DE1221371B

DE1221371B - Kernreaktor-Brennstoffelement

Info

Publication number: DE1221371B
Application number: DEU8393A
Authority: DE
Inventors: Richard Dean Cheverton
Original assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Current assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Priority date: 1961-01-11
Filing date: 1961-10-13
Publication date: 1966-07-21
Also published as: US3175955A; GB910366A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Inta.:

G21c

Deutsche Kl.: 21g-21/20

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

U 8393 VIII c/21 g
13. Oktober 1961
21. Juli 1966

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kernreaktor-Brennstoffelement, bestehend aus einer oder mehreren umhüllten Brennstoffplatten, deren spaltbares Material enthaltender Kern aus zwei mindestens mit je einer Fläche aneinanderliegenden Teilen besteht.

Es ist bereits bekannt, den Kern eines Brennstoffelements aus mehreren aneinanderliegenden Schichten verschiedener Zusammensetzungen aufzubauen, nämlich mit einer inneren Schicht aus Brennstoff und äußeren Schichten aus spaltbarem Material. Die Anwesenheit des Brennstoffs gestattet die Umwandlung von nicht spaltbaren in spaltbare Atome, so daß sich auf diese Weise der Spaltstoff regeneriert, während er verbraucht wird.

Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein plattenförmiges Brennstoffelement zu schaffen, das in einem Reaktor, in dem es einer unterschiedlich starken Flußdichte ausgesetzt ist, gleichmäßig abbrennt.

Zur Lösung dieses Problems wird erfindungsgemäß das Brennstoffelement derart ausgebildet, daß die beiden Kernteile eine in Richtung einer Abmessung der Brennstoffplattenfläche sich ändernde Dicke besitzen und daß der innere Kernteil (Primärkernteil) den Spaltstoff in gleichmäßiger Verteilung und der äußere Kernteil (Sekundärteil) einen in einem Trägermaterial verteilten Neutronen-Absorberstoff enthält.

Die Wirkung dieser Maßnahme besteht darin, daß der Neutronenfluß ausgeglichen wird, so daß der den Spaltstoff enthaltende Kernteil gleichmäßig abbrennt.

Die erfindungsgemäße Ausbildung unterscheidet sich nach Aufgabenstellung und Lösung ebenfalls grundsätzlich von bekannten Brennstoffelementen, bei denen sich innerhalb der Ummantelung mehrere Schichten befinden, welche eine Keramik- oder Zementauskleidung der Ummantelung darstellen, durch welche eine chemische Reaktion zwischen dem Brennstoffkern und der Ummantelung unterbunden wird.

Es ist bekannt, abbrennbare Neutronen-Absorberstoffe, wie z. B. Bor, zum Steuern der Energieverteilung zu verwenden. Brennbare Neutronen-Absorberstoffe wurden bisher homogen in dem Spaltstoff des Reaktors, in dem sie verwendet wurden, dispergiert. Ungünstigerweise wird jedoch, wenn ein Brennstoffelement mit sich verändernder Konzentration aus dieser homogenen Mischung gebildet wird, ein Konzentrationsgradient des Neutronen-Absorberstoffes zwangläufig erhalten, der in gleicher Richtung wie die Spaltstoffkonzentration zunimmt. Um den abbrennbaren Neutronen-Absorberstoff voll auszunutzen, muß dieser in jeweils bestimmter Weise verteilt wer-Kernreaktor-Brennstoffelement

Anmelder:

United States Atomic Energy Commission,
Germantown, Md. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Abitz, Patentanwalt,

München 27, Pienzenauer Str. 28

Als Erfinder benannt:
Richard Dean Cheverton,
Knoxville, Tenn. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 11. Januar 1961 (82141)

den. Zum Beispiel kann es nötig sein, den Neutronen-Absorberstoff gleichmäßig zu verteilen. In anderen Situationen kann es nötig sein, den Neutronen-Absorberstoff mit einem Gefälle zu verteilen, das sich der Größe und/oder der Richtung nach von dem Gefalle der Spaltstoffkonzentration unterscheidet.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Brennstoffelements wird sichergestellt, daß im Brennstoffelement zugleich ein Konzentrationsgefälle des Spaltstoffes und eine bestimmte Verteilung des abbrennbaren Neutronen-Absorberstoffs vorhanden sind.

Insbesondere ist gemäß einer Ausführungsform eines Brennstoffelements nach der Erfindung die Konzentration des NeutronenAbsorberstoffs, ausgedrückt in Anzahlen von Atomen pro Volumeinheit, in dem gesamten zusammengesetzten Kern an jeder Stelle gleich.

An Hand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.

F i g. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Reaktorstruktur, bei der erfindungsgemäß ausgebildete Brennstoffelemente besonders geeignet sind;

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Brennstoffelement;

F i g. 3 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine an der Reaktorstruktur, bei der ein erfindungsgemäß ausgebildetes Brennstoffelement.verwendet wird;

Fig. 4 zeigt einen Horizontalschnitt durch die in der Fig. 3 dargestellten Reaktorstruktur;

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Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht des Ker- ein Sekundärkernteil, der einen abbrennbaren Neu?

nes der in den Fig.β und 4 dargestellten Reaktor- tronen-Absorberstoff enthält, vorgesehen wird. Der

strukturen; ' Primärkernteil 11 (s. die Fi g. 2) enthält den spalt-

Fig. 6 und 7 zeigen Transversalschnitte durch baren Brennstoff. Er ist von einem Sekundärkernteil

Brennstoffelemente, die bei der in der Fig. 5 darge- 5 umgeben, der zwei Paare von keilförmigen Elementen

stellten Reaktorstruktur verwendet werden. --?"> 12 aufweist. Der Sekundärkernteil enthält keinen

In der F i g. 1 ist eine schematische Ansicht ,einer spaltbaren Brennstoff, jedoch einen abbrennbaren Reaktorstruktür dargestellt, die mit untermoderierten Neutronen-Absorberstoff, der in irgendeinem unKernen und relativ großen moderierenden Reflek- schädlichen Trägermaterial, wie z. B. Aluminium, ditoren arbeitet. Zwei Bereiche 1 und 2; von ^;.denen io spergiert ist. Die Dicke des Sekundärkernteils kann jeder mehrere spaltbaren Brennstoff enthaltende in irgendeiner Weise variieren, so daß die gewünschte Platten 3, die parallel und im Abstand voneinander Verteilung des Neutronen-Absorberstoffs erhalten angeordnet sind, besitzt, werden vermittels einer wird.

Moderatorinsel 4 voneinander getrennt und von mo- Mittels eines zusammengesetzten Kernes können

derierenden Reflektoren 5 eingeschlossen. Diese 15 unzählig viele Kombinationen von Primär- und

Struktur ist geeignet, um einen Strom eines moderie- Sekundärkernformen und Zusammensetzungen erhal-

renden flüssigen Kühlmittels, wie zum Beispiel' von ten werden, um irgendeine gewünschte Energievertei-

Wasser, durch die durch die Platten 3 bestimmten lung in einem Reaktor zu erreichen. Zum Beispiel kann

Abstände 6 zu leiten:'Die Geometrie und das Ver- Bor gleichmäßig über die Primär- und Sekundärkern-

hältnis von Brennstoff zu Moderator des Kernes, der 20 teile in der gleichen Konzentration verteilt werden,

die Plattenl und die zwischen diesen Platten fließende und die Form der Keile des Sekundärkernteils können

moderierende Flüssigkeit aufweist, sind so bemessen, so gewählt werden, daß die zwei Kernteile (das heißt

daß ein großer Prozentsatz von Neutronen aus dem Primär- und Sekundärteil) einen zusammengesetzten

Kern in die umgebenden Moderator-Reflektorblöcke 5 Kern gleichmäßiger Dicke bilden. Diese Kombina-

und die Moderatorinsel 4 entweicht. 25 tion ist in der Fig. 2 dargestellt und mit ihr wird

Infolge der moderierenden Eigenschaften des Re- eine gleichmäßige Verteilung des Neutronen-Absorflektors werden die Neutronen schnell auf thermische berstoffs zusammen mit einer abgestuften Verteilung Energien verlangsamt und in den Kern zurückge- des Spaltstoffes erhalten. Wenn das Bor aus dem streut, um weitere Spaltungen zu bewirken. Als Er- Primärkernteil weggelassen wird, erhält man einen gebnis hiervon nimmt der thermische Neutronenfluß 30 Borgehalt, der in entgegengesetzter Richtung zu dem des Reaktors die schematisch durch die Kurven 7 Anstieg des Spaltstoffs ansteigt. Darüber hinaus köndargestellte Form an, welche auf der Seite der in der nen die Keile, aus denen der Sekundärkernteil be-F i g. 1 dargestellten Reaktorstruktur aufgetragen ist. steht, eine andere Form, wie in der F i g. 2 dargestellt

Wenn die Spaltstoffverteilung in den Platten 3 ist, besitzen, um irgendeinen anderen Anstieg des gleichmäßig ist, ist der schematische Neutronenfluß 35 Borgehalts in irgendeiner Richtung zu erhalten,
quer durch den Kern annähernd proportional der Wie in der Fig.2 dargestellt ist, bedeckt der Energiedichte in diesem. Aus der Form der den Neu- Sekundärkernteil 12 alle beiden Hauptflächen des tronenfluß wiedergebenden Kurve in der Fig. 1 kann Primärkernteils 11. Obgleich diese Anordnung beersehen werden, daß die Energiedichte in dem Kern vorzugt wird, kann der Sekundärkernteil jedoch auch an den Punkten 8 und 9 in der Nähe der Grenze von 40 so ausgebildet sein, daß er nur eine Hauptfläche des Kern und Reflektor Spitzenwerte annimmt. In idealer Primärkernteils bedeckt. Wenn diese Anordnung ab-Weise wäre eine Energieverteilung quer durch den wechselnd erfolgt, berühren sich die Primär- und Kern so, wie sie durch die gestrichelte Linie 10 ange- Sekundärkernteile nur jeweils mit einer Fläche, und deutet ist. In diesem Falle würde die durchschnittliche jeder Kernteil berührt mit der anderen Fläche eine Energiedichte gleich der maximalen erlaubten Ener- 45 Umhüllungsplatte,
giedichte sein. Mit der zusammengesetzten Spaltstoffplatte, wie

In der Fig. 2 ist ein horizontaler Querschnitt sie oben beschrieben wurde, wird noch ein wichtiger durch eme Brennstoffplatte, die gemäß der vorliegen- zusätzlicher Vorteil erreicht. Häufig ist es schwierig, den Erfindung ausgebildet ist, gezeigt, wobei die eine fehlerfreie Bindung zwischen der Umhüllung ideale flache Energieverteilung, wie sie durch die ge- 5° und dem Spaltstoffkern einer Brennstoffplatte zu erstrichelte Linie 10 in der Fig. 1 angedeutet ist, da- reichen. Bei·einem zusammengesetzten Kern kann durch bewirkt wird, daß ein Primärkernteil 11 so das Trägermaterial für den Sekundärkernteil aus ausgebildet wird, daß seine Dicke sich im umgekehr- Materialien bestehen, die sich leichter mit dem Umten Verhältnis zu dem Neutronenfluß quer zu seiner hüllungsmaterial verbinden, als das mit den Materia-Breite in der dargestellten Weise ändert. Der Primär- 55 lien der Fall ist, die für den Primärkern verwendet kernteil 11 wird von einem Sekundärkernteil 12, werden. Deshalb kann bei der Planung des Reaktors dessen Funktion weiter unten erläutert wird, und eine größere Anzahl von Umhüllungsmaterialien in einer Schutzhülle 13 umgeben. Der Primärkernteil 11 Betracht gezogen werden.

enthält den spaltbaren Brennstoff und kann entweder Um die Erfindung im einzelnen zu erläutern, wird

eine Legierung oder ein Pulver in metallischer Dis- 60 ein Reaktor beschrieben, der einen thermischen Neu-

persion enthalten. tronenfluß von über 10¹⁵ Neutronen pro Quadrat-

Wie bereits oben ausgeführt wurde, ist es oftmals Zentimeter und Sekunde zu erreichen in der Lage ist.

erforderlich, einen abbrennbaren Neutronen-Ab- In den Fig. 3 und 4 sind Vertikal- und Horizontal-

sorberstoff in den Brennstoffplatten eines Reaktors schnitte durch den Reaktor dargestellt. Ein ringför-

mit einem Konzentrationsgradienten, der sich von 65 miger Spaltstoffbereich 14, der im einzelnen weiter

dem Konzentrationsgradienten des Spaltstoffs unter- unten genauer beschrieben werden wird, bestimmt

scheider, zu verteilen. Gemäß der Erfindung wird einen zentralen zylindrischen Kanal 15 und ist von

eine solche Dispersion von Bor dadurch erreicht, daß einem entfernbaren Berylliumreflektor 16 und. einem

5; 6

fest angeordneten BerylUumreflektor 17 umgeben. stoffplatten 31 befestigt sind. Die Brennstöffplatten Zwischen dem Spaltstoffbereich 14 und dem entfern- 31 folgen in radialer Richtung dem Weg einer Evol- ■ baren Reflektor 16 sind zwei konzentrisch ineinander- vente, die aus der Abwicklung eines Kreises mit; geschobene zylindrische Schichten 1? und 19 (Steuer- einem Durchmesser, der gleich dem äußeren Durchzylinder) angeordnet, die unabhängig voneinander in 5 messer des Rohres 30 ist, entstanden ist. Die Brennvertikaler Richtung und in Abhängigkeit von irgend- stoffplatten 31 werden an der äußeren Peripherie des welchen üblichen Steuereinrichtungen (nicht darge- Elementes 26 im parallelen Abstand voneinander stellt) verstellt werden können. durch ein mit Nuten versehenes Rohr 32, das dem

Jeder dieser Steuerzylinder besitzt etwa drei Kern- inneren Rohr 30 ähnlich ist, gehalten. Es wird festgelängen der Höhe nach und ist aus drei aufeinander- io stellt, daß der Durchmesser des Rohres 30 wesentgesteckten Abschnitten 20, 21 und 22 hergestellt, lieh größer als der Durchmesser des Rohres 29 ist, wobei jeder Abschnitt etwa eine Kernlänge der Höhe wodurch ein Abstand 33 zwischen den beiden Elenach besitzt und die Neutronenabsorptionsfähigkeit menten entsteht.

jedes der Abschnitte merklich zu der Neutronenab- In den F i g. 3 und 4 sind die Brennstoffelemente sorptionsfähigkeit der beiden anderen unterschiedlich 15 25 und 26 schematisch an ihrem Platz in dem Brennist. Der Abschnitt 20 jedes Steuerzylinders ist ein Stoffbereich 14 dargestellt. Sie werden von unten Abschnitt mit einem niederen Neutronen-Absorp- durch geeignete Stützeinrichtungen (nicht dargestellt) tionsquerschnitt, der aus Aluminium hergestellt ist. getragen. Die aktive Anordnung, die in diesen Figu-Die Abschnitte 21 sind aus einem Material mit einem ren dargestellt ist, ist mittels eines druckfesten Manmittleren Neutronen-Absorptionsquerschnitt, z. B. 20 tels (nicht dargestellt) umgeben, durch den gewöhn-Titan, hergestellt, und die Abschnitte 22 sind aus lieh Wasser zirkuliert, um den Kern zu kühlen und einem Material mit großem Neutronenabsorptions- teilweise zu moderieren. Aus diesem Grund ist querschnitt, z. B. Dysprosium, hergestellt. Die Steuer- Wasser in den Räumen zwischen den mit evolventenzylinder sind in der F i g. 3 in der Stellung dargestellt, förmigen Querschnitten ausgebildeten Spaltstoffplatin der sie die größte Absorption besitzen, d. h., in 25 ten der Brennstoffelemente 25 und 26 vorhanden, der der Reaktor seine geringste Reaktivität aufweist. Das Wasser füllt ebenfalls den Raum 33 zwischen Wenn der Reaktor in Betrieb ist und seine Reaktivi- den Elementen 25 und 26 sowie den Mittelkanal 15 tat infolge des Abbrandes abnimmt, wird der Steuer- vollständig aus. Aus einer Durchsicht der Tabelle I zylinder 18 nach unten bewegt, während der Steuer- unten kann ersehen werden, daß der mit Spaltstoff zylinder 19 gleichzeitig nach oben geschoben wird, ₃₀ beschickte Bereich 14 des Reaktors untermoderiert wodurch der Reaktivitätsverlust ausgeglichen wird. ist. Der Reaktor gehört deshalb zu der Klasse, in der Dieses System der konzentrischen Steuerzylinder der thermische Neutronenfluß ein Maximum in dem regelt die Reaktivität über einen weiten Bereich, umgebenden Reflektor und der inneren »Insel« und während nur eine minimale Störung des thermischen ein Minimum innerhalb des mit Spaltstoff besehick-Neutronenflusses in dem Reaktor verursacht wird. ₃₅ ten Bereichs besitzt. Auf Grund des Vorhandenseins

Der Reaktor ist mit einer aus mehreren Balken des Wasserspaltes 33 zwischen den Elementen 25

bestehenden Einrichtung 23 und einer hydraulischen und 26 steigt der thermische Neutronenfluß ebenfalls

Einrichtung 24, die in Nuten geführte Stangen auf- an dieser Stelle in dem mit Spaltstoff beschickten

weist, zu Versuchszwecken versehen. Ein Kanal 15, Bereich leicht an. Mit einer gleichmäßigen Spaltstoff-

der durch einen ringförmigen Spaltstoffbereich 14 be- ₄₀ verteilung würde die Energiedichteverteilung in

stimmt ist, dient als Behälter für zu beschießende gleicher Weise ansteigen. Materialien, die für die Herstellung von radioaktiven

Isotopen verwendet werden. labellel

In der F i g. 5 ist eine perspektivische Ansicht der Kernabmessungen

Brennstoffelemente dargestellt, die den ringförmigen 45 _T„_rtor„ _Q u__f_flv

Spaltstoffbereich 14 in einer Anordnung, wie sie in ^™ ^sP^altstoff™g

den F i g. 3 und 4 dargestellt ist, einnehmen. Das innerer Durchmesser 12,88 cm

innere ringförmige Element 25 ist in das äußere ring- äußerer Durchmesser 26,72 cm

förmige Element 26 eingeschachtelt. Die zwei EIe- ^Höne ⁶⁰>^{96 cm}

mente nehmen auf diese Weise den Spaltstoffbereich 50 Äußerer Spaltstoffring

14_ßt(Fig.3 und 4) ein, der den Mittelkanal 15 frei- ^ _Durchjness ⁸ _{er 28j85 cm}

" . „, _χ__ , ^ _A . ., äußerer Durehmesser 43,51cm

Das innere Element 25 besitzt em inneres Alu- tj«i,„ ^n o< ™«

> . 1 __ 1 .μ „_Λ -ti -ι · * ι XiUUC OU,"O LJU

mimumrohr 27, das mit 171 parallelen, mit Aluminium umhüllten Brennstöffplatten 28 versehen ist, 55 Reflektor

von denen jede in radialer Richtung einer der Evol- innerer Durchmesser 47,96 cm

venten eines Kreises folgt, der einen Durchmesser äußerer Durchmesser 109,22 cm

gleich dem äußeren Durchmesser des inneren EIe- Höhe 60 96 cm

ments 25 besitzt. Es sind in der F i g. 5 nur einige

wenige Spaltstoffplatten in jedem der zwei Spaltstoff- 60. Kernmaterialien

elemente dargestellt. An der äußeren Peripherie des Spaltstoff angereichertes Uran

inneren Elementes 25 werden die Spaltstoffplatten in (etwa 90 %)

einem gleichen Abstand voneinander von einem mit Brennstoffbeschickung ... etwa 8 kg U²³⁵

Rillen versehenen Rohr 29, das dem inneren Rohr Kühlmittel H₂O

27 ähnlich ist, begrenzt, 65 Inselmoderator-Reflektor H₂O

In gleicher Weise besteht das äußere Element 26 Reflektor Be + 5 %> H₂O . _t

aus einem inneren mit Nuten versehenen Aluminium- Strukturmäterial Al

rohr 30, an das 369 mit Aluminium umhüllte Brenn- Metall-Wasser-Verhältnis ■ 1,0 .. : Λ; : ·

In der Fi g. 6 ist ein Querschnitt durch emeBreimstöffplatte des inneren Brennstoffelements 25 dargestellt. Der Primärkernteil 34 besteht im wesentlichen aus 19 Gewichtsprozent Uran (die Anreicherung von U²³S beträgt etwa 90 Vo), 9 ■ 10*⁹ Atome natürliches Bor pro Kubikzentimeter, 2 Gewichtsprozent Silicon, der Rest Aluminium. Der Primärkernteil variiert von einer minimalen Dicke an der Kante, die von dem Aluminiumrohr 27 festgehalten wird, bis zu einer maximalen Dicke an der Stelle 35, von wo er wieder bis zu der Kante, die an dem äußeren Rohr 29 befestigt ist, abnimmt. Mit den Seiten des Primärkernteils 34 sind zwei Aluminiumteile 36, die 9 · 10¹⁹ Atome natürliches Bor pro Kubikzentimer enthalten, fest verbunden. Diese zwei Keile stellen den Sekundärkernteil dar und variieren bezüglich ihrer Stärke, so daß der zusammengesetzte Kern, d. h. der Primärkernteil 34 plus der Sekundärkernteil 36, eine gleichförmige Dicke quer zu der Ausdehnung der Platte besitzt. Eine Aluminiumhülle 37 umgibt den zusammengesetzten Kern vollständig und ist mit diesem fest verbunden.

In der Fig. 7 ist ein ähnlicher Querschnitt einer Spaltstoffplatte des äußeren Spaltstoffelements 26 dargestellt. Der Primärkernteil 38 besteht im wesentlichen aus 27 Gewichtsprozent Uran (etwa 90% mit U²³⁵ angereichert), 2 Gewichtsprozent Silicon, der Rest besteht aus Aluminium. Die Stärke des Primärkernteiles nimmt von der Kante, mit der er an dem inneren Rohr 30 befestigt ist, bis zu einer Stelle 39 auf ein Maximum zu und von da wiederum auf ein Minimum ab, bis zu der Kante, an der er mit dem äußeren Rohr 32 befestigt ist. Mit den Seiten des Primärkernteils 38 sind zwei keilförmige Aluminiumeinsätze 40 festgebunden, die ihrerseits von einer Aluminiumhülle 41 umgeben sind. Die Aluminiumkeile 40 enthalten in dieser Platte kein Bor und dienen lediglich als Füllkörper.

Aus der Fig. 5 und in Zusammenhang mit der Beschreibung der Fig. 6 und 7 kann leicht entnommen werden, daß der mit Brennstoff beschickte Reaktorkern, der aus den Elementen 25 und 26 besteht, eine unterschiedliche Spaltstoffkonzentration besitzt, deren Stärke von dem inneren Rohr 27 sich bis zu dem äußeren Rohr 29 ändert. Die dargestellten Spaltstpff- und Neutronen-Absorberstoffgradienten verringern die Maximalenergie, die auftreten würde, wenn eine gleichmäßige Spaltstoffverteilung vorliegen würde, beträchtlich. In der unten angeführten Tabellen sind die gesamten Dimensionen der Brennstoffplatten, die in den F i g. 6 und 7 dargestellt sind, aufgeführt.

Tabelle II

Gesamtabmessungen der Platten

Innerer Ring
Anzahl der Platten 171

Breite der Platte

(längs der Abwicklungskurve) .. 8,99 cm

Breite des Zusammengesetzen Kerns

(längs der Abwicklungskurve) .. 7,95 cm

Länge der Platten 60,96 cm

Länge des zusammengesetzten Kerns 50,80 cm

Täbelliä II (Fortsetzung)

Stärke der Platten 0,127 cm

Stärke des zusammengesetzten Kerns 0,076 cm
Abstand zwischen den Platten .... 0,127 cm

Äußerer Ring

Anzahl der Platten 369

Breite der Platten

(längs der Abwicklungskurve) .. 8,12 cm

Breite des Zusammengesetzen Kerns 7,21 cm
Länge der Platten 60,96 cm

Länge des zusammengesetzten Kerns 50,8 cm
Stärke der Platten 0,127 cm

Stärke des zusammengesetzten Kerns 0,076 cm
. Abstand zwischen den Platten .... 0,127 cm

Die oben beschriebenen zusammengesetzten Brennstoffplatten können leicht durch bekannte Walzverfahren hergestellt werden. Der zusammengestzte Kern mit den gewünschten Stärkeunterschieden zwisehen Primär- und Sekundärteilen wird zuerst in Form einer Plattine hergestellt, die eine wesentlich größere Stärke als die gewünschte Endstärke besitzt. Die Umhüllungsplatten und ein Rahmen, die ebenfalls viel dicker sind, als sie endgültig sein sollen, werden rund um die Kernplattine angeordnet, und die gesamte Anordnung wird durch Auswalzen bei erhöhten Temperaturen in ihrer Stärke verringert. Die Stärkeunterschiede in der ursprünglichen Kernplattine werden durch den Walzvorgang erhalten.

Die Spaltstoffverteilung in dem Reaktor, wie sie oben beschrieben wurde, erzeugt einen aktiven Kern, in dem das radiale Maximum der durchschnittlichen Energiedichte während der Lebensdauer des Kerns 1,2 ist, wohingegen derselbe Reaktor mit einer gleichförmigen Spaltstoffverteilung ein Maximum der durchschnittlichen Energiedichte von 3,6 besitzen würde.

Claims

Patentansprüche:

1. Kernreaktor-Brennstoffelement, bestehend aus einer oder mehreren umhüllten Brennstoffplatten, deren spaltbares Material enthaltender Kern aus zwei mindestens mit je einer Fläche aneinanderliegenden Teilen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kernteile eine in Richtung einer Abmessung der Brennstoffplattenfläche sich ändernde Dicke besitzen und daß der innere Kernteil (Primärkernteil) den Spaltstoff in gleichmäßiger Verteilung und der äußere Kernteil (Sekundärkernteil) einen in einem Trägermaterial verteilten Neutronen-Absorberstoff enthält.

2. Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärkernteil einen abbrennbaren Neutronen-Absorberstoff zusätzlich zu dem spaltbaren Material enthält.

3. Brennstoffelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärkernteil an beiden Hauptflächen des Primärkernteils anliegt.

4. Brennstoffelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke

des zusammengesetzten Kernes an jeder Stelle gleich ist.

5. Brennstoffelement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Neutronen-Absorberstoffes, ausgedrückt in Anzahlen von Atomen pro Volumeinheit, in dem gesamten zusammengesetzten Kern an jeder Stelle gleich ist.

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In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschriften Nr. 1029 949, 1090786;

USA.-Patentschriften Nr. 2 865 826, 2 938 846;

»Proceedings of the Second United Nations International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy«, Vol. 10,1958, S. 9 und 121.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen