DE1190113B

DE1190113B - Kernreaktor-Brennstoffelement

Info

Publication number: DE1190113B
Application number: DEU6803A
Authority: DE
Inventors: Leslie Reginald Blake
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1959-01-12
Filing date: 1960-01-09
Publication date: 1965-04-01
Also published as: GB907393A; US3105807A; BE586460A; FR1244856A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

G 21

Deutsche Kl.: 21g-21/20

Nummer: 1190113

Aktenzeichen: U 6803 VIII c/21 g

Anmeldetag: 9. Januar 1960

Auslegetag: l.April 1965

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kernreaktor-Brennstoffelement, dessen Brennstoffkörper in einer mit Außenrippen versehenen Hülle eingeschlossen ist, wobei die Hülle aus zwei Metallplatten bestellt, deren Randteile dicht miteinander verbunden sind.

Eines der schwierigsten Probleme bei Brennstoffelementen für Kernreaktoren ist die Verformung des Brennstoffs durch die Spaltprodukte, die bei der Bestrahlung des Brennstoffs entstehen. Hierbei kann es sich um ein Anschwellen des Brennstoffs handeln, der sich dann, wenn er durch eine starke Brennstoffhülse begrenzt wird, axial ausdehnt. Aus Gründen der besseren Wärmeübertragung sollen jedoch die Brennstoffhülsen so dünn wie möglich, aber auch so stark sein, daß sie thermischer Wechselbelastung und thermischen und mechanischen Stößen widerstehen, die beim Beschickungsvorgang auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines plattenförmigen Kernreaktor - Brennstoffelementes, bei dem die Seitenkanten der Hülle so angeordnet und miteinander verbunden sind, daß sich nachgiebige Stopfen bilden, die vorzugsweise im Abstand von dem Brennstoffkörper gehalten sind, so daß dem Anwachsen des Brennstoffs Rechnung getragen werden kann, ohne daß die Hülle übermäßig beansprucht oder der Kühlmittelfluß beeinträchtigt wird.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, längsverlaufende Abstandshalterippen an der Außenseite der Hülle von plattenförmigen Brennstoffelementen vorzusehen. Auch sind schon Platten mit rohrförmigen Abschnitten, die sich längs der Platten erstrecken und durch Verbindungsbereiche miteinander verbunden sind, stranggepreßt worden. Jeder rohrförmige Abschnitt enthält dabei Brennstoffpellets (ein Gemisch von ThO₂ und angereichertem UO₂) und eine Bleifüllung, und die Enden sind zugequetscht und durch eine Löt- oder Schweißverbindung abgeschlossen.

Bei dem Kernreaktor-Brennstoffelement gemäß der Erfindung sind die über den Brennstoffkörper hinausragenden Teile der beiden Metallplatten nach innen wellenförmig eingebogen, und die Enden der jeweils zugeordneten Teile sind miteinander verbunden.

Es ist vorteilhaft, wenn der eingebogene Teil der Hülle vom Brennstoffkörper durch einen Zwischenraum getrennt ist.

Eine Anzahl von Brennstoffelementen nach der Erfindung kann in einen Behälter von rechteckiger oder kastenartiger Form eingesetzt werden und ergibt einen Brennstoffblock, der in den Reaktorkern eingesetzt und wieder aus ihm herausgenommen wird.

Kernreaktor-Brennstoffelement

Anmelder:

United Kingdom Atomic Energy Authority,

London

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,

Siegen, Oranienstr. 14

Als Erfinder benannt:

Leslie Reginald Blake, London

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 12. Januar 1959 (1141)

Der Behälter kann drei oder vier Seitenwände und offene Enden haben.

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

F i g. 1 eine Teilseitenansicht eines Brennstoffelementes nach der Erfindung in einem im Schnitt dargestellten Behälter,

F i g. 2 eine perspektivische Teildraufsicht des in der F i g. 1 dargestellten Brennelementes,

F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie IH-III der

F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig.l,

F i g. 5 eine vergrößerte Schnittansicht des Brennstoffelementes gemäß der Linie IV-IV der F i g. 1,

Fig. 6 und 7 ähnliche Ansichten wie Fig. 5 von abgeänderten Ausführungsformen,

F i g. 8 eine ähnliche Ansicht wie F i g. 5 von nebeneinanderliegenden Brennstoffelementen in einer anderen Ausführungsform und

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Claims

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F i g. 9 eine ähnliche Ansicht wie F i g. 8 einer verschweißt sind und wirkungsmäßig den in den

weiteren Konstruktion. Fig. 5 und 6 wiedergegebenen Konstruktionen

Wie aus den Zeichnungen (in denen gleiche Be- gleichkommen.

zugszeichen gleiche Teile bezeichnen) hervorgeht, Die Außenflächen der Hülsen 7 und 8 (oder 7' betrifft die in den F i g. 1 bis 5 dargestellte Ausfüh- 5 und 8' oder 7" und 8") sind mit gekrümmten Längs- rungsform einen Brennstoffblock, der beispielsweise rippen 21 versehen, die in Abschnitte unterteilt sein in einen Rahmen eingesetzt werden kann. Mehrere können, wie es dargestellt ist, oder ununterbrochen derartige Rahmen bilden dabei den Kern eines über die gesamte Länge der Hülse reichen können. Die Schnellreaktors. Der Brennstoff block 1 besteht aus Rippen 21 sind in entgegengesetzter Richtung an gegen- einem kastenartigen Behälter 2 mit offenem unterem io überliegenden Seiten der Hülse gekrümmt, wie aus Ende, um den Eintritt des Kühlmittels, das von unten der F i g. 1 zu ersehen ist, in der die Rippen 21 der nach oben strömt, zu ermöglichen. Der Behälter 2 gegenüberliegenden Seite mit gestrichelten Linien besteht aus rostfreiem Stahl und hat quadratischen dargestellt sind. Nebeneinanderliegende Brennstoff- Querschnitt, und die einander gegenüberliegenden elemente 5 berühren sich daher an Stellen, an denen Wände 3 sind nur oben und unten mit Nuten 4 ver- 15 sich die Rippen 21 miteinander kreuzen. Hierdurch sehen. In diese Nuten sind die Brennstoffelemente wird ein Zwischenraum zwischen den Brennstoffele- (allgemein mit dem Bezugszeichen 5 versehen) so menten 5 geschaffen, durch den Kühlmittel fließen eingesetzt, daß sie oben und unten gehalten werden, kann. Außerdem wird gleichzeitig eine Halterung der so daß sie sich bis zu einem gewissen Ausmaß aus- Elemente erreicht und die Möglichkeit zu einer ge- biegen können, wenn Erhitzung und Strahlung auf ao wissen Verformung der Hülsen zwischen den Rippen sie einwirken. Es ist eine dritte ununterbrochene 21 zur Ausdehnung der Brennstoffkörper 6 nach Wandung 3' vorhanden, während die vierte Seite außen in einer etwa zur Achse 16 in Fig. 5 senk offen ist, um ein Ausbiegen von Brennstoffelementen rechten Richtung geboten. Die F i g. 3 und 4 zeigen, in dem Behälter 2 bis zu einem gewissen Grade zu wie sich die Rippen 21 einander berühren. Die Rip- ermöglichen. Dieses Ausbiegen wird durch die un- 35 pen 21 können während des Walzens des Bleches, unterbrochene Wandung 3' eines sich anschließenden das zur Herstellung der Teile 7 und 8 (oder T und 8' Behälters begrenzt, wenn die Brennstoffblöcke 1 in oder 7" und 8") verwendet wird, hergestellt werden, einen Rahmen, wie bereits erwähnt, eingesetzt sind. Es ist nicht unbedingt erforderlich, beide Außen-

Jedes Brennstoffelement 5 besteht aus plattenför- flächen der Hülse mit Ringen zu belegen. Es können

migen Brennstoffkörpern 6 aus Spaltstoff oder einer 30 Rippen 21 α nur an einer Außenfläche vorhanden

Legierung hiervon, beispielsweise einer U 235- oder sein, beispielsweise, wie die F i g. 8 zeigt, nur an der

einer Pu-Legierung. Die Brennstoffkörper befinden Außenfläche des Teiles 8 a der Hülse. Die Rippen

sich in einer aus zwei Blechen 7 und 8 bestehenden 21a berühren die ebene Außenfläche des Teiles 7 a

Hülse, welche die Stirnseiten der Brennstoffkörper 6 des nächstfolgenden Brennstoffelementes 5 a usw.

innig berühren und an den Kanten 9 oben nach unten 35 Die Rippen 21a sind tiefer als die Rippen 21, 21'

zusammengeschweißt sind (s. F i g. 2), wodurch bei nach den F i g. 5 und 6, damit die Breite des Kühl-

Strahlung eine gewisse Längsausdehnung der Brenn- mittelkanals nicht vermindert wird.

Stoffkörper 6 ermöglicht wird. Die Hülsenbleche kön- Eine andere abgeänderte Ausführungsform ist in

nen aus Zy°kon, Niob, Vanadium oder irgendeinem der F i g. 9 dargestellt. Hier sind Rippen 21 b an

anderen geeigneten Material bestehen. Die Seiten- 40 beiden Außenflächen der Hülse vorgesehen, d. h. an

kantenteile 10 und 11 der Teile 7 und 8 (s. F i g. 5) deren beiden Teilen 7 b und 8 b. Diese Rippen sind

sind verstärkt und nach innen umgebogen, so daß sie jedoch nicht gekrümmt, sondern verlaufen gerade

sich an der Stelle 12 berühren. Eine Schweißnaht 13 und berühren die Außenfläche des nächsten Brenn-

befindet sich in einer Vertiefung 14, die infolge der Stoffelementes Sb zwischen den Rippen 21b. Bei

Umbördelung entstanden ist. Die Enden der Kanten- 45 dieser Konstruktion ist die Tiefe der Rippen 21 b

teile 10 und 11 berühren die Brennstoffkörper 6 nicht, wiederum größer als bei den Rippen 21, 21' der

und der Zwischenraum 15 zwischen ihnen und den F i g. 5 und 6, um einen Kühlmittelkanal genügender

Brennstoffkörpern ist entweder mit Natrium oder Breite zu gewährleisten.

inertem Gas gefüllt oder evakuiert. Der Zwischen- Die hier beschriebenen Brennstoffelemente haben raum 5 zusammen mit dem nachgiebigen, durch die 50 den Vorteil, daß ein Brennstoffwachstum ermöglicht einander berührenden Teile 10 und 11 gebildeten wird, ohne daß die Kühlmittelkanäle ungünstig be Verschluß ermöglicht eine Ausdehnung der Brenn- einflußt werden, oder daß starke Kräfte in den Hül- stoffkörper nach außen in Richtung ihrer Seiten- sen entstehen, so daß die normale Hülsenwandstärke achse, die durch die strichpunktierte Linie 16 in der dünn sein kann und sich verbesserte Wärmeübertra- F i g. 5 dargestellt ist. Bei einer abgeänderten, in der 55 gungseigenschaften ergeben. Die Brennstoffelemente F i g. 6 gezeigten Ausführungsform haben die Teile 7' können daher länger der Strahlung ausgesetzt und und 8' der Hülse verstärkte Randteile 10' und 11', der Brennstoff stärker ausgebrannt werden.
die von den Enden der Endteile entfernt sind, sowie

Teile 17 und 18 von normaler Stärke, die umgebör- Patentansprüche:
delt sind und einander an der Stelle 19 berühren, so 60

daß sie zwischen den Teilen IO' und 11' hindurch- 1. Kernreaktor - Brennstoffelement, dessen treten. Sie sind außen an der" Hülse durch eine Brennstoffkörper in einer mit Außenrippen ver Schweißnaht 20 verschweißt. Auch diese Ausbildung sehenen Hülle eingeschlossen ist, wobei die Hülle ermöglicht eine Ausdehnung der Brennstoffkörper 6' aus zwei Metallplatten besteht, deren Randteile nach außen in Richtung der Achse 16'. Bei einer 65 dicht miteinander verbunden sind, dadurch weiteren Ausführungsform, die Fig. 7 veranschau- gekennzeichnet, daß die über den Brennlicht, haben die Kanten der Teile 7" und 8" balgenstoßkörper hinausragenden Teile der beiden artige Falten, die außen durch eine Schweißnaht 13" Metallplatten nach innen wellenförmig eingebo-

gen und die Enden der jeweils zugeordneten Teile miteinander verbunden sind.

2. Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eingebogene Teil der Hülle vom Brennstoflkörper durch einen Zwischenraum getrennt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1040712; britische Patentschriften Nr. 768078, 771111, 802998;

USA.-Patentschrift Nr. 2855355; »Nuclear Power«, Vol. 1, 1956, S. 128/129.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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