Brennelement für heterogene Atomreaktoren In heterogenen oder quasi homogenen Atom reaktoren ist der Spaltstoff innerhalb von Brenn stäben angeordnet, die insbesondere bei Flüssigkeits kühlung von einem Schutzmantel aus einem nur wenig Neutronen absorbierenden korrosionsbeständi gen, normalerweise metallischen Material (z. B. Zir- caloy oder rostfreier Stahl) umgeben sind.
Eine An zahl von derartigen Brennstäben ist jeweils zu einem Brennelement zusammengefasst und kann in dieser Form in den aus einer grösseren Anzahl solcher Brennelemente bestehenden Reaktorkern eingesetzt bzw. wieder herausgenommen oder ausgewechselt werden.
Dabei ist es erforderlich, dass der zwischen den Brennstäben jedes einzelnen Elementes verbleibende Raum auch während der thermischen Beanspruchung durch den Reaktorbetrieb: gleich bleibt, damit keine Störung im Kühimitteldurchfluss und damit in den Abkühlungsverhältnissen der einzelnen Brennstäbe eintritt.
Bei anderen heterogenen Kernreaktortypen, bei denen die Brennelemente in einzelnen Kühlkanä len angeordnet sind, wurde schon vorgeschlagen, die einzelnen Brennstäbe eines Elementes nur an einem Ende festzuhalten und das andere Ende frei zu lassen, damit die Längenausdehnung der Brennele- mente bei steigender Arbeitstemperatur ungehindert vor sich gehen kann.
Die gegenseitigen Abstände der einzelnen Brennstäbe werden dabei durch in mannib facher Anordnung einzeln einsetzbare Abstandshal- ter, die unter Umständen auch fest mit dem Brenn element zusammenhängen können, gewährleistet.
Allen bekannten Brennelementen ist gemeinsam, dass die einzelnen Brennstäbe wenigstens mit ihrem einen Ende an einer gemeinsamen Stabhalteplatte befestigt sind. Oftmals wird auch die Anordnung an getroffen, dass sämtliche Brennstäbe an je einer Stab halteplatte an beiden Enden des Elementes starr be- festigt sind. Für die Kühlung dieser Brennelemente sind die Stabhalteplatten noch mit Bohrungen für den Durchtritt des Kühlmittels versehen.
Da jedoch aus rein konstruktiven Gründen nicht über einen verhältnismässig beschränkten Querschnitt dieser Bohrungen an den Stabhalteplatten hinausge gangen werden kann, stellen diese einen erheblichen Strömungswiderstand dar. Hohe Strömungswider stände in Kernreaktoren bedingen aber erhöhte Pum penleistungen für den Kühlinittelumlauf und damit auch erhöhte Drücke.
Die vorliegende Erfindung verringert diese Nach teile. Sie betrifft ein Brennelement mit auswechsel baren, in einer Stabhalteplatte gehalterten Brennstä ben für Atomreaktoren.
Erfindungsgemäss sind mindestens zwei Stabhalte- platten mit Abstand voneinander angeordnet, von denen jede etwa die halbe Anzahl der Brennstäbe trägt und ist in einer oder mehreren zu den Stab halteplatten parallelen Ebenen ein Gitter aus fest miteinander verbundenen Abstandshaltern. vorgese hen, in dem die Brennstäbe federnd und gleitend ge führt sind.
Derartige Brennelemente können vorzugsweise für flüssigkeitsgekühlte heterogene oder quasi homo gene Atomreaktoren Verwendung finden und gestat ten infolge ihrer Quersöhnittsform einen praktisch lückenlosen Aufbau des Reaktorkernes.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Fig. 1-22 näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines in verschie denen Ebenen aufgeschnittenen erfindungsgemässen Brennelementes.
Fig. 2 stellt eine Draufsicht, teilweise als Schnitt bild, des Brennelementes nach Fig. 1 dar.
Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt entlang der Be- zugslinie IH-III durch das Abstandshaltergitter. Fig. 4 zeigt eine vergrösserte Schnittansicht des Abstandshaltergitters nach Fig. 3 entlang der Be zugslinie IV-IV.
Fig. 5 'zeigt einen Querschnitt durch die Ab standshalter nach Fig. 4 entlang der Bezugslinie V-V. Fig. 6 zeigt in der gleichen Ansicht wie Fig. 4 eine abgewandelte Konstruktion der Abstandshalter. Fig.7 zeigt einen Querschnitt entlang der Be- zugslinie VII-VII der Konstruktion nach Fig. 6.
Fig. 8 zeigt einen Längsschnitt durch einen Ab standshalter gemäss Fig. 6 und 7 entlang der Be zugslinie VIII-VIII.
Fig. 9 zeigt einen Ausschnitt aus dem Abstands haltergitter ähnlich wie Fig. 3, jedoch mit einer ande ren Ausbildung der einzelnen Abstandshalter.
Fig. 10 zeigt eine Seitenansicht des Abstands haltergitters nach Fig. 9 entlang der Bezugslinie X-X. Fig. 11 zeigt einen Querschnitt durch eine Ecke des Abstandshaltergitters entlang der Bezugs linie XI XI nach Fig. 1.0 und eine spezielle Methode zur Befestigung des Abstandshaltergitters nach Fig. 9.
Fig. 12 zeigt eine teilweise aufgeschnittene Sei tenansicht eines anderen erfindungsgemässen Brenn- elementes.
Fig. 13 zeigt einen Längsschnitt durch letzteres entlang der Bezugslinie XIII-XIII.
Fig. 14 zeigt eine Draufsicht auf das Brennele- ment nach Fig. 12 mit teilweise aufgeschnittenen Partien.
Fig. 15 zeigt eine Draufsicht auf eine andere Form des Abstandshaltergitters ähnlich der Fig. 9. Fig. 16 zeigt einen Längsschnitt durch dieses an dere Abstandshaltergitter nach Fig. 15 entlang der Bezugslinie XVI XVI.
Fig. 17 zeigt in Draufsicht eine abgewandelte Form des Abstandshaltergitters.
Fig. 18 zeigt eine Draufsicht auf ein Abstands halterelement nach Fig. 17.
Fig. 19 ist eine Seitenansicht dieses Abstands halterelementes nach Fig. 18.
Fig. 20 zeigt einen Längsschnitt durch das Ele ment nach Fig. 18 entlang der Bezugslinie XX-XX. Fig. 21 zeigt eine Draufsicht auf eine Endplatte, wie sie wahlweise für ein Brennelement nach Fig. 1 oder Fig. 12 verwendet wird.
Fig. 22 zeigt in einem Ausschnitt die Lage der Brennelementenden zur Endplatte nach Fig. 21.
Wie bereits einleitend erwähnt, wird der Reak torkern aus einer Anzahl von Brennelementen, wie sie in Fig. 1 oder Fig. 12 beispielsweise dargestellt sind, gebildet. Normalerweise werden sie zu diesem Zweck zwischen einer oberen und unteren, nicht dargestellten, Tragplatte angeordnet bzw. aufge hängt. Diese Tragplatten werden im Reaktorgefäss durch konventionelle Bauelemente, wie z. B. zylin drische Bolzen, gehaltert, so dass sie zur Auswechs lung der Brennelemente verhältnismässig einfach de montiert werden können.
Diese Tragplatten enthalten eine der Zahl der Brennelemente entsprechende Anzahl von Bohrun- gen zur Aufnahme der zylindrischen Passteile 22, die an beiden Enden jedes Brennelementes angeord net sind. Innerhalb dieses Passteiles 22 befinden sich radial angeordnete Laschen 24, die beim Einsetzen oder beim Herausnehmen des Brennelementes mit dem Betätigungswerkzeug in Eingriff kommen. Die beiden zylinderförmigen Passteile 22 sind auf dem Haltegerüst 26 für die einzelnen Brennstäbe befe stigt.
Nach Fig. 1 wird dieses Haltegerüst aus einem Rahmen 30 mit den inneren Halteplatten 36 und 38 sowie den äusseren Halteplatten 32 und 34 ge bildet. Ausserdem befinden sich innerhalb des Rah mens 30 Einrichtungen zur gegenseitigen Abstands halterung der Brennstäbe 28 in Gestalt eines oder mehrerer Abstandshaltergitter 35. Für die Ausbildung des Gitters sind viele Möglichkeiten denkbar, einige davon werden in den Figuren näher dargestellt.
Der Rahmen 30 enthält als Verbindungselemente zwischen den inneren Halteplatten 36 und 38 Ver- bindungsstreben 40, die auch als geschlossene Bleche ausgebildet sein können. Zur Verringerung des Struk turmaterials im Reaktorkern müssen diese möglichst dünn gehalten werden und werden zur Erhöhung ihrer Steifigkeit zweckmässigerweise mit Sicken 42 versehen. Selbstverständlich können auch andere Mit tel zur Versteifung angewendet werden und z. B. wenigstens die Bleche 40 an den Kanten des etwa quadratischen Elementes abgewinkelt werden.
Das Material für den Rahmen 30 und die anderen Figurbauteile des Brennelementes 20 muss vor allem grosse Korrosionsbeständigkeit und neben geeigne ten mechanischen Eigenschaften auch einen geringen Neutronenabsorptionsquerschnitt besitzen.
Ein solches Material ist z. B. Zirkaloy, eine Zir- konverbindung, die durch die Firma Westinghouse entwickelt wurde. Unter Umständen kann es wirt schaftlicher sein, rostfreien Stahl, trotz seiner etwas schlechteren Neutronendurchlässigkeit zu verwenden, wenn es möglich ist, die Menge des Strukturmaterials entsprechend zu verringern und/oder das Spaltmate rial in geeigneter Weise auszuwählen und anzu ordnen.
Die mechanische Festigkeit dieser Strukturma terialien muss in Verbindung mit ihrer Formgebung dem Rahmen 30 eine derartige Festigkeit geben, dass er in der Lage ist, Druck- und Biegespannungen, die während des Reaktorbetriebes auftreten können, ohne Deformation zu widerstehen.
Aus der Draufsicht auf das Brennelement 20 in Fig. 2 ist zu sehen, dass die Endplatten 36 und 38 im wesentlichen eine quadratische Form besitzen, wobei die eine Ecke 44 etwas nach aussen verschoben ist. Dadurch ergibt sich an zwei Seiten eines jeden Brennelementes je eine Stufe 46, so dass beim Zu sammenbau der Elemente zu einem Reaktorkern zwischen den einzelnen Brennelementen Kanäle ver bleiben,
die das Eintauchen der Regelorgane in den Reaktorkern ermöglichen. Die zur Abfuhr der in den Brennstäben 28 ent stehenden Wärme benötigte Kühlmittelströmung tritt durch die zylinderförmigen Passteile 22 in das Brenn- element ein bzw. aus und wird durch eine Vielzahl von Bohrungen 48 bzw. 96 in den Platten 36 und 38 bzw. 32 und 34 gleichmässig über den gesamten Brennelementquerschnitt verteilt.
Die Bohrungen 48 bzw. 96 sind zu diesem Zweck im allgemeinen symmetrisch angeordnet, wobei die Querschnittsfläche der Bohrungen ausserdem noch von anderen Parametern wie z. B. der allgemeinen Festigkeit für die Stabhalterplatten 36 und 38 bzw. 32 und 34 bestimmt wird.
Zusätzlich können Einrichtungen zum Fassen der Enden der Brennstäbe 28 vorgesehen werden, wobei eine Längenausdehnung der Brennstäbe ohne Druck auf die Halteplatten möglich sein soll. In dem nach Fig. 1 gewählten Beispiel sind zu diesem Zweck Sacklöcher oder Bohrungen 50 in den Platten 36 und 38 vorgesehen, die eine gleitende Halterung der Endteile der Brennelemente 28 gestatten. Es ist zu beachten, dass diese Bohrungen 50 auch bei der Be stimmung der Dicke der Platten 36 und 38 in Be tracht gezogen werden müssen.
Es wird jedoch schon jetzt darauf hingewiesen, dass für diese Halterungs- einrichtungen an den Platten 36 und 38 keine unbe dingte Notwendigkeit besteht, wie es auch im Bei spiel nach Fig. 12 und 13 zum Ausdruck kommt.
Innerhalb des Rahmens 30 befindet sich in der Mitte ein Abstandshaltergitter 35. Es können jedoch auch noch weitere Gitter in gleichmässigen Abständen im Raum zwischen den Platten 36 und 38 angeord net sein. Diese Gitter sind normalerweise in über einstimmung mit der Form dieser Platten ausgebil det, so dass sie zur Festlegung der räumlichen Lage mit den Seitenblechen 40 z. B. durch Punktschwei- ssung (punktförmige Heliumbogenschweissung) 52 be festigt werden können.
Durch diese Lichtbogen schweissung in einer Heliumatmosphäre erfolgt eine örtlich sehr eng begrenzte Verschweissung der be nachbarten Oberflächen, so dass im Vergleich zu anderen Verbindungsverfahren nur ganz geringfügige Verwerfungen des Rahmens 30 entstehen.
Selbstverständlich ist es dazu notwendig, eine genaue Steuerung des Lichtbogenstromes und der Schweisszeit durchzuführen. Natürlich sind auch an dere Verbindungsmethoden, wie z. B. Punktschwei- ssung, Warzenschweissung oder Hartlötung eventuell unter Verwendung spezieller Haltevorrichtungen denkbar. Bei einer offenen Verkleidung des Rahmens 30, wenn also nur Eckbleche 40 Verwendung finden, ist es zweckmässig, die Abstandshaltergitter gegenüber einer Berührung mit den Regelstäben durch Schutz bleche 80,
die nach dem gleichen Verfahren be festigt werden können, zu schützen.
Während des Zusammenbaues des Rahmens 30 muss dafür Sorge getragen werden, dass durch ent sprechende Bearbeitungs- und Haltevorrichtungen ein Höchstmass an Gradlinigkeit und Rechtwinkligkeit erzielt wird. In diesem Zusammenhang ist zu sagen, dass der Neutronenfluss während des Betriebes keinen Einfluss auf die Temperatur des ganzen Rahmens hat, so dass er lediglich die Temperatur des Kühl mittels annimmt und daher nur geringe Tendenzen zum Verziehen entwickelt.
Die Abstandshaltergitter 35 sind, siehe Fig. 3, aus einer Anzahl von einzelnen Abstandshaltern 54 aufgebaut, die durch Verschweissen oder Löten an den Stellen 55 verbunden sind. Die einzelnen Ab- stand'shalter bestehen in diesem Beispiel aus dünn wandigen kurzen Röhrchen aus federndem Material, durch deren öffnung 57 die Brennstäbe 28 einge führt werden.
Um einen gleichmässigen Abstand die ser Abstandshalterröhrchen vom Brennstab 28 zu erhalten, sind diese nach den Fig. 4 und 5 in Längsrichtung mehrmals geschlitzt und die entstehen den Stege nach innen eingedrückt. Die damit erreichte zentrale federnde Führung der Brennstäbe 28 in den Absfiandshaltern verhindert ein seitliches Verbiegen oder Auswandern z.
B. durch Strömungs- oder ther mische -kräfte. Durch die Anzahl dieser federnden Streifen 56 kann die notwendige seitliche Führungs kraft eingestellt werden.
Eine Befestigung dieser Abstandshalter an den Brennstäben ist nicht vorgesehen, damit diese in ihrer thermischen Ausdehnung oder Kontraktion während des Reaktorbetriebes nicht gehemmt sind.
Die Ausbildung der einzelnen Abstandshalter kann natürlich auch in anderer Weise erfolgen, z. B. nach Fig. 6, 7 und B. Die in diesem Falle ebenfalls durch Längsschlitze 59 gebildeten Streifen besitzen nur verhältnismässig kurze Ausbuchtungen 60, so dass damit die Berührungsstelle zwischen diesen Strei fen und dem Brennstab 61 noch kleiner wird, als in den vorhergenannten Beispielen.
Eine andere Möglichkeit zur Ausbildung der ein zelnen Abstandshalter besteht nach Fig. 9, 10 und 11 darin, die ursprünglichen Ringe 54 mit über die ganze Länge derselben sich erstreckenden schalenförmigen Einbuchtungen zu versehen. In diesem Falle erfolgt die Halterung der Brennstäbe 28 jeweils entlang einer Mantellinie dieser Einbuchtungen.
Zur leich teren Verbindung der aus solchen Elementen herge stellten Abstandshaltergitter mit den Rahmenflächen 40 kann es zweckmässig sein, die Ausbuchtungen am äusseren Rande derselben mit Füllmaterial 64 auszu- füllen.
Eine weitere Form von Abstandshaltern ist aus den Fig. 19 und 20 zu ersehen. Sie hat eine gewisse Ähnlichkeit mit den Beispielen aus den Fig. 6 und 11; es sind jedoch hier breite Schlitze 63 vorgesehen, so dass damit Vorsprünge 65, die federnd etwas nach innen ragen, gebildet werden.
Die Fig. 15 und 16 stellen eine weitere Möglich keit zur Ausbildung eines Abstandshaltergitters dar. Nach diesem Beispiel sind eine Vielzahl von relativ dünnen Streifen 66 und 74, z. B. aus rostfreiem Stahl, zu einem Gitterwerk ähnlich einer Eierkiste verwoben.
Die einzelnen Streifen sind dazu mit aus geschnittenen Ecken 68 versehen, so dass die stehen- gebliebenen Flächen 69 nach dem Innenraum 78 eingewölbt (70) werden können. Damit wird eine federnde- Führung der Brennstäbe 28 ermöglicht. Diese Formgebung der Laschen wird in gleicher Weise auf der anderen Seite dieses Abstandshalter- gitters durchgeführt. Dort sind die ausgeschnittenen Ecken mit 72;
und die stehengebliebenen Laschen mit 73 bezeichnet, die den entgegengesetzt angeord neten 69 entsprechen. Zur Verfestigung dieses Ab standshaltergitters nach der Zusammensetzung der so vorgeformten Streifen 66 und 74 wird das ganze Gebilde z. B. durch Ofenlötung oder andere Mittel in seinen. Einzelteilen unlösbar verbunden.
Es ist zweckmässig, auf den Streifen 66 die Vor sprünge 76 anzubringen, die in - nicht dargestellte Öffnungen der äusseren Streifen 74 zur gegenseitigen Fixierung eingreifen.
Auch hier ist eine zusätzliche Verlötung zweck mässig, die zusammen mit der vorgenannten Lötung durchgeführt werden kann. Wie bei den vorgenannten Abstand'shaltergittern kann auch dieses mit den Rahmenflächen 40 in der gleichen Weise wie in Zusammenhang mit Fig. 1 verbunden werden. Durch diese Anordnung ergibt sich für jeden der Brenn stäbe 28 eine Öffnung 78 mit entgegengesetzt aus gebogenen Vorsprüngen 69 und 73 als federnde Füh rungselemente.
Die in den genannten Rahmen 30 einzubauenden Brennstäbe 28 entwickeln während des Betriebes des Reaktors Wärme, die durch das Kühlmittel abge führt wird. Für dieses spezielle Brennelement sind diese Stäbe in drei Abschnitte eingeteilt: der mittlere wird aus einer langgestreckten Röhre 82 gebildet, die z. B. entsprechend der eingangserwähnten Ge sichtspunkte aus rostfreiem Stähl besteht und mit spaltbarem Material gefüllt ist.
Dieses Material wird in Form von zylindrischen Tabletten eingefüllt. - Die offenen Enden werden mit Hilfe der Endstopfen 84 und 86 verschlossen und hermetisch abgedichtet, so dass keine Spaltprodukte iri den Kühlmittelkreislauf gelangen können. Die Endstopfen sind mit Verlänge- rungen 90 und 92 versehen, die einen wesentlich geringeren Durchmesser .als die Röhre 82 haben.
Der Übergang zwischen beiden Durchmessern ist kegel förmig gestaltet (88); damit beim Einsetzen der Brenn stäbe kein Festhaken derselben am Abstandshalter möglich ist.
Ausserdem wird auf diese Weise der Strömungs widerstand der gesamten Anordnung für das Kühl mittel herabgesetzt.
Die Halterung dieser Brennstäbe erfolgt in Längs richtung durch die Rahmenendplatten 36 und 38 und die äusseren Platten 32 und 34. Bis auf wenige Aus nahmen ist jedes Brennelement auf der einen Seite in der Rahmenendplatte 36 bzw. 38 und auf der anderen Seite in der äusseren Platte 34 bzw. 32 ge lagert.
Dies bedeutet, dass sie mit der einen End- stopfenverlängerung 92, die wesentlich länger ist als die andere Endstopfenverlängerung 90 durch die Bohrungen 48 der Platten 36 bzw.
38 hindurchragen. Diese Bohrungen 48 sind so gross, dass auch das Kühlmittel verhältnismässig ungehindert entlang der durchragenden Brennstäbe hindurchströmen kann. Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, sind die Brenn- elemente mit ihrer einen Seite abwechselnd in den Bohrungen 98 der beiden äusseren Endplatten 32 und 34 gelagert. Mit ihrem anderen Ende sind sie abwechselnd in den entsprechenden Bohrungen 50 der Endplatten 36 bzw. 38 gehaltert.
Zur Halterung sind die Brennstäbe an beiden Enden nochmals im Durchmesser über das Konusteil 112 auf das End stück 114 herabgesetzt, das selbst mit einem kegeli- gen Abschlussteil 116 zur Erleichterung der Einfüh rung in die Bohrungen 50 bzw. 98 versehen ist. Diese Bohrungen 50 bzw. 98 sind ihrerseits auf der Brennstabseite mit einer Abschrägung 118 für den gleichen Zweck versehen.
Aus dieser Anordnung er gibt sich, dass den Bohrungen 50 in den Platten 36 und 38 je eine grosse Bohrung 96 in den äusseren Platten 32 bzw. 34 und umgekehrt, den grossen Bohrungen 48 in den inneren Platten je eine kleine Bohrung 98 in den äusseren Platten gegenübersteht. Lediglich sind in den Randzonen die Bohrungen 48 und 96 mit ihrer Achse etwas nach innen versetzt und auch im Durchmesser etwas verkleinert, was aus konstruktiven Gründen notwendig und aus der Draufsicht nach Fig. 2 ersichtlich ist.
Wie bereits erwähnt, sind die Brennstäbe 28 mit etwas Längsspiel gelagert, damit keine Spannungen durch Wärmeausdehnung derselben auf das Haltege rüst 26 übertragen werden. Die Abstandsstutzer 100 und 102 sorgen dafür, dass der Kühlmittelfluss durch die gegeneinander versetzten grossen Strömungsdurch- lässe 48 und 96 einigermassen gleichmässig durch treten kann und dienen ausserdem zur genauen Ein stellung des Längsspieles der Brennstäbe.
Die Abstandsstutzer 100 und 102 werden zur Verbindung mit dem Passteil 22 durch die Abstands säulen 106 verlängert. Gegenüber der Befestigungs stelle dieser Abstandsstütze 100 und 102 auf denn Platten 36 bzw. 38 müssen gleichseitige Brennstäbe, die also auf beiden Seiten die gleichen Verlänge rungen 90 tragen, Verwendung finden. Für diese Brennstäbe erfolgt die Lagerung zwischen diesen bei den Platten 36 und 38, die entsprechenden Bohrun gen zur Halterung der Brennstabenden sind dann in den in die Endplatten eingeschraubten Teilen der Abstandshalter bzw. deren Befestigungsschrauben 108 angeordnet.
Die Abstandsstutzer 100 bestehen aus einem Rohrstück, das in entsprechenden Ausnehmungen 1.20 der äusseren und der inneren Halteplatten ein rastet und damit eine seitliche Verschiebung dieser Platten unmöglich macht. Die eigentliche Befestigung geschieht mit Hilfe der Schraube 108, die gleich zeitig auch das Passteil 22 mit Hilfe der Laschen 132 sowie die Abstandssäule 106, die ebenfalls ein abge- passtes Rohr darstellt, mit dem Rahmenteil 30 fest verbindet.
Dabei ist es zweckmässig, diese Schraube in an- gezogenem Zustand mit Hilfe der Buchse 138 und deren hochgezogenen Rand 144, der über den ge gebenenfalls abgeschrägten Schraubenkopf 146 um geschlagen wird, gegen eine ungewollte Verdrehung zu sichern, wobei auch andere an sich bekannte Schraubensicherungen Verwendung finden können.
Der Abstandsstützer 102 wird über das Ge winde 128 mit der Platte 38 bzw. 36 verschraubt. Die äussere Halteplatte 32 bzw. 34 rastet mit Hilfe der bereits genannten Senkbohrungen 120 auf dem selben ein und wird mit Hilfe der Schraube 110; die gleichzeitig auch zur Befestigung des Passteiles 22 dient, mit dem Abstandsstützer 102 über das Innen gewinde 142 desselben verschraubt.
Der Zusammen bau des Brennelementes kann etwa folgendermassen durchgeführt werden: Nach dem Zusammenbau des Rahmens 30 wer den die Brennstäbe 28 von beiden Seiten in der Weise durch die grossen Flussmitteldurchlässe 48 ein geführt, dass die längeren Verlängerungsstücke 92 durch diese Bohrungen herausragen. An den Be festigungsstellen der Abstandshalter werden dabei Brennstäbe eingesetzt, die auf beiden Seiten gleich lange Verlängerungsstücke 90 besitzen. Anschliessend werden die Abstandsstützer 102 aufgeschraubt und damit diese letztgenannten Brennstäbe in Längsrich tung gefasst.
Bei Verwendung der Abstandsstützer 100 erfolgt die endgültige Lagerung dieser Brennstäbe erst durch den entsprechend ausgebildeten Schraubbolzen 108.
Zur Erläuterung der konstruktiven Unterschiede 'zwischen den Abstandsstützern 100 und -102 sei darauf hingewiesen, dass der Abstandsstützer 100 dort angeordnet wird, wo sich normalerweise ein Kanal 50 in den Endplatten 36 und 38 befinden würde. Demgegenüber wird der Abstandsstützer 102 dort angeordnet werden, wo normalerweise ein 'Strömungs- durchlass 48 in den Endplatten 36 und 38 ange bracht wäre.
Dann werden die äusseren Endplatten 34 bzw. 32, die an ihrem äusseren Rand abgeschrägt sind (94) auf gesetzt und damit die noch freien Brennstabenden gefasst. Nach Zwischenlage der Abstandssäulen 106 werden sie zusammen mit den beiden Passteilen 22 und deren Laschen 132 mittels der Schraubbolzen 108 bzw: <B>110</B> mit dem Rahmen 30 zu einer festen Einheit verschraubt.
Die in diesem Brennelement eingesetzten Brennstäbe sind also in geringem Masse längsverschieblich angeordnet, behalten aber ihre ge genseitige seitliche Lage durch die Anordnung der speziellen Abstandshaltergitter bei, was für die Ab führung der Wärme als auch für die Gleichmässigkeit der Neutronenflussverteilung, für den gesamten Reak tor gesehen von grosser Bedeutung ist.
Durch diese spezielle seitliche -Halterung wird auch das Auftreten von Vibrationen oder sonstigen Schwingungserschei nungen an den Brennstäben vermieden. Es ist bei dieser Anordnung selbstverständlich auch möglich, die Brennstäbe in den Rahmenplatten 36 und 38 starr zu befestigen, z. B. durch Lötung und die Aus- dehnbarkeit lediglich durch die gleitende Führung in den äusseren Platten 34 und 32 zu gewährleisten.
In -.diesem Fall kann es zweckmässig sein, die Verbindung der Brennstäbe 28 mit den Rahmen platten 36 und 38 vor der -endgültigen Montage des Rahmens 30 durchzuführen.
Zur weiteren Erläuterung der Fig. 1 sei darauf hingewiesen, dass die Bohrungen für die Gewinde bolzen 108 bzw. 110 in den Platten 34 bzw. 32 mit 130 bezeichnet sind. Die entsprechenden Bohrungen in den Befestigungslaschen 132 der Passteile 22 sind mit 134 -bezeichnet und haben eine Absenkung 136 zur Halterung der ringförmigen Buchse 138. Die Abschrägung an der Bohrung der Bolzen 108 für die leichtere Einführung der Brenustabenden 114 sind mit -140 bezeichnet.
Das bisher .erläuterte Beispiel der vorliegenden Erfindung hat neben seiner grossen Stabilität auch noch .den Vorteil, dass die einzelnen Brennstäbe ver hältnismässig leicht eingesetzt, ausgewechselt und in ihrer Beschaffenheit kontrolliert werden können.
In den Fig. 12 und 13 wird ein anderes Beispiel für die Verwirklichung des Erfindungsgedankens dar gestellt, das ebenfalls gegen thermische und mecha nische Deformationskräfte immun ist. Innerhalb des Rahmens 230 befinden sich wieder in ähnlicher Weise ein oder mehrere Abstandshaltergitter 235 zur seitlichen Halterung und Abstützung der Brenn elemente 228.
Wie in Fig. 12 dargestellt, wird das Seitenblech 240 um das ganze Brennelement herumgezogen - was im übrigen auch nach dem Beispiel der Fig. 1 möglich wäre. Die entstehende Nahtstelle 241 kann dann z, B. durch Schweissen abgedichtet werden, um den seitlichen Austritt der Kühlflüssigkeit aus dem Rahmen 230 auszuschliessen. Umgekehrt könnten in diesem Mantel 240 aber auch Öffnungen angebracht werden, um bewusst eine seitliche Strömung. der Kühl flüssigkeit in- den Rahmen hinein oder aus demselben heraus zu erzielen.
Fig. 14 zeigt eine Draufsicht auf ein derartiges Brennelement in verschiedenen -parallelen Schnittebe nen. Darin ist eine Vielzahl von Durchlässen 248 in den Stabhalteplatten 236 und 238 zu sehen. Ausser dem befindet sich zwischen diesen Bohrungen eine Vielzahl von Löchern 249, die der Aufnahme der Brennstabhaltebolzen 251 dienen.
Diese Bolzen 251 werden in die Verlängerung der Brennstäbe 228, die mit einem Innengewinde \(261) versehen sind, hineingeschraubt, wodurch diese Brennstäbe einseitig und abwechselnd einmal mit der oberen und einmal mit der unteren Platte 236 bzw. 238 fest verbunden sind. An jeder Platte ist also wiederum etwa nur je die Hälfte der Brennstäbe be festigt.
Das andere Ende der Brennstäbe mit den Abschlussstopfen 286 und seinen konischen Abschrä- gungen 263 steht frei im Raume ,des Rahmens 230, so dass damit die erforderliche Längsverschieblichkeit der Brennstäbe bei gleichzeitiger seitlicher Fixierung durch das Abstandshaltergitter 235 gegeben ist.
Als Sicherung gegen eine Lösung der Befestigungs schrauben 251 dient eine verhältnismässig dünne Platte 255, die mit den gleichen Kühlmitteldurch- lässen wie die Halteplatten 236 und 238 versehen ist, aber die Bohrungen für die Befestigungsbolzen 249 abdeckt. Aus der Anordnung und Befestigung der Brennstäbe 228 ergibt sich, dass den Befestigungs bohrungen 249 in der einen Platte die Kühlmittel- durchlässe 248 in der anderen Platte und umgekehrt genau gegenüberstehen müssen.
Die Passteile 222 dieser Brennelementausführung sind im Unterschied zur Fig. 1 kreuzförmig ausge führt und werden über ihre Befestigungslaschen 267 und die Abstandsstützen 265 mit Hilfe von Schraub bolzen 271 mit den Rahmenplatten 236 bzw. 238 verschraubt.
Wenn sich, wie in Fig: 13 dargestellt, die Befestigungsstelle des Passstückes 222 mit der jenigen eines Brennstabes deckt, so wird zur Be festigung dieses Brennstabes ein kürzerer Schraub bolzen 252 verwendet und die Bohrung 249 zur Auf nahme des Gewindebolzens 271 bis zu einer ent sprechenden Tiefe erweitert und mit einem dazuge hörigen Gewinde versehen (279).
Die Bolzen können ebenso wie im Beispiel nach Fig. 1 mit einer eingesetzten Buchse 271 und deren überstehendem Rand 275, der um den, Bolzenkopf gebogen wird, gegen ungewollte Verdrehung gesichert werden.
Auch dieses Beispiel ergibt ähnlich wie das in Fig. 1 gezeigte eine gegen Deformation praktisch un- empfindliche Brennelementanordnung. Auch hier ist es möglich, auf verhältnismässig einfache Weise die ein zelnen Brennstäbe auszuwechseln oder zu inspirieren.
Es wurde bereits erwähnt, dass die Rahmenplat ten (Stabhalteplatten) nur Einrichtungen zum Fassen der Brennstäbe 28 (228) enthalten, wenn es wün schenswert erscheint. Daher können wahlweise auch die Endplatten 336, wie sie in Fig. 21 gezeigt sind, als Endplatten für den Rahmen 30 nach Fig. 1 oder dem Rahmen 230 nach Fig. 12 Verwendung finden.
Diese Platten 336 haben eine netzartige Struk tur 337, die durch eine Anzahl von Kühhnittel- durchlässen 348 und eine Anzahl von Zwischen stäben 239, die als Anschläge für eine eventuelle Brennstabbewegung dienen, gebildet werden. Natür lich müssen diese Platten 336 noch konstruktiv ent sprechend abgewandelt werden, wenn sie in den grundsätzlichen Brennelementausführungen nach Fig. 1 oder 12 Verwendung finden sollen.
Die Fig. 22 zeigt dann die gegenseitige Lage der Brennstäbe 28 mit ihrem Endstopfen 284 gegenüber den Stegen 239 einer derartigen Platte 336.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Brennstäbe in allen erfindungsgemässen Beispielen elastisch mit Hilfe wenigstens eines Abstandshalter- gitters fixiert werden, dass sie aber in diesen Gittern einer Wärmeausdehnung oder Kontraktion in Längs richtung frei folgen können. Zusätzlich ist es mög lich, die Enden derartig gefasster Brennstäbe wenig stens auf der einen Seite längsverschieblich zu führen.
Der Aufbau des ganzen Rahmens zur Halterung der Brennstäbe sowie die Anbringung der Passteile zur Befestigung der Elemente an den Reaktorkernplatten, die nicht besonders dargestellt wurde, ermöglichen einen besonderen einfachen Zusammenbau eines Kernreaktors mit Flüssigkeitskühlung ohne Rück sicht, um welchen speziellen Typ, z. B. Druckwasser reaktoren oder Siedewasserreaktoren es sich grund sätzlich handelt.
Selbstverständlich kann dabei auch eine andere Querschnittsform der Brennelemente Verwendung finden, wie z. B. eine dreieckige oder sechseckige, wenn damit ein praktisch lückenloser Aufbau des Reaktorkernes möglich ist. Allen diesen Brennele- menten ist weiterhin gemeinsam der, im Vergleich zu bekannten Anordnungen, eingangsseitig und aus- gangsseitig wesentlich herabgesetzte Strömungswider stand