<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
"R3ACT3UR NUCLEAIRE"
L'invention est relative à la construction d'un réac- teur nucléaire dans lequel, contrairement aux réalisations habituel- les, l'évacuation de l'énergie calorifique dégagée par les matières combustibles nucléaires s'effectue sans moyen de refroidissement, les éléments combustibles n'étant pas exposés à l'action de gaz ou de liquides.
La puissance développée par les usines atomiques ou par les réacteurs atomiques dépend dans une large mesure du degré d'activité thermique atteint par les réacteurs et est, jusqu'à pré- sent, limitée par l'impossibilité de pousser les réacteurs jusqu'aux hautes températures souhaitables. Jusqu'ici, les températures de ser- vice ne peuvent pratiquement dépasser les 450 , pas plus dans les
<Desc/Clms Page number 2>
réacteurs à refroidissement par eau que dans ceux à refroidissement par gaz et, en plus, dans ceux-ci, il faut, par l'insertion d'échan- souris de température, prévenir la contamination radioactive du cir- cuit primaire de refroidissement, ce qui se traduit par un accroisse- ment de la perte d'énergie.
Essentiellement, la limitation de la tem- pérature trouve sa raison dans le manque de stabilité thermique des éléments combustibles actuellement utilisés que ce soit par suite d'un trop bas point de transformation ou de fusion ou que ce soit par sui- te d'une trop faible résistance à la corrosion des matières d'enroba- ge utilisées, à l'égard de l'agent de refroidissement. Enfin, la pres- sion de vapeur de l'agent de refroidissement impose également cer- taines limites, actuellement encore relativement étroites, à la tem- pérature du réacteur.
Nombreuses sont les tentatives de réalisation d'élé- ments combustibles ou de construction de réacteurs en vue d'atteindre des températures de service supérieures, en valeur absolue, à 400 .
On a ,dans ce but, tenté de remplacer les éléments combustibles mé- talliques par d'autres à base de combinaisons de matières non-.étal- liques comme carbures, oxydes etc., et également envisagé l'emploi de métaux fondus comme agents de refroidissement sans que, cependant, des solutions techniquement certaines aient été obtenues à ce point de vue.
D'après la présente invention est tracée une nouvelle voie caractérisée en ce que tombe, pratiquement complètement, l'obli- gation d'emploi d'un agent de refroidissement on contact direct avec l'élément combustible et par conséquent fatalement avec la matière nucléaire.
Un réacteur conforme à la présente invention est carac- térisé en ce que l'évacuation de la chaleur de la matière nucléaire
<Desc/Clms Page number 3>
vers le circuit primaire de refroidissement, lequel est déjà pré vu dans tout réacteur, s'effectue essentiellement par rayonnement. Dans la pratique de la présente invention, la température superficielle de la matière combustible peut, quels que soient le genre, la stabi- lité la sensibilité au rayonnement, etc d'un agent de refroidisse- ment, être rendue entièrement utilisable pour le rendement énergéti- que, lorsque la matière nucléaire combustible ou l'élément combusti- ble sont entourés à une distance convenable par un récipient qui éva- cue le rayonnement calorifique et est maintenu,
par un refroidisse- ment agissant de 1'extérieur, à des températures appropriées à la ma- tière active utilisée. Par exemple, le coeur du réacteur peut être construit selon le principe d'un four à grand vide, dans lequel l'é- lément combustible est enfermé dans un récipient sur l'extérieur du- quel est disposé un système de tubes en serpentin parcourus par un courant d'eau. Cette forme de réalisation peut facilement s'adapter pour l'emploi d'eau comme agent de refroidissement sans risque du danger d'irruption de l'eau à l'intérieur du réacteur puisque cette eau de refroidissement se trouve à l'extérieur du récipient contenant , la matière nucléaire combustible.
Les tubes en question peuvent d'ail- leurs être conçus comme tubes à ébullition'de telle sorte que des températures, par exemple de 700 , puissent être admises et au-delà par le système de refroidissement.
Etant donné que, conformément à l'invention, la matiè- re combustible elle-même ne doit plus être au contact d'un agent de refroidissement, il est désormais possible d'utiliser cette matière à l'état fondu, donc par conséquent d'utiliser un métal liquide com- :ne élément combustible lequel éventuellement fond par la chaleur du processus de fission et reste à l'état fondu pendant le fonctionne- ment du réacteur.
De ceci découle l'important avantage d'un certain auto-nettoyage puisque les produits de fission non gazeux s'accumule- ront à la surface du bain de fusion tandis que les éléments gazeux s'évacueront. @
<Desc/Clms Page number 4>
De façon, tout-à-fait générale, la confection des éléments combustibles est réellement plus simple dans le cas d'un réacteur conforme à l'invention que dans un réacteur travaillant avec ajent de refroidissement et pour lequel une enveloppe sûre et de longue durée de l'élément combustible exige des moyens techniques considé- rables.
On peut, par exemple, arriver à une forme de réalisation simple d'un réacteur conforme à la présente invention en utilisant comme "élément combustible" un corps à forme en matériau modérateur,, en Graphite notamment, imprégné du matériau fissile.
Un autre avantage de la réalisation d'un réacteur conforme à l'invention consiste dans la simplification de la préparation de la matière combustible utilisé. Par suite de la construction simple des éléments combustibles, la matière combustible peut être évacuée ou remplacée d'une manière simple et relativement sans danger. La mise en oeuvre se présente de façon particulièrement favorable lors- qu'il s'agit de petits modèles de réacteurs pour lesquels le réci- pient entourant le combustible est fabriqué et mis en oeuvre avec celui-ci.
La réalisation fondamentale d'un réacteur conforme à l'in- vention est schématiquement indiquée à la figure 1 dans laquelle, pour une meilleure compréhension sont seules représentées les par- ties essentielles du réacteur.
Dans la figure I, 11 représente le récipient entourant le noyau proprement dit du réacteur, récipient par exemple constitué de tôle d'acier et qui peut être hermétiquement fermé par le couvorcle 12. Ce couvercle 12 est à double paroi et contient la chambre de re- froidissement 13, tandis que l'enveloppe 11 est pourvue des tubes de refroidissement 14 disposés sur sa surface extérieure. A l'intérieur du récipient 11 se trouve le noyau proprement dit 15 du réacteur, noyau contenant la matière nucléaire combustible.
Le noyau du réacteur @
<Desc/Clms Page number 5>
peut librement rayonner dans l'espace entouré par 11 puisque ce der- nier ne contient aucun moyen spécifique de refroidissement et peut, éventuellement, se trouver sous pression réduite. Ainsi s'ensuit, conformément à l'invention, la transmission pratiquement intégrale de l'énergie calorifique prenant naissance dans le noyuu, par simple rayonnement,dans le liquide de refroidissement circulant dans les tubes 14.
Complémentairement, la figure 2 montra un élément com- bustible tel qu'il s'est révélé convenir pour le but de l'invention.
Le corps à forme 21 est constitue de graphite et fonctionne comme modérateur. Il est muni d'un logement 22 et éventuellement de rainu- res 23 qui contiennent la matière nucléaire fondue. A la- surface de celle-ci se forme une couche de laitier ou de produits de fission solides qui se séparent continuellement de la matière fissile et fa- cilitent la séparation des produits nuisibles. Il faut encore noter en plus que également les produits gazeux de fission peuvent sortir de la matière combustible par la surface de la couche de laitier.
<Desc / Clms Page number 1>
EMI1.1
"NUCLEAR R3ACT3UR"
The invention relates to the construction of a nuclear reactor in which, contrary to the usual embodiments, the evacuation of the heat energy released by the nuclear fuel materials is carried out without cooling means, the fuel elements not exposed to the action of gases or liquids.
The power developed by atomic factories or by atomic reactors depends to a large extent on the degree of thermal activity achieved by the reactors and is, until now, limited by the inability to push the reactors to high levels. desirable temperatures. So far, the operating temperatures can hardly exceed 450, not more in the
<Desc / Clms Page number 2>
water-cooled reactors than in gas-cooled ones and, in addition, in these, it is necessary, by the insertion of temperature samples, to prevent radioactive contamination of the primary cooling circuit, this which results in increased energy loss.
Essentially, the temperature limitation is due to the lack of thermal stability of the fuel elements currently used, whether as a result of too low a transformation or melting point or as a result of a too low corrosion resistance of the coating materials used with regard to the coolant. Finally, the vapor pressure of the coolant also imposes certain limits, currently still relatively narrow, on the temperature of the reactor.
Numerous attempts have been made to produce fuel elements or to construct reactors with a view to reaching operating temperatures above 400 in absolute value.
For this purpose, attempts have been made to replace metallic fuel elements with others based on combinations of non-metallic materials such as carbides, oxides etc., and also considered the use of molten metals as agents. cooling without, however, technically certain solutions having been obtained from this point of view.
According to the present invention a new path is traced, characterized in that the obligation to use a cooling agent falls practically completely to direct contact with the fuel element and therefore fatally with the nuclear material. .
A reactor according to the present invention is characterized in that the removal of heat from the nuclear material
<Desc / Clms Page number 3>
towards the primary cooling circuit, which is already provided for in any reactor, is carried out essentially by radiation. In the practice of the present invention, the surface temperature of the combustible material may, regardless of the kind, the stability, the sensitivity to radiation, etc. of a coolant, be made fully usable for energy efficiency. - that when the nuclear fuel material or the fuel element is surrounded at a suitable distance by a receptacle which evacuates heat radiation and is maintained,
by cooling from the outside, to temperatures appropriate to the active material used. For example, the reactor core can be constructed according to the principle of a high vacuum furnace, in which the fuel element is enclosed in a receptacle on the outside of which is arranged a system of serpentine tubes traversed. by a stream of water. This embodiment can easily be adapted for the use of water as a cooling agent without the risk of the danger of water entering the interior of the reactor since this cooling water is located outside the vessel. containing, combustible nuclear material.
The tubes in question can moreover be designed as boiling tubes so that temperatures, for example 700, can be allowed and above by the cooling system.
Since, according to the invention, the combustible material itself must no longer be in contact with a cooling medium, it is now possible to use this material in the molten state, and therefore therefore d use a liquid metal as a fuel element which eventually melts by the heat of the fission process and remains in a molten state during operation of the reactor.
From this arises the important advantage of some self-cleaning since the non-gaseous fission products will accumulate on the surface of the molten bath while the gaseous elements are evacuated. @
<Desc / Clms Page number 4>
In a quite general way, the preparation of the fuel elements is really simpler in the case of a reactor according to the invention than in a reactor working with a cooling element and for which a safe and long-lasting envelope. of the fuel element requires considerable technical resources.
It is possible, for example, to arrive at a simple embodiment of a reactor in accordance with the present invention by using as a “fuel element” a shaped body made of moderating material, in particular graphite, impregnated with the fissile material.
Another advantage of producing a reactor in accordance with the invention consists in the simplification of the preparation of the fuel material used. Due to the simple construction of the fuel elements, the fuel material can be removed or replaced in a simple and relatively safe manner. The implementation is particularly favorable in the case of small models of reactors for which the vessel surrounding the fuel is manufactured and used with the latter.
The basic embodiment of a reactor according to the invention is schematically indicated in FIG. 1 in which, for a better understanding, only the essential parts of the reactor are represented.
In Figure I, 11 shows the receptacle surrounding the actual core of the reactor, eg receptacle made of sheet steel and which can be hermetically closed by the cover 12. This cover 12 is double-walled and contains the re-chamber. - cooling 13, while the casing 11 is provided with cooling tubes 14 arranged on its outer surface. Inside the vessel 11 is the actual core 15 of the reactor, which core contains the combustible nuclear material.
The core of the reactor @
<Desc / Clms Page number 5>
can freely radiate in the space surrounded by 11 since the latter does not contain any specific cooling means and can, if necessary, be under reduced pressure. Thus follows, in accordance with the invention, the practically complete transmission of the heat energy originating in the nucleus, by simple radiation, in the cooling liquid circulating in the tubes 14.
Complementarily, Figure 2 shows a fuel element such as has been found to be suitable for the purpose of the invention.
The shaped body 21 is made of graphite and functions as a moderator. It is provided with a housing 22 and possibly with grooves 23 which contain the molten nuclear material. On the surface thereof a layer of slag or solid fission products forms which continuously separates from the fissile material and facilitates the separation of harmful products. It should also be noted in addition that also the gaseous fission products can exit from the combustible material through the surface of the slag layer.