bericht forschungs· und entwicklungsarbeiten im jahre ... - Bibliothek

einem Gesamtabschlußbericht zusammengefaßt
(4057).
Wichtigste Ziele der FR 3-Feasibilitystudie waren die
Erarbeitung eines ersten konsistenten Reaktorentwurfs
mit prinzipiellen technischen Lösungen für die
zum Teil neuartigen Komponenten eines schnellen
Hochflußtestreaktors mit großen Testloops, eine
möglichst sorgfältige und detaillierte Ermittlung der
Investitions- und Betriebskosten und eine Diskussion
der Rolle des FR 3 im Rahmen der Schnellbrüterentwicklung
nach 1980. Diese Ziele konnten im wesentlichen
erreicht werden. Es hat sich vor allem gezeigt,
daß die vorgegebenen Auslegungsziele für den FR 3
sich auf der Basis der Entwicklung der Brüterprototypen
im Prinzip technisch realisieren lassen. Ohne
Zweifel stellt ein solcher Hochflußtestreaktor wie der
FR 3 jedoch eine Spitzentechnik auf dem Gebiet der
schnellen Reaktoren dar. Viele der hierfür durchzuführenden
Entwicklungen würden auch wieder der
Leistungsreaktorentwicklung zugute kommen.
Die wichtigsten Schwerpunkte der FR 3-Feasibilitystudie
lagen auf folgenden Gebieten:
Die Erarbeitung einer befriedigenden konstruktiven
Lösung für die sehr beengten Raumverhältnisse
über dem Reaktorkern
- eine möglichst genaue Abschätzung der Auswirkungen
des Strukturmaterialschwellens auf den
Core-Entwurf, die Kernverspannung und die
Brennelementstandzeit
die Untersuchung der Beanspruchungen und Verformungen
der großen Testloops in der Treiberzone
durch hohe Strahlungs- und Temperaturbelastungen
die Ermittlung der Neutronenflußverteilung, der
Abbrandkenngrößen und der notwendigen Reaktivitätshübe
für die Regel- und Abschaltsysteme
- die Berechnung der Void- und Temperaturkoeffizienten,
insbesondere der Core-Verbiegungskoeffizienten
- erste überlegungen zur Sicherheit des FR 3, insbesondere
Untersuchungen, die sich im Zusammenhang
mit einem gasgekühlten Zentralloop in einer
natriumgekühlten Treiberzone stellen
Vorentwürfe für die Brennelement- und Loopwechseleinrichtu
ngen
- die Erarbeitung einer möglichst optimalen Konzeption
für die Gesamtanordnung der Reaktoranlage
und schließlich
die Ermittlung der Brennstoffzyklus-, Betriebsund
Anlagekosten. Dazu mußten der Reaktor, die
Wärmeübertragungssysteme, die Handhabungssysteme,
die Neben- und Hilfsanlagen, Gebäude
usw. spezifiziert werden.
An dieser Stelle können nur einige der wichtigsten
Ergebnisse zusammengefaßt werden.
1. Bei der Auslegung der Treiberzone wird zwischen
Brennelementen für die erste Flußstufe mit einem
max. Neutronenfluß von 1,0'10 16 n/cm 2 sec und
der zweiten Stufe mit dem Zielfluß von 1,5'10 16
n/cm 2 sec unterschieden. Für die Treiberzone der
ersten Ausbaustufe wurde Mischoxidbrennstoff
vorgesehen und eine konventionelle Brennelementkonstruktion,
die eine möglichst geringe Extrapolation
von den Brüter-Prototyp-Brennelementen
darstellt. Die thermische Reaktorleistung der
ersten Ausbaustufe beträgt 541 MW am Zyklusbeginn
und 475 MW am Zyklusende. Die zweite Ausbaustufe
mit dem Zielfluß von 1,5'10 16 n/cm 2 sec
kann nicht unmittelbar erreicht werden, da entsprechende
Treiberbrennelemente in den existierenden
schnellen Bestrahlungsreaktoren nicht voll
ausgetestet werden können. Die relativ größten
Aussichten zur Erzielung eines Neutronenflusses
von 1,5 '10 16 n/cm 2 sec haben zum gegenwärtigen
Zeitpunkt Cermet-Brennstäbe mit normalen Gefügen
und höherem Metallgehalt, wie z. B. ein
Chrom-Cermet. Die thermische Reaktorleistung
der zweiten Ausbaustufe beträgt mit Chrom-Cermet-Brennstäben
611 MW am Zyklusbeginn bzw ..
532 MW am Zyklusende. Eine Art back-up-Lösung
für den hohen Fluß stellt ein Treiberbrennelement
mit Ringspaltbrennstäben dar, wie sie im Euratom-Transurane
Institut in Karlsruhe entwickelt
werden und die auch für Oxid-Leistungsbrüter von
besonderem Interesse sind.
2. Es wurde eine niedrige Natrium-Eintrittstemperatur
in der Treiberzone gewählt, um bei nach oben
begrenztem Druckverlust eine möglichst hohe Leistungsdichte
abführen zu können. Das brachte
außerdem den wichtigen Vorteil, daß durch niedrige
Kühlmitteltemperaturen das Strukturmaterialschwellen
im unteren Coredrittel fast ganz unterdrückt
wird. Dadurch konnte eine Verspannungsebene
nahe der Coremittelebene angeordnet werden.
Das bedeutet für den FR 3 durchweg negative
Strukturverbiegungskoeffizienten. Auf der anderen
Seite entsteht durch eine niedrige Kühlmittel-Eintrittstemperatur
eine hohe Aufheizspanne und damit
müssen thermische Beanspruchungen und Ausbiegungen,
insbesondere aber hohe Temperaturschocks
beim Scram beherrscht werden. Erste Untersuchungen
zeigen, daß dies möglich sein wird.
3. Unter Berücksichtigung des StrukturmaterialschweIlens
ist voraussichtlich ein lokaler Spitzenabbrand
in der Treiberzone von etwa
100.000 MWd/t möglich. Nicht berücksichtigt ist
dabei das erst in jüngster Zeit ins Blickfeld kommende,
relativ hohe strahlungsinduzierte Materialkriechen
bei hohen schnellen Neutronendosen. Die
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