DE1086820B - Hohler Brennstab fuer Kernreaktoren - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Beim Bau von Kernreaktoren wird unter anderem eine möglichst effektive Ausnutzung des Kernbrennstoffes angestrebt, um die Wirtschaftlichkeit des Reaktorbetriebes zu erhöhen. Ein Mittel zur Vergrößerung der Leistungsdichte im Brennstoff und damit auch der Leistung des Reaktors stellt die Erhöhung des Oberflächen-Volumen-Verhältnisses des Brennstoffes dar. Dies ist beispielsweise bei »hohlgebohrten« Stabelementen erreicht, die allseitig mit einer metallischen Schutzhülle umgeben sind und bei denen die Brennstoffüllung eine hohlzylindrische Ausnehmung in der Mitte besitzt. Die Gefahr liegt bei diesen Elementen, sofern als Brennstoff keramischer Brennstoff (speziell UO₂) verwendet wird, darin, daß im Betrieb infolge übermäßiger thermischer Spannungen oder mechanischer Beanspruchungen oder infolge Abbrandschädigung einzelne Brennstoff teilchen abbröckeln, durch die Bohrung nach unten fallen, sich dort ansammeln und zu örtlicher Überhitzung der Stäbe führen. Der Brennstab wird dadurch unbrauchbar.

Gegenstand der Erfindung ist ein hohler Brennstab für Kernreaktoren mit metallischem Hüllrohr und ringförmigen bzw. ringsementartigen Brennstofformkörpern, bei denen dieser Nachteil auf einfache Weise beseitigt ist. Die Lösung besteht darin, daß die Wandung des inneren Hohlraumes aus Spaltstofffreiem keramischem Material, z.B. einem MgO-Keramikrohr, besteht. Das Element ist außerdem an beiden Enden mit metallischen Kappen gasdicht verschlossen, die vorzugsweise mit dem gleichen keramischen Material ausgefüttert sind, aus dem das Innenrohr besteht. Dieses ragt in die Aus futter ungen hinein.

Die Zeichnung veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel im Längsschnitt.

Bei dem dargestellten Brennstab ist 1 der innere Hohlraum, 2 die äußere metallische Schutzhülle und 3 der Kernbrennstoff. Letzterer hat die Gestalt ringförmiger bzw. aus Ringsegmenten bestehender Körper. Zur Verhinderung eines Abbröckeins von Kernbrennstoff in den Hohlraum besteht erfindungsgemäß die Wandung des Hohlraumes aus spaltstofffreiem keramischem Material, nämlich dem MgO-Rohr 4, das dicht am Brennstoff anliegt. Das Element ist an beiben Enden mit den Kappen 5, 6 gasdicht verschlossen, die aus den metallischen Schutzhüllen 1, 8 mit den keramischen Ausfütterungen 9, 10 bestehen. Das Keramikrohr 4 ragt unter Belassung der Dehnungsfuge 11 in die Ausfütterungen 9, 10 hinein. Die Schutzhüllen T₁ 8 der Kappen sind mit der Schutzhülle 3 durch Schweißung zu einem Ganzen verbunden.

Es ist vorteilhaft, in den Hohlraum ein inertes Gas, z. B. Helium, einzufüllen und zugleich die Wandung 4 des inneren Hohlraumes gasdurchlässig, z. B. porös, Hohler Brennstab für Kernreaktoren

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dt. rer. nat. Franz-Ludwig v. Bernus
und Dr. rer. nat. Heinz Stehle, Erlangen,
sind als Erfinder genannt worden

zu gestalten. In diesem Falle können die Spaltproduktgase (Xenon und Krypton) in den Hohlraum entweichen, so daß der Gasdruck im Element nicht über-

. mäßig groß wird. Andererseits dringt das Helium in die Brennstoff spalte ein und sorgt für einen guten Wärmeübergang vom Brennstoff zur Hülle. Infolge des großen Heliumvolumens wirken sich die aus dem Brennstoff austretenden Spaltproduktgase prozentual auf die Zusammensetzung der sich nach einem bestimmten Abbrand einstellenden Gasmischung kaum aus. Dadurch bleibt die Wärmeleitfähigkeit der Mischung im Betrieb praktisch unverändert hoch.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Hohler Brennstab für Kernreaktoren mit metallischem Hüllrohr und ringförmigen bzw. ringsegmentartigen Brennstofformkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des inneren Hohlraumes aus spaltstofffreiem keramischem Material, z. B. einem MgO-Keramikrohr, besteht.

2. Brennstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er an beiden Enden mit metallischen

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Kappen gasdicht verschlossen ist, die mit vor- 4. Brennstab nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

zugsweise dem gleichen keramischen Material, aus zeichnet, daß die keramische Innenwand gasdurch-

dem das Keramikrohr besteht, ausgefüttert sind. lässig ist.

3. Brennstab nach Anspruch 2, dadurch gekenn- 5. Brennstab nach den Ansprüchen 1 und 3, dazeichnet, daß das Keramikrohr unter Belassung 5 durch gekennzeichnet, daß der innere Hohlraum einer Dehnungsfuge in die Ausfütterung hinein- mit einem inerten Gas, vorzugsweise Helium, geragt, füllt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©003 570/331 8.60