Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - 1960, H. 24 - Tungvattenmodererade kraftreaktorer — förslag till principutformning, av Gunnar Andersson, Arthur Dahlgren och Bernt Hargö
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
Tabell 1. Effektuttag ur en tungvattenshärd
med bränslestavarna lika belastade och
likformigt fördelade över härden
Stav- Termiskt Strömnings- Tryckfall
diameter effektuttag hastighet hos över
kylmediet härden
mm MW m/s bar
7 2 350 4,3 0,4
10 1 150 2,1 0,1
15 510 0,9 <0,1
20 290 0,5 <0,1
25 185 0,3 <0,1
före en yteffekt av 600 W/cm3, i trånga
bränslekanaler redan vid halva detta värde.
Transportmöjligheten för vatten genom härden
utvisas av tryckfallet i denna. Det utgör en god
indikation på härdens termiska och
liydrome-kaniska grad av ansträngning liksom på
behovet av termiska säkerhetssystem.
Som exempel kan anges förhållandena för en
cylinderformad härdvolym av ca 45 m3, där
bränslet, 20 t uranoxid, är placerat över hela
härdtvärsnittet i likformigt gitter som i
lätt-vattenshärden (tabell 1). Kylmediet är tungt
vatten, som strömmar mellan de vertikala
stavarna och samtidigt utgör moderator.
Kylmediets temperaturstegring under passagen genom
härden är väld till 15° C. För att belysa de
värmetekniska möjligheterna har antagits, att
allt bränsle har en och samma termiska
belastning som valts i enlighet med dagens praxis.
Även i det extrema alternativet med 7 mm
uranoxidstavar blir upptryckskraften på
bränslet ej större än att den ungefär uppvägs av
bränslets egenvikt. Värmeeffekten per ytenhet
av bränslestavarna blir ca 180 W/cm3, vilket
innebär betryggande marginal mot
ångfilms-bildning och ångblockering.
Den homogeniserade tungvattenshärden
närmar sig den ur termisk och mekanisk
synvinkel ideala homogena reaktorhärden, i vilken
bränslet är uppslammat eller löst i
moderatorn. Normala förekommande krav på
vattenfördelning eller mekaniska toleranser hos
härdkonstruktionen reduceras eller försvinner
nästan helt. Extremt höga effektuttag är
värmetekniskt inom räckhåll.
Neutronekonomi
En ökad homogenisering av reaktorhärden
kommer givetvis att ändra dess fysikaliska
egenskaper. Man får sålunda i allmänhet en
Tabell 2. Effektiv resonansintegral för
uran-dioxidstavar
Stavdiameter Effektiv resonansintegral
mm barn
7 ....................................................26,3
10 ....................................................22,7
15 ....................................................19,4
20 ....................................................17,4
25 ....................................................16,0
minskning av den snabba fissionsfaktorn, av
den termiska neutronläckningen ocli av den
parasitiska absorptionen i moderatorn samt en
ökning av resonansabsorptionen. De tre första
effekterna tycks i praktiska fall vara rätt små
och till stor del balansera varandra. En ökad
spridning av bränslet behöver sålunda inte
medföra någon större ändring av
neutronförlusterna. Ytterlighetsfallet, den helt homogena
tungvattensreaktorn har ju också bättre
fysikaliska förutsättningar för termisk breeding än
någon annan reaktor.
För närvarande är man dock av flera skäl
hänvisad till kapslat naturligt eller eventuellt
svaganrikat uranbränsle i form av stavar eller
plattor av oxid eller metall.
Resonansabsorptionen i sådant bränsle är i stort sett
proportionell mot den effektiva resonansintegralen.
För uranoxidstavar varierar denna med
diametern (tabell 2). Bränslets medeltemperatur
är 750°C.
Genom att placera bränslet i kluster så att
stavarna skuggar varandra kan man få ned
resonansintegralen. I aktuella förslag till
ledrörs-reaktorer med 10—15 mm stavar förekommer
t.ex. värden omkring 15 barn.
Ett likformigt gitter av dessa stavar har
sålunda, om man bortser från att en viss
skuggning finns även i detta fall, ett par tiotal
procent större resonansintegral. Detta
kompenseras dock till stor del av jämnare
neutronfördelning i resonansområdet, så att moderatorn
utnyttjas bättre för nedbromsning.
Nettoskillnaden i resonansabsorption torde därför i
praktiska fall bli så liten att den lätt kan upphävas
genom en ökning av moderatorvolymen eller
genom svag anrikning. Vid en homogenisering
av härden elimineras dessutom den interna
flödesvariationen i stavknippet varigenom man
får fördelaktigare långtidsvariation och högre
medeleffekt ur bränslet liksom jämnare
utbrän-ning.
En möjlighet att uppnå skuggningseffekt utan
att bränslet förlorar kontakten med
moderatorn är att samla bränslet i skikt, fig. 2.
Preliminära undersökningar (mätningar saknas
ännu) tyder på, att man genom en sådan
konfiguration kan förbättra möjligheten att
använda naturligt uran som bränsle i
kraftreaktorer. I alla de liär aktuella fallen torde
emellertid en svaganrikning bli ekonomiskt
motiverad. Den eventuella tillförseln av klyvbart
material utöver halten i naturligt uran torde
dock bli betydligt mindre än för motsvarande
lättvattensreaktor. På längre sikt blir dessutom
sådana svaganrikade tungvattensreaktorer mer
än självförsörjande med anrikningsmaterial.
Plutoniummängden från en bränd laddning
räcker nämligen till för anrikningsersättning
i nya laddningar, en konsekvens av att
tung-vattenmodereringen möjliggör ett högt
konversionsförhållande och att plutonium har stort
absorptionstvärsnitt.
En speciell egenskap hos en homogeniserad
tungvattensreaktor är härdens flexibilitet.
Denna kan man utnyttja bl.a. för att åstadkomma
TEKNISK TIDSKRIFT 1 960 H. 20 273
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
