BE526793A

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Publication number: BE526793A
Authority: BE
Publication date: 1900-01-01

Description


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   PERFECTIONNEMENT DU REACTEUR A NEUTRONS HETEROGENE. 



   La présente invention se rapporte aux réacteurs nucléaires, et plus spécialement aux moyens de transmission de châleur de la matière fissile à un convertisseur de châleuro L'invention comprend des moyens pour faire circuler la matière fissile dans un circuit fermé; la matière passe, alternativement, par une région à   l'intérieur   d'une pile où la fission s'ef-   féctue.   et par un échangeur de chaleur, où la matière est refroidie avant de retourner dans la pile. 



   C'est une des caractéristiques de l'invention, dans un de ses aspects, d'utiliser la matière fissile sous la forme d'un câble, d'une chatne, ou d'un grand nombre de bandes minces, formant un câble, une chaîne sans fin. Au lieu d'un câble sans fin nous envisageons aussi tout tuble flexible sans fin, contenant la matière fissionnable sous une   fozme   quelconque, comme une poudre métallique p.e. Dans une autre   fozme   de l'invention, on utilise un grand nombre de bandes minces qui consistent alternativement de matière fissionnable, et d'un matériel tolérable du point de vue nucléaire et thermique, comme le glucinium métallique p.e. 



   Dans une autre forme de l'invention, la matière fissionnable est utilisée comme une poudre libre, sous une forme telle qu'elle peut ruisseler, de façon à ce qu'elle peut accomplir un circuit fermé. Dans une autre forme de l'invention, la matière fissionnable poudrée est entraînée par un courant d'un gaz inerte. 



   Nous décrirons maintenant quelques formes de réalisation de la présent invention, à l'aide des schémas adjoints, dans lesquels Fig. 1 représente un réacteur   à   neutrons hétérogène utilisant de la matié- re fissionnable sous forme de chaînes métalliques sans fin; Fig. 2 représente un réacteur à neutrons hétérogène utilisant de la matiè- re fissionnable sous la forme d'une poudre. 

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   Nous référant à la figo 1, un grand nombre de chaînes sans fin 1, fabriquées d'uranium métallique se trouvent à l'intérieur d'un conduit sans fin 2. à section carrée, dont les parois sont indiquées par 3. Les chaînes 1 sont guidées et supportées par des roues dentées 4; ces roues sont mises en train par des moyens non-indiqués; elles induisent les chai- nes à circuler., 
Les chaînes 1 sont dispersées en fonction de leur taux de l'iso- tope d'uranium 235 que le système au dehors de la pile est au dessous de la limite critique de la réaction à chaîne nucléaire. 



   La pile qui se trouve dans le circuit se compose d'un modéra- teur 5. comme le graphite  dans lequel se trouvent des conduits 6, par les- quels passent les chaînes la La plus grande partie de la fission nucléaire et du développement de chaleur se passe à l'intérieur de la pile. 



   Des conduits 7 et 8 pour l'entrée et la sortie du gaz de re- froidissement, p.e. le   hélium,,,   l'hydrogène ou le dioxyde de carbone., sont réunis au conduit sans fin 2 des deux côtés de la pile 5 ; celle-ci a l'effet d'un tampon par rapport à la circulation du gaz ; ainsi une circulation de gaz est obtenue, suivant les points indiqués 7, 2, 8. Les chaînes 1 cir- culent en sens opposé à celui du gaz. 



   Dans l'arrangement que nous décrivons à titre d'exemple, la chaleur est transmise de la partie du système à l'intérieur de la pile vers la partie à l'extérieur de la pile, mais à l'intérieur du conduit 2, par le métal en mouvement lui-même; comme celui-ci se trouve à une température élevée à l'intérieur de la pile,et comme sa capacité de chaleur est consi- dérable, cette transmission de chaleur sera considérableo Ensuite la cha- leur est transmise de la très grande superficie des chaînes dans la partie 2 du conduit au gaz de refroidissement, comme le hélium,,   1-'hydrogène,   ou le dioxyde de carbone. Ensuite, ce gaz à température élevée peut être utili- sé dans un circuit fermé extérieur (non dessiné) à actionner un turbo-gé- nérateur p.e. 



   Dans un réacteur industriel basé sur le diagramme de la fig. 1 et construit pour fonctionner à 500.000 kilowatts, p.e., 30 x 30 conduits   6 dans le modérateur 5 logeront 900 chaînes ou câbles d'un diamètre d'environ 4 cm. Si les chaînes ont une vitesse d'un mètre par seconde , 10 6cm   de métal passeront par la pile par seconde,, dont la capacité de chaleur se monte à 6 x 105 calo/sec degréo Pour une élévation de température de 400 C, une quantité de chaleur de 24 x 107 cal/sec ou 106 kilowatts peut être en- levée de la piles et transformée en travail utileo Si le cycle extérieur est opéré à une température d'entrée des gaz de 5000 C, et une température de sortie de 100 C, l'efficacité thermodynamique est égale à 0,5, et nous pouvons nous attendre à une puissance de 5000000 kilowatts.

   Il semble bien possible d'obtenir une puissance quelques fois plus grande, en utilisant une vitesse des chaînes ou une température à l'intérieur de la pile plus élevées. 



   Nous considérons maintenant la figure 2. Le réacteur se compo- se d'un modérateur   28   de graphite p.e., percé par des canaux verticaux; dans ces canaux, il y a des   tubes.,en   aluminium p.e., 27o Le modérateur 28 repose sur un grand échangeur de chaleur 250 
Au-dessus du modérateur 28 il y a un grand réservoir 34, auquel le matériel fissionnable 26 en poudre est amené; ensuite ce matériel 26 ruisselle en bas par les tubes 27, passe ensuite par les allongements 29 de ces tubes à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 25 ; ces allongements por- tent des ailettes de refroidissement 30 ; après avoir quitté les allongements 29, le matériel fissionnable est transporté au réservoir 34, où il peut recommencer son cycle.

   Quand le matériel fissionnable est à l'intérieur des tubes   27  à l'intérieur du modérateur, il subit la fission nucléaire, 

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 la température du matériel fissionnable s'élève, à 500 C. p.e. Quand le matériel fissionnable se trouve à l'intérieur des allongements 29 à l'in- térieur de l'échangeur de chaleur, il est refroidi, disons à 100 C. L'é- changeur de chaleur 25 porte une entrée 32 et une sortie 33 pour le gaz re- froidissant 31. La chaleur emportée par ce gaz peut être transformée en énergie   utileo  
Si le matériel fissionnable dans les tubes   27   et dans les al- longements 29 à une vitesse de 1 mètre par seconde, nous pouvons répéter notre calcul de la puissance, et nous arrivons au même résultat, c.à.d. 



     500.000   kilowatts pour une pile de dimensions normales. 



   Les dispositifs de la figure 1 et 2 sont donnés à titre d'exemple ; l'invention présentée ici se rapporte à tout réacteur dans lequel le matériel fissionnable se meut à travers les canaux à l'intérieur du réacteur. 



   Tout réacteur construit en accord avec l'invention a nécessairement besoin d'une quantité de matériel fissionnable dans le circuit hors de la pile; mais ceci implique l'avantage d'une période plus longue durant laquelle le réacteur pourra fonctionner avant d'être empoisonné. En outre, la circulation de la matière fissionnable facilite le remplacement du matériel fissionnable et l'extraction des produits de fission.

Claims

RESUME.

L'invention que nous présentons ici est caractérisée par le fait que la matière fissionnable décrit un circuit fermé, pendant lequel elle passe par les canaux dans un modérateur; elle s'y échauffe, à cause de la réaction nucléaire; hors du modérateur, à l'intérieur d'un échangeur de chaleur, elle est refroidie. C'est donc la matière fissionnable ellemême qui, par son mouvement, emporte la chaleur de la réaction nucléaire; elle transporte cette chaleur des canaux à l'intérieur du modérateur à un échangeur de chaleur; ici la chaleur est enlevée au matériel fissionnable et reçue par le gaz de refroidissement; enfin, dans un circuit extérieur, cette chaleur est transformée en d'autres formes d'énergie, en énergie électrique par exemple. Les avantages sont les suivants 1).

De très grandes quantités de chaleur peuvent être enlevées à la pile, sans l'utilisation de métaux à l'état liquide (qui sont difficiles à manipuler), et sans utiliser de l'eau (ce qui limite la température maxima, ce qui nuirait à l'efficacité thermodynamique de la transformation de la chaleur en travail utile).

Un simple calcul montre que notre invention permet d'enlever 1.000.000 kilowatt à une pile de dimensions normales, ou même plus.

2). Notre invention permet de réaliser une haute efficacité (0,5 p.e.) pour la transformation de la chaleur en travail utile.

3). Notre invention prolonge la durée de fonctionnement de la pile avant l'empoisonnement se fait sentir.

4). Notre invention permet de remplacer la matière fissionnable par une manipulation simple.

5). Dans certaines réalisations de notre invention, poe. celle représentée dans la figure 2, la matière fissionnable ne doit pas être gainée. En annexe 2 dessins.