DE1077341B

DE1077341B - Fuel element for nuclear reactors

Info

Publication number: DE1077341B
Application number: DEU5877A
Authority: DE
Inventors: Richard Phillip Kinsey; Leslie Mark Wyatt
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1958-01-22
Filing date: 1959-01-03
Publication date: 1960-03-10
Also published as: GB876551A; FR1222623A; BE574950A

Description

Die Erfindung betrifft ein Kernreaktor-Brennstoffelement, welches einen hohlen, aus nichtmetallischen! Werkstoff bestehenden Kernbrennstoffbauteil in einer Schutzhülle aufweist.The invention relates to a nuclear reactor fuel element which has a hollow, non-metallic! Has material existing nuclear fuel component in a protective cover.

Einer der Vorteile der Verwendung von Brennstoffelementen, welche nichtmetallisches spaltbares Material, wie Oxyde und Karbide — statt spaltbares Metall —·, enthalten, besteht darin, daß bei ihnen das Erreichen viel höherer Temperaturen (in der Größenordnung von 2000° C) zugelassen werden kann. Jedoch nimmt der bei diesen Temperaturen durch Spaltproduktgase, welche während des Reaktorbetriebes erzeugt werden, ausgeübte Druck zu, und es muß dort, wo das spaltbare Material in Form einer festen Masse oder in fester Form vorhanden ist, die Schutzhülle entsprechend stärker sein, was eine Zunahme der Neutronenabsorption und der Materialkosten bedingt. Es ist bereits vorgeschlagen worden, das spaltbare Materiaf in Form eines Hohlkörpers vorzusehen; die Spaltproduktgase können sich dann in den vorgesehenen Zwischenräumen sammeln. Doch ist es wahrscheinlich, daß durch die Strahlung nichtmetallische spaltbare Materialien zerfallen und sich als Pulver am Boden eines solchen Brennstoffelementes sammeln werden.One of the advantages of using fuel elements that are non-metallic fissile Material such as oxides and carbides - instead of fissile metal - contain, is that with them the Reaching much higher temperatures (of the order of 2000 ° C) can be allowed. However takes the at these temperatures by fission product gases, which during the reactor operation to be generated, pressure exerted, and it must be where the fissile material is in the form of a solid If there is bulk or in solid form, the protective cover will be correspondingly stronger, resulting in an increase the neutron absorption and the material costs. It has already been suggested that the fissile Provide material in the form of a hollow body; the fission product gases can then be in the intended Collect gaps. But it is probable that the radiation caused non-metallic Fissile materials disintegrate and form a powder at the bottom of such a fuel element will collect.

Beim Kernreaktor-Brennstoffelement gemäß der Erfindung ist die Höhlung des Brennstoffbauteiles mit einem porösen Material gefüllt, welches sowohl die Spaltproduktgase, die im Kernbrennstoffbauteil erzeugt werden, zu halten als auch den Kernbrennstoffbauteil gleichzeitig zu stützen vermag.When the nuclear reactor fuel element according to the invention, the cavity of the fuel component is with filled with a porous material, which generates both the fission product gases that are generated in the nuclear fuel component will be able to hold as well as to support the nuclear fuel component at the same time.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung ausführlicher beschrieben werden, und zwar zeigtThe invention will now be described in more detail with reference to the drawing which shows it for example are described, namely shows

Fig. 1 eine Schnittdarstellung,Fig. 1 is a sectional view,

Fig. 2 eine unvollständige Einzeldarstellung undFig. 2 shows an incomplete individual representation and

Fig. 3 eine weitere Schnittdarstellung.3 shows a further sectional illustration.

Fig. 1 zeigt einen hohl ausgebildeten Brennstoffbauteil 1, welcher aus einem Stapel oder Satz von kurzen Rohren aus gesintertem Urandioxyd, die innen von einer porösen Masse 2 aus Magnesiumoxyd gehalten oder gestützt werden, besteht. Die Masse 2 kann aus gesinterten Körnern oder aus »geschäumtem« Magnseiumoxyd bestehen, die beide bei etwa 2000° C thermisch beständig sind und einen geringen Neutronen-Absorptionsquerschnitt aufweisen. Der Brennstoff bauteil 1 und die poröse Masse 2 sind beide in einer Schutzmetallhülle 3 eingeschlossen, welche Endzapfen 4 mit Befestigungslöchern 5 aufweist.Fig. 1 shows a hollow fuel component 1, which consists of a stack or set of short tubes made of sintered uranium dioxide, the inside of a porous mass 2 made of magnesium oxide held or supported. The mass 2 can be made of sintered grains or of "foamed" There are magnesium oxide, both of which are thermally stable at around 2000 ° C and a low one Have neutron absorption cross-section. The fuel component 1 and the porous mass 2 are both Enclosed in a protective metal shell 3 which has end pins 4 with fastening holes 5.

Fig. 2 veranschaulicht, wie erfindungsgemäße Brennstoffelemente gruppenweise in einem Brennstoffelementkanal 6 eines Graphitmoderatorbaugliedes 7 mit Hilfe von Armkreuzen 8 angebracht sind. Jedes der Armkreuze 8 ist mit einer Anzahl zwischen-Fig. 2 illustrates how fuel elements according to the invention are grouped in a fuel element channel 6 of a graphite moderator member 7 are attached with the aid of spiders 8. Each the spider 8 is with a number between-

Anmelder:Applicant:

United Kingdom Atomic Energy Authority, LondonUnited Kingdom Atomic Energy Authority, London

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,
Siegen, Oranienstr. 14Representative: Dipl.-Ing. E. Schubert, patent attorney,
Siegen, Oranienstr. 14th

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 22. Januar 1958Claimed priority:
Great Britain January 22, 1958

Richard Phillip Kinsey, Bowden, Cheshire,
und Leslie Mark Wyatt, Appleton, CheshireRichard Phillip Kinsey, Bowden, Cheshire,
and Leslie Mark Wyatt, Appleton, Cheshire

(Großbritannien),
sind als Erfinder genannt worden(Great Britain),
have been named as inventors

geschalteter Buckel oder nabenartiger Verstärkungen 9 ausgestattet, welche Löcher 10 für die Endzapfen 4 der Brennstoffelemente aufweisen. Die anstoßenden Endzapfen 4 sind an den Armkreuzen 8 mit Hilfe von Stiften 11 befestigt, welche durch Löcher 12 in den Buckeln der nabenartigen Verstärkungen 9 und durch Löcher 5 in den Endzapfen 4 dringen.switched hump or hub-like reinforcements 9, which holes 10 for the end pin Have 4 of the fuel elements. The abutting end pins 4 are on the spiders 8 with Fixed by means of pins 11 which pass through holes 12 in the bosses of the hub-like reinforcements 9 and penetrate through holes 5 in the end pin 4.

Fig. 3 veranschaulicht die Erfindung bei der Anwendung in einem Kernreaktor. Der Reaktor, welcher allgemein mit 31 bezeichnet ist, umfaßt ein Druckgefäß 13, welches auf Gestellen oder Stümpfen 14 innerhalb eines betonierten biologischen Schutzkörpers 15 sitzt und ein Graphitmoderatorbauglied 16 aufweist, welches auf einer Grundplatte 17 ruht, welche Löcher 28 aufweist und von Bügeln oder Konsolen 18 gehalten wird, die an das Druckgefäß 13 bei 19 angeschweißt sind. Das Graphitmoderatorbauglied 16 sieht eine Anzahl senkrechter Brennstoffelementkanäle 20 vor, welche über den Grundplattenlöchern 28 so angeordnet sind, daß sie vom Kühlgas durchströmt werden, welches in das Druckgefäß durch Einlaßkanäle 21 eintritt und dieses durch Auslaßkanäle 22 verläßt. Eine Reihe von Brennstoffelementenbündeln 21 von der teilweise in Fig. 2 gezeigten Form sind in jedem Kanal 20 aufgehängt, und zwar mit Hilfe eines Kabels 24 zwischen dem oberen Armkreuz 8 des obersten Brennstoffelementbündels der Reihe 23 und einer Verlängerung 25 eines Schraubdübels 26, welcher in die Kopffläche 27 des biologi-Figure 3 illustrates the invention as applied to a nuclear reactor. The reactor, which generally designated 31, comprises a pressure vessel 13 which is supported on racks or stumps 14 seated within a concreted biological protective body 15 and a graphite moderator member 16 which rests on a base plate 17 which has holes 28 and of brackets or brackets 18, which are welded to the pressure vessel 13 at 19. The graphite moderator member 16 provides a number of vertical fuel element channels 20 which overlie the baseplate holes 28 are arranged so that they are traversed by the cooling gas, which in the pressure vessel through inlet channels 21 enters and leaves this through outlet channels 22. A series of fuel bundles 21 of the form partially shown in Fig. 2 are suspended in each channel 20 with With the aid of a cable 24 between the upper spider 8 of the uppermost fuel element bundle of FIG Row 23 and an extension 25 of a screw anchor 26, which in the head surface 27 of the biological

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sehen Schutzkörpers 15 eingesenkt ist. Beschickungsrohre 29 zwischen dem biologischen Schutz 15 und der Graphitmoderator-Bauteilgruppe 16 gestatten es, die Reihe oder Kette von Brennstoffelementenbündeln 23 in den Reaktor einzuführen oder herauszunehmen. Die Beschickungsrohre 29 sind mit öffnungen 30 zum Durchtritt des Kühlgases versehen.see protective body 15 is sunk. Feed pipes 29 between the biological protection 15 and of the graphite moderator assembly 16 allow the row or chain of fuel element bundles 23 to introduce or remove from the reactor. The feed pipes 29 are provided with openings 30 for Provided passage of the cooling gas.

Claims

PATENT CLAIMS:

1 »Nuclear reactor fuel element, which consists of a hollow, non-metallic material

having the nuclear fuel component in a protective envelope, characterized in that the cavity this fuel component is filled with a porous material, which contains both the fission product gases, which are generated in the nuclear fuel component to hold as well as the nuclear fuel component able to support at the same time.

2. Nuclear reactor fuel element according to claim 1, characterized in that the fuel component consists of uranium dioxide and the porous filling material consists of magnesium oxide.

1 sheet of drawings