DE3008472A1

DE3008472A1 - Heterogener kernreaktor

Info

Publication number: DE3008472A1
Application number: DE19803008472
Authority: DE
Inventors: Heinrich 8521 Heßdorf Dreßel; Peter Ing.(grad.) 8551 Leutenbach Rau
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-03-05
Filing date: 1980-03-05
Publication date: 1981-09-17
Also published as: FR2477752A1; DE3008472C2; JPS56138274A

Description

KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

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Heterogener Kernreaktor

Die Erfindung betrifft einen heterogenen Kernreaktor mit einem Reaktorkern, der aus einzelnen länglichen Elementen mit polygonalem Querschnitt zusammengesetzt ist. Bei solchen heterogenen Kernreaktoren hat man oft einen zentralen Spaltstoffbereich, der aus einzelnen Elementen zusammengesetzt sein kann, und einen diesen einschließenden, den Rand des Reaktorkerns bildenden Brutstoff mantel. Auch dieser kann aus einzelnen EIementen bestehen. Hit einzelnen Elementen sind in diesem Zusammenhang Gebilde gemeint, die Brut- oder Spaltstoff enthalten, zum Beispiel in Form von Tablettensäulen, die in Hüllrohren eingeschlossen sind, und die für sich aus dem Reaktorkern entnommen bzw. in diesen eingesetzt werden können. Hier läßt sich das Verhältnis von Spaltstoff zu Brutstoff fast beliebig einstellen.

Man kann ferner so vorgehen, daß man als Modul für den Kernaufbau jeweils einem zentralen Spaltstoffelement ein Brutelement zuordnet, das ringförmig ausgebildet ist.

Die ringförmige Ausbildung ergibt jedoch einen mechanisch empfindlichen Aufbau. Sie ist darüber hinaus schwer zu handhaben. Deshalb sucht die Erfindung eine andere Möglichkeit für einen heterogenen Kernreaktor, bei dem die Elemente stabil und mit geringem Fertigungsaufwand herzustellen sind und dennoch das Brut- bzw. Konversionsverhältnis in günstiger Weise eingehalten werden kann.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß um ein Element mit regelmäßig polygonalem Querschnitt der Seitenzahl ent-

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sprechende polygonale Elemente mit einem anderen Querschnitt so angeordnet sind, daß sie zusammen mit dem ersten Element ein Modul bilden, das flächendeckend aneinander zu setzen ist.

Der Kern des neuen Kernreaktors setzt sich zusammen aus zwei Elementen verschiedenen Querschnitts. Das eine, das vorzugsweise für den Spaltstoffanteil maßgebend ist, wird von dem anderen, der den Brutstoffen zugeordnet ist, so umgeben, daß sich eine möglichst feine Verteilung ergibt, damit eine gleichmäßige Brut- bzw. Konversionsrate erreicht wird. Dennoch sind alle Elemente einzeln herzustellen und zu transportieren, weil sie relativ kleine und möglichst regelmäßige polygonale Querschnitt aufweisen. Zusammengenommen bilden sie jedoch ein Modul, das flächendeckend, d.h. ohne Zwischenräume, zu dem gewünschten Kernquerschnitt zusammenzusetzen ist.

Die Erfindung läßt sich besonders günstig mit Elementen mit sechseckigem Querschnitt verwirklichen. Dabei geht man so vor, daß um jeweils ein Element mit regelmäßig sechseckigem Querschnitt sechs Elemente gruppiert sind, deren Querschnitt nur in der an dem ersten Element anliegenden Seite und der gegenüberliegenden Seite mit der Kantenlänge des regelmäßigen Querschnittes übereinstimmt. Die nicht mit der Kantenlänge des ersten Elements übereinstimmende Seite der um das erste Element gruppierten weiteren Elemente kann kürzer oder länger sein. Im allgemeinen wird das erste Element den Spaltstoff enthalten, während die darum herumgruppierten Elemente den Brutstoff umfassen und im Querschnitt kleiner sind als das erste Element. Es ist aber durchaus möglich, die Anordnung umgekehrt zu treffen, wobei die Variationsbreite des nicht regelmäßigen EIe-

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ments theoretisch beliebig kleiner und größer in bezug auf die Kantenlänge des regelmäßigen Querschnittes sein kann.

Eine andere Möglichkeit zur Verwirklichung der Erfindung, die sehr einfache Elementquerschnitt ergibt, geht von Elementen quadratischem Querschnitts aus. Hier kann man einmal um das quadratische Element vier gleiche Elemente mit einem rechteckigen Querschnitt gruppieren, dessen längere Seite um die Länge der kürzeren Seite größer als die Seitenlänge des Quadrats ist.

Eine andere Möglichkeit besteht, ausgehend von Elementen quadratischem Querschnitts, darin, daß um das quadratische Element vier gleiche Elemente mit dem Querschnitt eines rechtwinkligen Dreieckes gruppiert sind, dessen längere Kathete um die Länge des Quadrates länger als die kürzere Kathete ist und am Quadrat anliegt.

Es ist auch denkbar, daß man die Erfindung mit Vielecken größerer Eckenzahl verwirklicht, die mit Hilfe von beispielsweise Dreiecken zu Modulen geringer Eckenzahl, etwa zu Sechsecken oder Vierecken ergänzt werden. Die zuvor genannten Ausführungsformen der Erfindung mit vier- und sechseckigen Querschnitten sind jedoch im allgemeinen einfacher.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden anhand der beiliegenden Zeichnung drei Ausführungsbeispiele beschrieben. Sie zeigen jeweils ausschnittsweise das sich aus den Elementquerschnitten ergebende Muster eines Reaktorkerns für einen Hochkonverterreaktor, der aus gleichen Modulen aufgebaut ist und mit Wasser gekühlt wird.

In Fig. 1 ist eine Anordnung mit sechseckigem Element-

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querschnitt dargestellt, bei der ein Spaltstoffelement mit einem regelmäßig sechseckigem Querschnitt von sechs gleichen Brutstoffelementen 2 umgeben ist, deren sechseckiger Querschnitt gegenüber dem Querschnitt des Elementes 1 abgeflacht ist.

Das Spaltstoffelement 1 des Ausführungsbeispiels enthält 547 Brennstäbe 3 in dem in der Fig. 1 gezeichneten hexagonalen Raster, wobei die Reihen der Brennstäbe 3 in allen Hauptachsen des Sechsecks gleich geschichtet sind. Die Brennstäbe enthalten in stählernen Hüllrohren mit Kreisquerschnitt Tabletten mit oxidischem Uranbrennstoff mit 1296 Anreicherung. Sie sind Bit nicht weiter dargestellten Rippen gegeneinander distanziert und mit einem aus gleichen Platten 5 scharnierartig zusammengesetzten Band 6 zusammengespannt. Als Scharniergelenke wirken Skelettstäbe 7.

In den Brutstoffelementen 2 sind dagegen jeweils 198 Stäbe 4 mit einem größeren Durchmesser untergebracht, wobei in der einen Richtung 15 Reihen und in der anderen Richtung 18 Reihen hintereinander geschichtet sind. Die Brennstäbe 4, die wiederum Hüllrohr· aus Stahl haben, enthalten hier oxidischen Uranbrennstoff in Tablettenform mit einer Anreicherung von 296. Sie sind mit einem Band 9 umspannt, das auf gegenüberlie- ' genden Seiten aus zwei mit den Platten 5 übereinstimmenden Teilen 5¹ und vier dazwischenliegenden Teilen 8 besteht, die um 3096 kürzer sind als die Teile 5, 5¹.

Das beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 mit A bezeichnete Modul umfaßt, wie die strichpunktierte Begrenzungslinie a andeutet, das Element 1 und jeweils die Hälfte der sechs umgebenden Elemente 2. Hithin hat das Modul A wiederum einen sechseckigen Querschnitt.

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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 umfaßt das quadratische Modul B ein ebenfalls quadratisches Element 10, das als Spaltstoffelement dient und mit vier gleichen, den Brutstoff enthaltenden Elementen 11 mit rechteckigem Querschnitt umgeben ist. Der rechteckige Querschnitt besitzt eine längere Seite 12, die um die Länge der kürzeren Seite 13 größer ist als die Seitenlänge des Quadrats. Insgesamt sind die rechteckigen Elemente 11 jeweils so angeordnet, daß sie mit einer längeren Seite 12 am quadratischen Element 10 anliegen, wobei eine kürzere Seite 13 mit der angrenzenden Seite des Quadrats 10 fluchtet. Die Elemente 10 und 11 können wiederum Brennstäbe mit kreisförmigem Querschnitt in einem entsprechenden rechteckigen Raster umfassen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind in quadratischen Modulen C quadratische Elemente 20 von jeweils vier gleichen rechtwinkligen Dreiecken 21 eingeschlossen. Die längere Kathete 22 der Dreiecke 21 ist um die Länge des Quadrats 20 größer als die Länge der kürzeren Kathete 23. Die Dreiecke 21 liegen mit der längeren Kathete 22 am Quadrat 20 an,und zwar so, daß die kürzere Kathete 23 wieder mit der anschließenden Seite des Quadrats 20 fluchtet.

Bei den vorstehenden Betrachtungen ist der Elementquerschnitt mathematisch vereinfacht betrachtet worden. Die Fig. 1 zeigt jedoch, daß die Elemente aus Gründen der Herstellbarkeit an einzelnen Stellen, insbesondere im Bereich der Ecken, von der idealen, d.h. mathematischen Form abweichen können, ohne daß damit die technische Lehre der Erfindung verlassen wird.

4 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims

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Patentansprüche

Θ-

(y. Heterogener Kernreaktor mit einem Reaktorkern, der an einzelnen länglichen Elementen mit polygonalem Querschnitt zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß um ein Element (1) mit regelmäßig polygonalem Querschnitt der Seitenzahl entsprechende polygonale Elemente (2) mit einem anderen Querschnitt so angeordnet sind, daß sie zusammen mit dem ersten Element (1) ein Modul (A) bilden, das flächendeckend aneinander zu setzen ist (Fig. 1).
2. Heterogener Kernreaktor mit Elementen mit sechseckigem Querschnitt, dadurch gekenn- zeichnet, daß um jeweils ein Element (1) mit regelmäßig secheeckigem Querschnitt sechs Elemente (2) gruppiert sind, deren Querschnitt nur in der an dem ersten Element (1) anliegenden Seite (5¹) und der gegenüberliegenden Seite (5¹) mit der Kantenlänge (5) des regelmäßigen Querschnittes übereinstimmt (Fig. 1).
3. Heterogener Kernreaktor nach Anspruch 1 mit Elementen quadratischen Querschnittes, dadurch gekennzeichnet, daß um das quadratische EIe- ment (10) vier gleiche Elemente (11) mit einem rechteckigen Querschnitt gruppiert sind, dessen längere Sei te (12) UE die Länge der kürzeren Seite (13) größer als die Seitenlänge des Quadrates (10) ist (Fig. 2).
4. Heterogener Kernreaktor nach Anspruch 1 mit Elementen quadratischen Querschnittes, dadurch ge kennzeichnet, daß un das quadratische Ele ment (20) vier gleich· Elenente (21) mit dem Querschnitt tines rechtwinkligen Dreieckes gruppiert sind, d«ss«n länger« Kathet· (22) um die Länge des Quadrates (20) länger als die kürzer« Kathete (23) ist und am Quadrat (20) anliegt.

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