DE1084394B

DE1084394B - Verfahren zur Herstellung von Brennstoffelementen fuer Kernreaktoren

Info

Publication number: DE1084394B
Application number: DES63142A
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Heinz Stehle
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1959-05-26
Filing date: 1959-05-26
Publication date: 1960-06-30

Description

DEUTSCHES

Bei heterogenen Kernreaktoren, insbesondere bei Druckwasserreaktoren, wird das spaltbare Material in Form sogenannter Brennstoffelemente eingebracht. Diese Brennstoffelemente besitzen eine Umhüllung aus einem Material, das einen verhältnismäßig niedrigen neutronenabsorbierenden Querschnitt besitzt, beispielsweise rostfreiem Stahl, Zirkon oder Zirkonverbindungen. Diese Umhüllung ist erforderlich, um eine Verseuchung des Kühlmittels mit radioaktiven Spaltprodukten zu verhindern. Für eine gute Ausnutzbarkeit des Reaktors ist es erforderlich, eine intensive Kühlung des in den Brennstoffelementen befindlichen spaltbaren Materials, z. B. Urandioxyd, durchzuführen. Dies bedeutet, daß zwischen der Umhüllung und dem eigentlichen spaltbaren Material eine sehr innige wärmeleitende Verbindung hergestellt werden muß.

Es ist bekannt, diese Brennstoffelemente zur besseren Kühlung rohrförmig zu gestalten, also ein inneres und ein äußeres Hüllrohr zu verwenden. Wenn der Abstand zwischen den in den Brennstoffelementen befindlichen pillenförmigen Spaltstoffen und den begrenzenden Hüllrohren sehr klein gehalten wird, so wird sich durch die Erwärmung während des Betriebes das spaltbare Material so weit ausdehnen, daß es in Verbindung mit dem Außenhüllrohr kommt. Da jedoch der Wärmeausdehnungskoeffizent des Hüllrohrmaterials in vielen Fällen kleiner als derj enige des spaltbaren Materials ist und die Temperatur des Spaltstoffes höher als die des Hüllenrohres ist, wird sich der Abstand gegenüber dem Innenhüllrohr vergrößern. Es ist also nicht möglich, die Vorteile einer Kühlung von innen und von außen voll auszunutzen. Das gleiche gilt auch für den Fall, daß das Außenhüllrohr nach dem Einfüllen der ringförmigen Spaltstoffpillen gestreckt wird und sich dadurch bereits im kalten Zustand an diese anlegt.

Die vorliegende Erfindung verbessert den Wirkungsgrad derartiger Brennstoffelemente und bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Brennstoffelementen für heterogene Kernreaktoren, insbesondere Druckwasserreaktoren, in rohrförmiger Bauart mit Innen- und Außenkühlung. Erfindungsgemäß wird das spaltbare Material, beispielsweise Urandioxyd, in den ringförmigen Raum zwischen Innen- und Außenhüllrohr des Brennstoffelementes in Form von Ringsektoren eines entsprechend kleineren mittleren Durchmessers eingefüllt und durch Streckung des Außenhüllrohres in innigen Wärmekontakt mit dem Innen- und Außenhüllrohr gebracht. Der prinzipielle Vorteil der genannten Anordnung besteht darin, daß zwischen den Spaltstoff-Ringsektoren ein kleiner Abstand bleibt, so daß durch den Streckvorgang der Außenhülse ein guter Wärmekontakt auch zum Innenhüll-Verfahren zur Herstellung

von Brennstoffelementen

für Kernreaktoren

Anmelder:

Siemens-Sclmckertwerke
Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr. rer, nat. Heinz Stehle, Erlangen,

ist als Erfinder genannt worden

rohr erreicht wird und bei Erwärmung eine tangentiale Ausdehnungsmöglichkeit der Spaltstoffsektoren gegeben ist, der Wärmekontakt zum Innenhüllrohr also nicht verloren geht. Beim Aufbau derartiger Brennstoffelemente ist es außerdem von Vorteil, eine Aufteilung des Innenraumes derselben durch ringförmige Metallscheiben und/oder durch axiale Stege, die mit den Innen- und Außenhüllrohr en verlötet sind, vorzunehmen. Diese Unterteilung hat den Vorteil, daß der Längsschub bei der Erwärmung der Spaltstoffpillen sich auf die einzelnen Kammern des Brennstoffelementes verteilt, d. h. nicht konzentriert an einem Ende auftritt, was leicht zu einer Beschädigung der Umhüllung führen kann. Außerdem wird dadurch bei einer möglichen Beschädigung der Umhüllung der Austritt spaltbaren Materials in das Kühlmittel auf ein Mindestmaß beschränkt.

Die Fig. 1 bis 4 dienen der Erläuterung dieser Erfindung. Das äußere Hüllrohr ist mit 1, das innere Hüllrohr mit 2, die Spaltstoffsektoren sind mit 3, der zwischen ihnen befindliche Spalt mit 4 und die metallischen Querscheiben mit 5 bezeichnet. Die in axialer Richtung vorgeschlagenen Zwischenstreifen sind bildlich nicht dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen scihematischen Querschnitt durch ein derartiges Brennstoffelement vor dem Streckvorgang des äußeren Hüllrohres. Die Zwischenräume 4 zwischen den einzelnen Sektoren sind verhältnismäßig groß. Außerdem sind noch Abstände zur Innen- und Außenhülse vorhanden.

Fig. 2 zeigt den Querschnitt desselben Brennstoffelementes nach dem Streckvorgang. Der Abstand 4 zwischen den einzelnen Spalstoffsektoren 3 ist jeweils kleiner geworden, die Spaltstoffsektoren haben nun-

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mehr aber direkte Berührung mit dem Innen- und Außenhüllrohr. Fig. 3 zeigt den schematischen Querschnitt eines derartigen Brennstoffelementes in Betrieb. Die direkte Verbindung der Spaltstoffsektoren zum Innen- und Außenhüllrohr — im Sinne einer guten Wärmeleitung-—-ist geblieben, durch dietangentiale Wärmeausdehnung haben sich jedoch die Querspalte 4 bis auf ein Minimum verringert.

Fig. 4 zeigt die perspektivische Ansicht eines teilweise aufgeschnittenen derartigen Brennstoffelementes, wobei hier noch eine Einteilung in einzelne Kammern durch horizontale Zwischenscheiben 5 vorgenommen ist. Aus dieser Darstellung ist auch ersichtlich, daß durch Einfügung zusätzlicher radialer Stege das Kammervolumen und damit eine eventuelle Verunreinigung des Reaktorkühlmittels durch Beschädigung eines Hüllrohres weiter begrenzt werden kann. Selbstverständlich kann die Unterteilung der Brennstoffelemente auch allein durch Radialstege, also ohne Zwischenscheiben 5 erzielt werden. Die Verlötung der Stege und Scheiben mit den Hüllrohren 1 und 2 kann in einem Ofen oder auf induktivem Wege erfolgen, wenn die zu verlötenden Teile in üblicher Weise, z. B. auf galvanischem Wege, vorher mit einem geeigneten Lötmaterial versehen werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Herstellung von Brennstoffelementen für heterogene Kernreaktoren, insbesondere Druckwasserreaktoren, in rohrförmiger Bauart mit Innen- und Außenkühlung, dadurch gekennzeichnet, daß das spaltbare Material, beispielsweise Urandioxyd, in den ringförmigen Raum zwischen Innen- und Außenhüllrohr des Brennstoffelementes in Form von Ringsektoren eines entsprechend kleineren mittleren Durchmessers eingefüllt und durch Streckung des Außenhüllrohres in innigen Wärmekontakt mit dem Innen- und Außenhüllrohr gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum zwischen den beiden Hüllrohren in Längsrichtung durch ringförmige Metallscheiben, die mit dem Innen- und dem Außenhüllrohr nachträglich verlötet werden, in mehrere Räume unterteilt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum zwischen den beiden Hüllrohren, gegebenenfalls zusätzlich, durch axiale Stege unterteilt ist, die mit dem Innen- und dem Außenhüllrohr dicht verlötet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen