DE1079751B - Brennstoffelementstapel fuer Kernreaktoren - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf Kernreaktoren.

Bei einem Kühlsystem für mit festem Kernbrennstoffarbeitenden Kernreaktoren, welches im»Saclay«- Reaktor angewandt und mitunter als »Umlenk-Kühlsystem« bezeichnet wird, werden die Kühlmittelkanäle von fingerhutförmigen Rohren gebildet, welche durch eine Hülse oder Buchse in Innenkanäle, die sich innerhalb der Hülse befinden, und Außenringkanäle, die sich zwischen der Hülse und dem fingerhutförmigen Rohr befinden, unterteilt sind. Die Brennstoffelemente liegen innerhalb der Hülse, und das Kühlmittel wird gezwungen, zuerst entlang den Außenringkariälen oder durch diese und dann über die Brennstoffelemente in den Innenkanälen hinweg, zuströmen. Dadurch wird sichergestellt, daß die höheren Kühlmitteltemperaturen dort erreicht werden, wo das Kühlmittel nur in Berührung mit Bauteilen oder Bauteilgruppen kommt, die unschwer aus dem Reaktor ausgebaut werden können, falls das heiße Kühlmittel sie angreifen oder zerfressen sollte. Bei einem derartigen Kühlsystem erstrecken sich das Brennstoffelement und die Hülse als eine Bauteileinheit fast über die ganze Länge eines jeden Brennstoffkanals im Reaktorkern, und die Lebensdauer der gesamten Bauteileinheit endet, sobald, irgendein Abschnitt des Brennstoffes die entsprechende Höchstbestrahlungsmenge aufgenommen hat. Die Stelle des größten bzw. stärksten Neutronenflusses in einem Brennstoffkanal liegt normalerweise in seiner Mitte oder in der Nähe derselben. Somit bestimmt die Bestrahlung des mittleren Abschnitts die Lebensdauer der Brennstoffeinheit. Da die Enden der Bauteileinheit nicht einer derart intensiven Strahlung ausgesetzt gewesen sind wie die Mitte, ist daher die mittlere bzw. Durchschnittsbestrahlung des Brennstoffes geringer als diejenige, welche das Element aufnehmen oder ertragen könnte, falls es der Bestrahlung gleichmäßig ausgesetzt wird. Es ist daher ein Zweck der Erfindung, eine Brennstoffelement-Bauteilgruppe zu schaffen, bei welcher der Brennstoff einer höheren Durchschnittsbestrahlung ausgesetzt werden kann.

Bei einem anderen Kühlsystem werden die Brennstoffelemente von Hülsen aufgenommen, die aufeinandergestapelt sind, um Säulen zu bilden. Bei einem derartigen System ist jedoch das Laden und Entladen des Brennstoffs ein umständlicher und zeitraubender Vorgang, da jedes Brennstoffelement im Stapel individuell entfernt und ersetzt werden muß.

Erfindungsgemäß ist ein Brennstoffelementstapel für Kernreaktoren mit einem Umlenk-Kühlsystem und mit gestapelten Kernbrennstoffhülsen zur Aufnahme je einer Teilmenge des Kernbrennstoffs dadurch gekennzeichnet, daß die Kernbrennstoffhülsen

Brennstoffelementstapel für Kernreaktoren

Anmelder:

United Kingdom Atomic Energy Authority, London

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt, Siegen, Oranienstr. 14 . .

Beanspruchte Priorität: Großbritannien vom 24. Juni 1957

Richard Valentine Moore, Appleton, Cheshire,

und August Roumph, Culcheth·, Warrington, Lancashire (Großbritannien), sind als Erfinder genannt worden .::'-.

zu einem kontinuierlichen Rohrkörper über lösbare Stifte oder Hohlstifte so zusammengebaut sind, daß der Stapel von Hülsen in einer anderen als der vorherigen Reihenfolge ohneAusbau des Kernbrennstoffs wieder zusammengesetzt werden kann.

Durch die erfindungsgemäße Ausführungsanordnung wird eine Brennstoffelement-Bauteilgruppe gegeschaffen, welche unterteilt und wieder neu zusammengesetzt werden kann. Dadurch lassen sich in einfacher Weise die weniger bestrahlten Enden der alten Bauteilgruppe nunmehr miteinander in Verbindung bringen, um einen Mittelabschnitt zu bilden, der in der Lage ist, eine weitere Bestrahlung in der Mitte des Reaktors aufzunehmen, während die stärker bestrahlte Mitte der alten Bauteilgruppe die Enden der neuen Bauteilgruppe bildet und danach lediglich eine geringere Bestrahlung auf Grund des Neutronenflusses an der Seitenkante des Reaktorkerns aufnimmt. Auf diese Weise läßt sich ein gleichmäßiger Abbrand des Brennstoffs in der Brennstoffelement-Bauteilgruppe erreichen.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert werden, itnd zwar zeigt

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht und

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie H-II der Fig. 1.

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Wie der Zeichnung zu entnehmen ist, befindet sich ein Kernbrennstoff, welcher die Form einer Reihe von Bündeln oder Büscheln von je sieben Brennstoffstäben 101 hat, in doppelwandigen Hülsen 102, die übereinandergestapelt sind. Die Brennstoffstäbe 101 bestehen aus Uranrohren 103 in rostfreien Schutzstahlhüllen 104 mit Spiralrippen 105 und abgeschweißten Endkappen 106. Auf den Endkappen 106 befinden sich Stöpsel oder Zapfen 107, welche dazu dienen, die Brenntoffstäbe 101 in Schenkelkreuzen 108 zu befestigen und sie an ihren unteren Enden in Schenkelkreuzen 109 zu halten. Die Schenkelkreuze 108 sind an den Hülsen 102 befestigt, während die Schenkelkreuze 109 lose in den Hülsen sitzen. Splinte 110 halten die Brennstoffstäbe 101 in den Schenkelkreuzen 108, 109.

Die Hülsen 102 weisen Bohrungen 111 auf und sind mittels Rohrstifte 112 miteinander verbunden, welche sich durch die Löcher 111 in benachbarten Hülsen 102 hindurch erstrecken. Die oberen Bohrun- ao gen 111 sind durch Verbindungsstifte 113 abgeblockt, die die obere Hülse 102 mit einem Rohr 114 verbinden. Das Rohr 114 weist Kolbenringe 115 auf, um mit einer Außenhülse 120 eine Dichtung herzustellen. Das Rohr 114 trägt ein Nabenstück 116 auf Stegen 117. Das Nabenstück 116 weist eine mittige Bohrung 118 mit einer Aussparung 119 auf, in die ein Spannwerkzeug zum Herausheben der Brennstoffelement-Bauteilgruppe eingreifen kann.

Im Betriebszustand sind die Brennstoffstäbe 101 in die Hülsen 102 eingebaut und in die Brennstoffkanäle in einem Kernreaktor so eingebracht, daß ein Ringzwischenraum zwischen den Kanalwänden und den Hülsen 102 frei bleibt. Das Kühlmittel (z. B. Natrium) fließt in den Ringzwischenraum nach unten, während es auf der Innenseite der Hülsen 102 zwischen den Brennstoffstäben 101 nach oben zurückfließt. Ein Teil des Natriums fließt ebenfalls durch die Löcher 111 hindurch.

Die Brennstoff-Bauteilgruppe kann zu jedem beliebigen Zeitpunkt aus dem Reaktor entfernt und durch Herausnehmen der Rohrstifte 112 und der Verbindungsstifte 113 auseinandergenommmen werden. Der Stapel kann daraufhin wieder so zusammengesetzt werden, daß diejenigen Abschnitte, welche sich vorher in der oberen Hälfte des Reaktors befanden, nach dem Wiedereinbringen in der unteren Hälfte zu liegen kommen, wobei die Mittelabschnitte nach außen gebracht werden, um gleichmäßigen Abstand bei den Brennstoffelementen zu erreichen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Brennstoffelementstapel für Kernreaktoren mit einem Umlenk-Kühlsystem und mit gestapelten Kernbrennstoff hülsen zur Aufnahme je einer Teilmenge des Kernbrennstoffs, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernbrennstoffhülsen (102) zu einem kontinuierlichen Rohrkörper über lösbare Stifte oder Hohlstifte (112) so zusammengebaut sind, daß der Stapel von Hülsen (102) in einer anderen als der vorherigen Reihenfolge ohne Ausbau des Kernbrennstoffs (101) wieder zusammengesetzt werden kann.

2. Brennstoffelementstapel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen mit Bohrungen bzw. Löchern versehen sind, um den Durchfluß eines Teiles des entlang dem Außenkanal fließenden Kühlmittels durch die Hülse zu ermöglichen.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Britische Patentschrift Nr. 768 078;

USA.-Patentschrift Nr. 2 782 158;

»Atomics«, 1957, S. 5;

»Proceedings of the International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy«, 1956, NoI. 2, S.345.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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