DE1589751A1

DE1589751A1 - Nuclear reactor

Info

Publication number: DE1589751A1
Application number: DE19671589751
Authority: DE
Inventors: Geist Dipl-Ing Jean-Jacques
Original assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Current assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Priority date: 1967-10-25
Filing date: 1967-10-25
Publication date: 1970-03-05
Also published as: BE721815A; FR1588391A; NL6814455A; LU57020A1

Description

PA TENTAN WXL TEPA TENTAN WXL TE

J£ic/tard^f ^Jai/fer-J £ ic / tard ^f ^ Jai / fer-

«L03H.»»B*. TElEGR PROPmDUS Te[eX0^57 TELOeIL₂₂₅₅₈₅-TELEGR-PROP₁NDUS-TELEXO₅Mi*«L03H.» »B *. TElEGR PROPmDUS Te [eX0 ^ 57 TELOeIL ₂₂₅₅₈₅ -TELEGR-PROP ₁ NDUS-TELEXO ₅ Mi *

Europäische Atomgemeinsehaft (EURATOM), Brüssel / BelgienEuropean Atomic Energy Community (EURATOM), Brussels Belgium

Nuclear reactor

Di· Erfindung betrifft einen Kernreaktor, dessen Kern von sahireichen Brennstoffkanälen für flüssigen Brennstoff und ▼on sahireichen Kühlkanälen für ein Kühlmittel in Zwangsumlauf durchsogen ist.The invention relates to a nuclear reactor, the core of which is from rich fuel channels for liquid fuel and ▼ on rich cooling channels for a coolant in forced circulation is soaked.

Bei Reaktoren mit Flüssigbrennstoff, s. B. Uransalsschmelsen, wird in den meisten Fällen die Kernserfallewärste ait Hilfe der BrennstoffstrtSmung selbst aus de« Kern heraus und einem Wärmetauscher zugeführt. Die damit verbundenen Nachteile (Brennstoffmenge muss wesentlich grBsser sein als für eine kritische Anordnung eigentlich nötig istι zuverlässige Pumpen und Wärmetauscher für hochtemperierte aktive flüssige Brennstoffe sind sehr aufwendig) haben aber Untersuchungen von Reaktoren mit im wesentlichen stagnierendem Flüssigbrennstoff gefordert (Fluid Fuel Reactors, p. 930 ff. Reading, Mass. USA 1958). Im letsteren Fall muss die Kernserfallewärme allerdings in einem eigenen Kühlmittel, das duroh den Kern strimt, abgeführt werden. Gegenüber Reaktoren mit festem Brennstoff bleibt dann immer nooh der generelleIn the case of reactors with liquid fuel, e.g. Uransalsschmelsen, the nuclear trap is a help in most cases the fuel disturbance itself out of the core and one Heat exchanger supplied. The associated disadvantages (the amount of fuel must be much larger than for a critical arrangement is actually necessary i reliable Pumps and heat exchangers for high-temperature active liquid fuels are very expensive) but have been investigated demanded by reactors with essentially stagnant liquid fuel (Fluid Fuel Reactors, p. 930 ff. Reading, Mass. USA 1958). In the latter case, the core trap heat must be however, it can be discharged in its own coolant, which strims the core. Compared to reactors with solid fuel then nooh always remains the general one

009810/1075009810/1075

New documents (Aa 7 11 Ata a No. 1 Sett t «M AWmnOMei, V. 4. ·. 1967)

BAD Oi u^iiNiBAD Oi u ^ iiNi

Vorteil, da·· jegliche Spaltprodukte kontinuierlich in einem einfachen Reinigung»kreis aus den Kern entfernt werden können, ao da·· außerordentlich hohe Abbrandwerte ersielbar sind. Al· nachteilig ist die geringere Effektivität der Wärmeabführung su erwähnen, derentwegen die maximale Leistung eines solchen Reaktors pro Einheit Kernvolumen niedriger ist als die eines Reaktors mit Zwangsumlauf des Flüssigbrennstoffs. Diesen Naohteil au verringern ist die Aufgabe der Erfindung.Advantage that ·· any fission products continuously in a simple cleaning circle removed from the core can be, ao da ·· extraordinarily high burn-up values are obtainable. The disadvantage is the lower effectiveness of the heat dissipation, which is why the maximum performance of such a reactor per unit core volume is lower than that of a reactor with forced circulation of liquid fuel. The object of the invention is to reduce this Naohteilau.

Die Erfindung besteht bei einem Kernreaktor der oben erwähnten Art darin, dass jeweils mindesten· zwei Brennstoffkanal· mit unterschiedlich·» Wärmequellenlaatfaktor durch kurse Verbindungakanäle an den Kernrändern su pumpenloeen, geschlossenen Strömungskreisen verbunden sind.In a nuclear reactor of the type mentioned above, the invention consists in that in each case at least two fuel ducts with different · »heat source laat factor through courses connecting channels at the core edges su pumpenloeen, closed flow circuits are connected.

Der Grundgedanke der Erfindung iat ea alao, dwrch geeignete Kopplung der Brenneteffkanäle «in· natürliche Strömung dea fltteaigen Brennatoffea herbeiaufUhren. Dieae natürliche Strömung wird durch veränderliche hvdravliaehe Durchmeaaer der Brennatoffkanäle aewie durch geeignete Geometrie dea Kühlkanalayatema suaätslich noch gefördert und reguliert. Auch wenn dieae natürliche Konvektien relativ geringe aeaehwindigkeit aufweiat, ao daaa die axiale Wärmeabfuhr in den Brennetoffkanälen nur gering iat, ao ergibt aie doch genügend laterale Wärmedlffuaion, welche unter anderem auch die Temperaturverteilung im Kern vergleichmäaaigt aewie lekale tiberhitsungen abbaut. Daa Prinzip dea pumpenloeen Brennateffkreialaufa, das früher einmal im Rahmen der Kühlung von Salssohmelaenreaktoren diskutiert und verworfen wurde, weil die StrOmungageaehwindigkeit für eine wirksame Reaktorkühlung au gering war (Trans. ANS 1, No· 1, 195>t P. ·"*)» «ird also hier wieder aufgegriffen im RahmenThe basic idea of the invention iat ea alao, the appropriate Coupling of the Brenneteff canals in · natural flow dea Catch the flatteand Brennatoffea. Dieae natural Flow is created by varying hvdravliaehe diameters the Brennatoffkanäle aewie through suitable geometry dea Kühlkanalayatema suaätslich still promoted and regulated. Even if the natural convection has a relatively low air speed, the axial heat dissipation in the fuel ducts only a small amount of iat, ao results in aie but sufficient lateral heat diffusion, which among other things also equalizes the temperature distribution in the core aewie lekale breaks down hits. Daa principle dea pumpenloeen Brennateffkreialaufa, which used to be in the frame the cooling of Salssohmelaenreactors was discussed and discarded because the flow rate for a effective reactor cooling au was low (Trans. ANS 1, No 1, 195> t P. · "*)» «is taken up here again in the context

009810/1075009810/1075

der Reaktorreihe mit separatem Kühlmittelkreislauf. Die hier gewünschte Funktion der Brennstoffströmung und lateralen Wärmeabgabe erreicht man nämlich bereite mit Geschwindigkeiten um 20 cm/sec, die bei geeigneter Kopplung von Kanälen unterschiedlichen Lastfaktors und nicht zu grossem Strömungswiderstand der Kanäle ohne Pumpen realisierbar sind.the reactor series with a separate coolant circuit. the here desired function of the fuel flow and lateral heat dissipation is achieved with speeds of around 20 cm / sec, which is the case with suitable Coupling of channels with different load factors and not too great a flow resistance of the channels without Pumps are realizable.

Der Brennstoffkreislauf gemäss der Erfindung enthält also weder Pumpen noch Wärmetauscher und verläuft völlig im Bereich der Kernspaltung, d. h. dass der spaltbare Stoff praktisch stets vollständig zum Kettenprozess der Kern spaltung beiträgt. Die Anschlussrohre, die eventuell für Spaltgasextraktion, Brennstoffzu- und -abfuhr oder Aufbereitung nötig sind, sind hier nicht dargestellt, da sie das Wesen der Erfindung nicht berühren.The fuel circuit according to the invention thus contains neither pumps nor heat exchangers and runs entirely in the area of nuclear fission, i. H. that the fissile matter almost always completely contributes to the nuclear fission chain process. The connection pipes that may be used for Fission gas extraction, fuel supply and removal or processing are necessary are not shown here because they do not affect the essence of the invention.

Ist der erfindungsgemässe Kernreaktor als thermischer Reaktor ausgebildet, mit Graphit als Moderator, dann sind die Brennstoff- und Kühlkanäle direkt in den Graphitblock hineingebohrt. Fortschrittliche Graphite für nukleare Anwendungen weisen ausser ihrer Undurchlässigkeit eine hohe direktioneile Wärmeleitfähigkeit auf, die hier in der lateralen Richtung optimisierend angewandt ist.If the nuclear reactor according to the invention is more thermal Reactor designed with graphite as a moderator, then the fuel and cooling channels are directly in the graphite block drilled into it. In addition to their impermeability, advanced graphites for nuclear applications have a high directional thermal conductivity, which is used here in an optimizing manner in the lateral direction.

Für einen Schnellbrüterreaktor würde natürlich die erwähnte Graphitmatrix durch eine Metallstruktur ersetzt, die die Kanalsysteme definiert und trennt, aber möglichst wenig Absorbtionsmasse darstellt.For a fast breeder reactor this would of course be the case Graphite matrix replaced by a metal structure that supports the Defines and separates channel systems, but represents as little absorption mass as possible.

Als Kühlmittel kommt bei den hohen auftretenden Temperaturen z. B. ein Flüssigmetall oder eine Salzschmelze in Frage. Vorzugsweise ist das Kühlmittel von ähnlicher chemischerAs a coolant comes at the high temperatures that occur z. B. a liquid metal or a molten salt in question. Preferably the coolant is of similar chemical nature

009810/1075009810/1075

Composition much like the fuel, so that the problems

der gegenseitigen Abdichtung der beiden Kanalaysteme keine entscheidende Bedeutung beikommt· Das gilt besonders, wenn das Kühleitte1 brutfähig ist und daher ohnehin laufend aufbereitet wird.the mutual sealing of the two channel systems none becomes of decisive importance · This is especially true if the coolant1 is broodable and therefore running anyway is processed.

Absohliessend soll ein AusfUhrungsbeispiel eines erfindungsgemässen thermischen Salzschmelzen-Brüters anhand der einsigen schematischen Figur erläutert werden. Der Reaktorkern 1 besteht aus eines Oraphitblock, in den in vaagreohter Richtung sahireiche zueinander parallele Kühlkanäle 2 gebohrt sind, die an den Kernrändern in je einem Sammelraum 3 und k münden. An diese Sammelräume sind Kühlmitteleinlass- und -austrittsstutsen 5 und 6 angeschlossen, die mit einem nicht gezeichneten, an sich bekannten Kühlkreis in Verbindung stehen (Pumpe, Wärmetauscher, Turbine etc.). Das Kühlmittel, eine brutfähige Salzschmelze, wird mit einer Geschwindigkeit ron etwa 3 m/sec durch den Kern gepumpt. Die minimale Kühlmitteltemperatur liegt etwa bei 500° C.Finally, an exemplary embodiment of a thermal molten salt breeder according to the invention will be explained with reference to the single schematic figure. The reactor core 1 consists of an oraphite block, in which cooling channels 2 parallel to one another are drilled in the vaagreohter direction, each of which opens into a collecting space 3 and k at the core edges. Coolant inlet and outlet nozzles 5 and 6 are connected to these collecting spaces and are connected to a cooling circuit (not shown) which is known per se (pump, heat exchanger, turbine, etc.). The coolant, a brutable molten salt, is pumped through the core at a speed of about 3 m / sec. The minimum coolant temperature is around 500 ° C.

Als Brennstoffträger ist eine Salzschmelze gewählt, deren ohemisehe Zusammensetzung der des Kühlmittels ähnelt. Der Graphitblook besitzt in zu den Kühlkanälen orthogaler Richtung zahlreiche weitere Bohrungen 7, welche den flüssigen Brennstoff enthalten. Am oberen und unteren Kernrand sind die Brennst of f kanal e oder Bündel -von parallelen Kanälen über Krümmer 8 und 9 miteinander paarweise in Serie und im Kreis geschaltet, wobei stets Kanäle mit stark unterschiedlichem Lastfaktor miteinander kombiniert sind, so dass sich eine natürliche Strömung im Betrieb einstellt, deren Geschwindigkeit etwa 0,2 m/seo beträgt. Die maxitsale Temperatur des Brennstoffs liegt etwa mei 1*100° C. Rechnungen ergeben, dass mit diesenA molten salt is selected as the fuel carrier, the composition of which is similar to that of the coolant. Of the Graphitblook is more orthogonal to the cooling channels Direction numerous other holes 7, which contain the liquid fuel. At the top and bottom The core edge is made up of the fuel channels or bundles of parallel channels via bends 8 and 9 connected to each other in pairs in series and in a circle, with always Channels with widely different load factors are combined with each other, so that a natural flow sets during operation, the speed of which is about 0.2 m / seo amounts to. The maximum temperature of the fuel is around 1 * 100 ° C. Calculations show that with these

009810/ 1 075009810/1 075

Werten Leiatungasohichten von 1 MVth/liter und Reaktorgrüaaen von 300 bia 1000 MV· erzlelbar aind.Values for discharge gas levels of 1 MVth / liter and reactor green from 300 to 1000 MV

In dar taehniaohan Realiaierung beateht dar Graphitblook au· ainar Vielzahl -ron OraphitatMban ait quadratischem Queraohnitt in vertikaler Laffe, tob danan Jeder aina Gruppe Brennatoffkanttle «it zwei Krttaaiarn 8 und 9 aufVaiat. Dia Stäba atahan dirakt nabanainandar und rarbindan ao ihr· Quarbohrunffen au KUhlkanMl«n, welch· di· «inavlnen KUhI-iontn oder d«n fani«n K«rn durohai«h«n. Sin Vvrluat an Kuhlnittal in den Spalten a«riaeh«n d«n 8tab«n iat tragbar, da dar Brannateffkreialauf aiohar ς·§·η diaaa Spalt· abgeaohloaaan iat.In the taehniaohan realization there is a graphite look au · ainar variety -ron oraphitatMban with a square cross-shape in a vertical bowl, tob then each aina group Brennatoffkanttle «with two Krttaaiarn 8 and 9 onVaiat. Dia Stäba atahan dirakt nabanainandar and rarbindan ao their Quarbohrunffen au KUhlkanMl «n, which ·« inavlnen KUhI-iontn or d «n fani« n K «rn durohai« n. Sin Vvrluat an Kuhlnittal in the columns a «riaeh« and «n 8tab« n iat wearable, since the Brannateffkreialauf aiohar ς · § · η diaaa gap · abeaohloaaan iat.

Voraufawaia· iat dar Quvraohnitt der Kanal· (Brenn- wie Brutatoff) ao flaoh wie aua teohnolofiaohen Orttnden aeglioh feataltet und die Graphitatruktur an den Kreuauncapunkten xwlaehen den beiden Kanalayateaen lat ao dünn wi· aua reaktorphyaikaliaohen Gründen aidclioh_t daait ein wirkaaaier Varaeüber(anc cewMhrleiatet iat.Voraufawaia · iat is Quvraohnitt the channel · (writing as Brutatoff) ao flaoh as ouch teohnolofiaohen Orttnden aeglioh feataltet and Graphitatruktur the Kreuauncapunkten xwlaehen the two Kanalayateaen lat ao thin wi · ouch reaktorphyaikaliaohen reasons aidclioh _t daait a wirkaaaier Varaeüber (anc cewMhrleiatet iat .

009810/1075009810/1075

Claims

Claim

j Nuclear reactor, the core of which has rich fuel channels for liquid fuel and numerous cooling channels for a coolant ± u forced circulation, characterized in that at least two fuel channels with greatly different heat source load factors through short connecting channels (Krüaaer 8, 9) at the core edges su pumpless, closed flow circles are connected.

- / Hi - 20

009810/1075

Documents "Art, 7 41 Ab", 2 No. 1 Sau 3 <** Amendment "* 4