DE1045562B - Kernreaktor-Brennstoffstab - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die in heterogenen Kernreaktoren verwendeten Brennstoffelemente bestehen zumeist aus einem äußeren Hüllrohr, z. B. einem kreis- oder wabenförmigen Aluminium- bzw. Zirkonrohr, das die Brennstoffstäbe umschließt und einen inneren Kanal für den Durchtritt des Kühlmittels aufweist. Dem Kühlmittel steht praktisch der durch die Zwischenräume zwischen den meist bündelartig· und in mehreren Etagen im Leitrohr untergebrachten Brennstoffstäben gebildete Durchtrittsquerschnitt zur Verfügung. Verengungen dieses Querschnitts werden vornehmlich durch die Halterung der Brennstoffstäbe am oberen und unteren Ende verursacht. Daher sollte die Halterung so ausgebildet sein, daß sie der vorbeiströmenden Kühlflüssigkeit möglichst wenig Strömungswiderstand entgegensetzt.

Weiter soll in den Brennstoffelementen das Verhältnis von Kernbrennstoff- zu Konstruktionsmaterialmenge aus Gründen der Neutronenökonomie möglichst groß gehalten werden. Infolgedessen muß unter anderem die auf die Halterung der Brennstoff stäbe entfallende Länge der Ummantelungshülle möglichst klein sein. Zusätzliche Arretierungsmittel gegen Längs- und Drehverschiebung sollten eingespart werden. Die Halterung muß ferner genügend steif am Rohrabschluß sitzen.

Fertigungstechnisch ist eine zügige Aufeinanderfolge der Arbeitsgänge, Füllung der Hüllen mit Kernbrennstoff und Anbringen der Halterungsmittel, beides möglichst in Schutzgasatmosphäre, anzustreben.

Gegenstand der Erfindung ist ein Brennstoffelement, bei dem die hier genannten Forderungen auf einfachste Weise erfüllt sind. Die Lösung besteht darin, daß die Ummantelung am oberen und unteren Ende des Brennstoffstabes durch Ouetschfaltenanformung leckdicht verschlossen ist, derart, daß die Quetschfalten nicht über den Stabquerschnitt hinaustreten und mindestens eine von ihnen (die Lagerquetschfalte) zugleich eine satte Auflage an einem Halterungsorgan des Brennstoffelementes gestattet. Auf diese Weise wird unter anderem der Verschließvorgang zugleich mit der Anformung der Lagerquetschfalte zeit- und kostensparend verknüpft.

Die Zeichnung veranschaulicht schematisch zwei im Schnitt dargestellte Brennstoff stäbe als Ausführungsbeispiele in Gegenüberstellung zu einem Brennstoffstab mit einfach zusammengequetschtem Rohrende.

Beim Brennstoffstab mit einfach zusammengequetschtem Rohrende gemäß Fig. 1 wird zwar eine satte Auflage zwischen dem Haltesteg 1 und der Quetschfalte 2 erzielt, jedoch fällt diese breiter als der Durchmesser des Brennstoffstabes aus. Abgesehen von der dadurch verursachten Verengung des zwischen den Brennstoffstäben freibleibenden Strömungsquerschnitts

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktienges ells chaf t,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Met. Wolfgang Rößner, Nürnberg,
ist als Erfinder genannt worden

für das Kühlmittel führt dies auch zu Platzschwierigketten bei der Unterbringung der notwendigen Anzahl von Stäben im Leitrohr.

Ein Überstehen der Quetschfalte könnte zwar dadurch erreicht werden, daß man die Enden der Brennstoffhülle vor dem Quetschen verjüngt, doch bereitet dies bezüglich des Staudruckes und der Dünnwandigkeit der Hülle verformungstechnisch neue Schwierigkeiten, da die Verjüngung erst nach dem Einfüllen des Brennstoffes in die Brennstoff hülle vorgenommen werden kann.

Wählt man aber eine Quetschfaltenausführung, wie sie in den Fig. 2 und 3 dargestelt ist, und bei der gemäß der Erfindung die Quetschfalten nicht über den Stabquerschnitt hinaustreten, so fällt die vorerwähnte Unterbringungsschwierigkeit von vornherein weg.

Sorgt man außerdem dafür, daß eine der gebildeten Quetschfalten als Auflager für den entsprechenden Haltesteg im Leitrohr benutzt werden kann, so vereinigt sich in einem Arbeitsgang das stirnseitige Verschließen des Brennstoffstabes mit der Anbringung des Halterungsmittels.

Gemäß Fig. 2 wird die Quetschfaltenausladung auf den Stabdurchmesser dadurch beschränkt, daß lotrecht von der Mitte der Lagerquetschfalte 3 eine Nebenfalte 4 absteht, während bei der Anordnung gemäß Fig. 3 zwei Lagerquetschfalten 5 mit senkrecht dazwischenliegender Nebenfalte 6 gebildet sind. Die Nebenfalte versteift den Hüllrohrabschluß. Die Lagerquetschfalte verläuft jeweils auf einer Kreissehne. Bei Brennstoff stäben mit vom Kreisquerschnitt abweichen-

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dem Querschnitt würde sie mit einer der Kreissehne vergleichbaren Schnittgeraden zusammenfallen.

Die Brennstoffstäbe werden an ihrem Haltesteg 7 durch Punktschweißung befestigt (vgl. die schraffierten Stellen 8), der seinerseits quer zur Achse des Hüllrohres des Brennstoffelementes verläuft und an zwei Stellen an diesem befestigt ist.

Die Anformung der Quetschfalten kann, eventuell nach Vorwärmen der Rohrenden im Hochfrequenzfeld, mit einer Spezialzange, etwa dreibackig wie bei der Ausführung gemäß Fig. 2, unter Schutzgasatmosphäre ausgeführt werden. Durch Ausnutzung des Effekts der sogenannten Kaltpreßschweißung kann dabei völlige Gasdichtigkeit der Quetschfugen erzielt werden. Es empfiehlt sich, die Quetschfalten zusätzlich oben leicht zu verschweißen bzw. zu verlöten.

Wird der Kernbrennstoff in Tablettenform in die Brennstoffhüllen eingefüllt, so sollte, um ein Verquetschen der Tabletten beim nachfolgenden Anformen der Quetschfalten zu vermeiden, an den Stirnseiten je eine Metallscheibe auf die Tablettensäule aufgelegt werden.

Die Ausführungsformen der Quetschfalten sind nicht auf diejenigen nach den Fig. 2 und 3 beschränkt. Die Lagerquetschfalte kann bei entsprechender Gestalrung der Halterungsstege auch geknickt oder gewölbt ausgeführt werden.

Claims (3)

1. Patentanspruch ε-1. Ummantelter Brennstoffstab für Brennstoffelemente in Kernreaktoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung am oberen und unteren Ende des Brennstoffstabes durch Quetschfaltenanformung leckdicht verschlossen ist, derart, daß die Quetschfalten nicht über den Stabquerschnitt hinaustreten und mindestens eine von ihnen (die Lagerquetschfalte) zugleich eine satte Auflage an einem Halterungsorgan des Brennstoffelementes gestattet.
2. 2. Brenn'stoffstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerquetschfalte bei Brennstoffstäben mit Kreisquerschnitt auf einer Kreissehne, z. B. der Durchmesserlinie, verläuft.
3. 3. Brennstoffstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerquetschfalte bei Brennstoffstäben mit vom Kreisquerschnitt abweichendem Querschnitt auf einer der Kreissehne vergleichbaren Schnittgeraden der jeweiligen Querschnittsfläche verläuft.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen