DE1281590B - Kernreaktor-Brennstoffelement - Google Patents

Kernreaktor-Brennstoffelement

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DE1281590B
DE1281590B DEC30673A DEC0030673A DE1281590B DE 1281590 B DE1281590 B DE 1281590B DE C30673 A DEC30673 A DE C30673A DE C0030673 A DEC0030673 A DE C0030673A DE 1281590 B DE1281590 B DE 1281590B
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fuel
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DEC30673A
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English (en)
Inventor
Bernard Boudouresques
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/02Fuel elements
    • G21C3/04Constructional details
    • G21C3/06Casings; Jackets
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/02Fuel elements
    • G21C3/04Constructional details
    • G21C3/16Details of the construction within the casing
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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Description

  • Kernreaktor-Brennstoffelement Die Erfindung betrifft ein Kernreaktor-Brennstoffelement, bei dem der Brennstoff von einer Umhüllung umschlossen ist, die an ihrem äußeren Umfang mit in Längsrichtung verlaufenden Stegen versehen und hierdurch in einem äußeren Mantel zentriert ist, der aus einem die Neutronen nur wenig absorbierenden Material besteht.
  • Bei Brennstoffelementen dieser Art ist es bekannt, am unteren Ende ein Auflager von geringen Abmessungen vorzusehen, das durch biegsame metallische Drähte mit der Grundfläche des Mantels verbunden ist und der Abstützung des Brennstoffelementes dient. Bei dieser Ausführung wird das gesamte Gewicht des Brennstoffelementes ausschließlich von dem Mantel aufgenommen, was die Druck-Beanspruchung für den Stopfen erheblich vermindert, der die Hülle an dem Ende verschließt, an dem sie auf ihrem Auflager ruht. Bei einer Übereinanderstapelung solcher Brennstoffelemente im Innern eines Kernreaktorkanals nehmen allein die äußeren, meist aus Graphit bestehenden Mäntel die Last der über ihnen aufgestapelten Brennstoffelemente auf, wodurch sich die Belastung der einzelnen Verschlußstopfen weiter verringert. Dessen ungeachtet gibt es jedoch Betriebsbedingungen, insbesondere bei mit hoher Betriebstemperatur arbeitenden Kernreaktoren, unter denen der auf die unteren Verschlußstopfen der Brennstoffelemente ausgeübte Druck immer noch zu groß ist, und insbesondere dann, wenn die Brennstoffelemente sehr lang sind und die Stirnfläche der Verschlußstopfen gering ist, zu einem Fließen des Materials der Verschlußstopfen führt.
  • Den gleichen Nachteil weisen auch die in der deutschen Auslegeschrift 1103 474 beschriebenen Brennstoffelemente auf, bei denen der Brennstoff von einer Umhüllung umschlossen ist, die an ihrem äußeren Umfang mit in Längsrichtung verlaufenden Stegen versehen und hierdurch in einem äußeren Mantel zentriert ist, der aus einem die Neutronen nur wenig absorbierenden Material besteht. Dabei stützen sich der Brennstoff, die Umhüllung und die Stege am unteren Ende jedes Brennstoffelementes über Endglieder am äußeren Mantel ab. Diese Endglieder müssen also einen ganz erheblichen Druck aufnehmen, der bei entsprechenden Betriebstemperaturen Anlaß zu einem Fließen ihres Materials sein kann.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kernreaktor-Brennstoffelement anzugeben, bei dem das Gewicht des Brennstoffs, seiner Umhüllung und der Zentrierstege wesentlich gleichmäßiger, d. h. über eine größere Fläche verteilt, als bisher auf den äußeren Mantel übertragen wird, so daß eine Überlastung des Materials der Übertragungselemente auch bei höchsten Betriebstemperaturen mit Sicherheit vermieden bleibt.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die einstückig mit der Umhüllung ausgebildeten Stege an ihrer äußeren Kante mit spiralförmig um die Achse des Brennstoffelementes verteilten zahnförmigen Vorsprüngen versehen sind, die in ein an der Innenfläche des Mantels vorgesehenes, die Umhüllung und den Brennstoff mittels der Vorsprünge tragendes Gewinde einschraubbar sind.
  • Die Ausbildung der Zentrierstege mit der Umhüllung des Brennstoffs in einstückiger Form ist aus der deutschen Auslegeschrift 1042 774 bekannt, und ebenso ist die Einarbeitung eines Gewindes in die Innenfläche des äußeren Mantels in der belgischen Patentschrift 562 620 vorbeschrieben. Eine Abstützung des Brennstoffgewichtes durch ein Zusammenwirken der Zentrierstege mit dem Mantel bzw. von Teilen der Umhüllung des Brennstoffs mit dem in den Mantel eingearbeiteten Gewinde ist jedoch bei beiden vorbekannten Brennstoffelementen nicht vorgesehen. So gibt es bei dem Brennstoffelement nach der deutschen Auslegeschrift 1042 774 überhaupt keinen solchen äußeren Mantel, und nach der belgischen Patentschrift 562 620 wird das Gewicht des Brennstoffs, der Umhüllung und der Zentrierstege durch am unteren Ende des Brennstoffelementes vorgesehene Stützglieder aufgenommen. Die den Brennstoff umschließende Umhüllung ist daher lediglich an ihrem unteren Ende, d. h. auf einem relativ kleinen Bereich am äußeren Mantel, abgestützt.
  • Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung eines Kernreaktor-Brennstoffelementes tragen dagegen die Zentrierstege das gesamte Gewicht der aus dem Brennstoff und seiner Umhüllung gebildeten Kartusche und entlasten den Stopfen, mit dem deren unteres Ende verschlossen ist, und insbesondere auch die Schweißnaht zwischen diesem Stopfen und der Umhüllung vollkommen. Dabei ist es in weiterer Ausbildung der Erfindung von Vorteil, zwischen den zahnförmigen Vorsprüngen der Stege und dem Grund der spiralförmigen Gewindegänge in dem äußeren Mantel ein annähernd gleichmäßiges Spiel vorzusehen, das eine freie gegenseitige Dehnung der Brennstoffkartusche und des Mantels gestattet, so daß ein Ausgleich verschieden starker Ausdehnungen der Kartusche und des äußeren Mantels im Reaktorbetrieb ohne weiteres möglich ist.
  • Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel, für ein erfindungsgemäßes Kernreaktor-Brennstoffelement näher beschrieben, das in der Zeichnung veranschaulicht ist, die eine teilweise geschnittene Ansicht eines solchen Brennstoffelementes zeigt.
  • Das dargestellte Brennstoffelement ist beispielsweise zum Einsatz in graphitmoderierten Reaktoren bestimmt, die durch gasförmiges Kohlendioxyd gekühlt werden, das vertikale, in den Kern des Reaktors eingelassene Kanäle durchströmt. Selbstverständlich läßt sich die Erfindung auch bei Brennstoffelementen für andere Reaktortypen anwenden, insbesondere für Reaktoren mit flüssigem Moderator und Druckrohren, für Reaktoren mit horizontalen Kanälen usw.
  • Das dargestellte Brennstoffelement enthält einen Kern 2 aus Brennstoff, der beispielsweise aus reinem oder schwach legiertem Uranium besteht und im Innern einer metallischen Umhüllung 4 angeordnet ist, die aus einem Material besteht, das einen geringen Einfangquerschnitt für Neutronen aufweist und bei hohen Temperaturen eine genügende Festigkeit besitzt, wie z. B. eine Magnesium Zirkonium-Legierung mit geringem Zirkoniumgehalt. Das dargestellte Brennstoffelement ist in der bekannten Weise aufgebaut, bei der der Brennstoffkern 2 an ; seiner Oberfläche mit umlaufenden oder mit schraubenförmigen Rippen 6 versehen ist und die auf den Kern 2 aufgepreßte Umhüllung 4 die zwischen den Rippen 6 vorhandenen Vertiefungen 8 ausfüllt.
  • Die Umhüllung 4 ist an beiden Enden durch an- ; geschweißte Stopfen 10 und 12 verschlossen, die beispielsweise aus einer Magnesiumlegierung mit sehr schwachem Mangangehalt oder aus einer Magnesium-Zirkon-Legierung bestehen. An ihrer Außenfläche ist die Umhüllung 4 außerdem mit Kühlrippen 14 versehen, die schief zur Längsachse des Brennstoffelementes verlaufen und in benachbarte Gruppen aufgeteilt sind. Die Kühlrippen zweier benachbarter Gruppen sind so orientiert, daß sie ein fischgrätartiges Muster bilden; jede solche Gruppe von Rippen ist von der benachbarten durch einen zusammen mit der Umhüllung 4 gezogenen längsverlaufenden Steg 16 getrennt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind sechs Reihen von Kühlrippen vorhanden, daher trägt die Umhüllung drei Gruppen von gewinkelten Rippen, die durch drei Zentrier-Stege 16 voneinander getrennt sind. Natürlich kann die Anzahl der Rippengruppen und damit auch der Trennwände in Abhängigkeit von einer gewissen Zahl von Parametern, insbesondere von dem Verhältnis der Durchmesser der Umhüllung und des äußeren Graphit-Mantels 18, der den ummantelten Brennstoff koaxial umgibt, verändert werden.
  • Erfindungsgemäß erfolgt die Verbindung zwischen der Umhüllung 4 und dem äußeren Graphit-Mantel 18, der die Umhüllung 4 an -Länge um ein geringes übertrifft, durch Einschrauben der Umhüllung 4 in den Mantel 18.
  • Zu diesem Zwecke sind die Stege 16 am Rand mit Zähnen 19 versehen, deren `Peilung entsprechend der Steigung des in den Mantel 18 eingearbeiteten Gewindes gewählt wird.
  • Der Mantel 18 ist an seiner Innenfläche mit fortlaufenden spiralförmigen Gewindegängen 20 versehen, in welche die Zähne der Stege 16 passen und in welche die Kartusche aus dem Brennstoffkern 2 und seiner Umhüllung 4 eingeschraubt werden kann. Die Abmessungen der Zähne 19 und der Gewindegänge 20 sind so gewählt, daß- zwischen ihnen ein geringes radiales Spiel verbleibt, das eine freie gegenseitige Ausdehnung des Mantels 18 und der Umhüllung 4 erlaubt.
  • Außer diesem radialen Spiel kann zwischen den Zähnen 19 der Stege 16 und den Gewindegängen 2Q des Mantels 1:8 vorteilhafterweise ein Spiel in Längsrichtung vorgesehen werden, dessen Größe längs der Kartusche veränderlich ist; vorzugsweise ist es in den Gewindegängen am Oberteil des Mantels 18 minimal und in den Gewindegängen an der Unterseite des Mantels 18 maximal. Beim Einschrauben der Kartusche in den Mantel 18 wird diese daher fast ausschließlich vom obersten Teil des Mantels 18 getragen, wobei in dieser Gegend ein fester Berührungspunkt vorhanden ist. Im -Verlauf des Reaktorbetriebs steigt die Temperatur allmählich an, bis sie die Betriebstemperatur erreicht, wobei die Anzahl der Berührungspunkte zwischen den Stegen 16 der Umhüllung 4 und dem Mantel 18 immer mehr zunimmt, da die Wärmedehnung des Metalls (Magnesium oder Zirkon) der Umhüllung 4 diejenige des Graphits des Mantels 18 übertrifft. Auf diese Weise wird der Kontakt zwischen UmhüiIung 4 und Mantel 18 verbessert, denn das radiale und longitudinale Spiel ist entsprechend der Höchsttemperatur so bemessen, daß der Kontakt über die ganze Länge der Kartusche so eng wie möglich wird.
  • Auf diese Weise trägt jeder Mantel 18 mit Hilfe der Längsstege 16 das Gewicht der Kartuschen, die er enthält, wobei die Endverschlüsse 10 und 12 und insbesondere ihre Schweißverbindungen mit den Enden der Umhüllung 4 keinerlei Zug- oder Druckbeanspruchung ausgesetzt sind.
  • Außer bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel läßt sich die Erfindung sehr vorteilhaft bei Kartuschen anwenden, die rohrförmig sind und mit einer inneren und äußeren Hülle versehen sind, die durch zwei Flüssigkeitsströmungen gekühlt werden, deren Strömungskräfte die Stabilität der Kartuschen beeinträchtigen. Ferner ist eine Verschraubung der Kartusche mit einem äußeren Mantel auch im Fall von Hüllen mit längsverlaufenden Kühlrippen möglich, wobei diese alle oder zum Teil ganz ähnlich wie in dem dargestellten Beispiel mit einer Verzahnung versehen werden.

Claims (1)

  1. Patentansprüche: 1. Kernreaktor-Brennstoffelement, bei dem der Brennstoff von einer Umhüllung umschlossen ist, die an ihrem äußeren Umfang mit in Längsrichtung verlaufenden Stegen versehen und hierdurch in einem äußeren Mantel zentriert ist, der aus einem die Neutronen nur wenig absorbierenden Material besteht, dadurch gekennzeichn e t, daß die einstückig mit der Umhüllung (4) ausgebildeten Stege (16) an ihrer äußeren Kante mit spiralförmig um die Achse des Brennstoffelementes verteilten zahnförmigen Vorsprüngen (19) versehen sind, die in ein an der Innenfläche des Mantels (18) vorgesehenes, die Umhüllung und den Brennstoff mittels der Vorsprünge tragendes Gewinde (20) einschraubbar sind. z. Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Zusammenbau zwischen den zahnförmigen Vorsprüngen der Stege und dem Grund der spiralförmigen Gewindegänge ein annähernd gleichmäßiges Spiel vorhanden ist, das die freie gegenseitige Dehnung von Brennstoffkartusche und Mantel gestattet. 3. Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Zusammenbau zwischen den zahnförmigen Vorsprüngen der Stege und den Gewindegängen ein longitudinales Spiel vorhanden ist, das entlang der Kartusche variabel ist und von einem minimalen Wert im Oberteil der Kartusche bis auf einen maximalen Wert im Unterteil der Kartusche zunimmt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1042 774, 1103 474; französische Patentschrift Nr. 1201636; belgische Patentschrift Nr. 562 620.
DEC30673A 1962-08-20 1963-08-12 Kernreaktor-Brennstoffelement Pending DE1281590B (de)

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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE562620A (de) * 1956-11-23
DE1042774B (de) * 1956-09-05 1958-11-06 English Electric Co Ltd Brennstoffbehaelter fuer einen Kernreaktor
FR1201636A (fr) * 1958-07-07 1960-01-04 Commissariat Energie Atomique Structure d'éléments combustibles pour réacteurs atomiques
DE1103474B (de) * 1956-01-26 1961-03-30 Parsons C A & Co Ltd Brennstoffelement fuer einen Kernreaktor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1103474B (de) * 1956-01-26 1961-03-30 Parsons C A & Co Ltd Brennstoffelement fuer einen Kernreaktor
DE1042774B (de) * 1956-09-05 1958-11-06 English Electric Co Ltd Brennstoffbehaelter fuer einen Kernreaktor
BE562620A (de) * 1956-11-23
FR1201636A (fr) * 1958-07-07 1960-01-04 Commissariat Energie Atomique Structure d'éléments combustibles pour réacteurs atomiques

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