-2, characterized in that the lower part of the overflow pipe is directed largely tangentially towards the inner wall of the pipe.