DE1286227B - Kernreaktor-Brennstoffelement - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kernreaktor-Brennstoffelement mit einem Brennstoffkörper, der von einer außen mit Kühlrippen besetzten und durch zur Elementachse parallele Schlitze in Einzelsektoren aufgeteilten Hülle umgeben ist, sich gegen eine rohrförmige äußere Hülse über mit dieser verbundene und in die Schlitze in der Hülle des Brennstoffkörpers eingreifende, zur Elementachse parallele längliche Zentrierstege abstützt und mit seinem unteren Ende auf einer Stützscheibe aufruht, die in ihrem unteren Teil mit Ausnehmungen für den Eingriff von mit der äußeren Hülse verbundenen Halteelementen versehen ist.

Ein Brennstoffelement dieser Ausführungsform ist in der belgischen Patentschrift 631312 beschrieben, wobei als Halteelemente für die Verbindung der Stützscheibe mit der äußeren Hülse kreuzförmig ausgespannte metallische Drähte vorzugsweise aus rostfreiem Stahl vorgesehen sind. Derartige Brennstoffelemente haben sich beim allgemeinen Betrieb eines Kernreaktors durchaus bewährt und finden daher in weitem Umfange Verwendung. Nun gibt es jedoch bestimmte Untersuchungen, für die eine Bestrahlung spezieller Brennstoffelemente mit einem größeren Durchmesser als normalerweise üblich in den Reaktorkanälen die Voraussetzung ist. Dazu wäre es sehr vorteilhaft, eine kreisringförmige äußere Hülse zu verwenden, deren Wandstärke vermindert ist, jedoch besteht dann bei der oben beschriebenen Art der Halterung des Brennstoffkörpers in der äußeren Hülse die Gefahr einer lokalen Überbelastung des Hülsenmaterials und damit eines Bruches der Hülse. Der Erfindung liegt daher ausgehend von diesem Stande der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Kernreaktor-Brennstoffelement anzugeben, bei dem durch eine besondere Ausbildung der Halterung und Zentrierung des Brennstoffkörpers im Inneren der rohrförmigen äußeren Hülse eine gleichmäßige Einleitung der durch das Gewicht des Brennstoffkörpers für die äußere Hülse entstehenden Belastungen gewährleistet ist und damit die Möglichkeit zu einer weitgehenden Verringerung der Wandstärke der äußeren Hülse besteht.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Brennstoffelement der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder Zentriersteg an seinem unteren Ende eine über das untere Ende der äußeren Hülse hinausragende Verlängerung solcher Form aufweist, daß sie zusammen mit den Verlängerungen der anderen Zentrierstege das Brennstoffelement innerhalb der Hülse eines darunterstehenden Brennstoffelementes zentrieren kann, und ferner eine nach innen vorspringende Schulter, die in eine der im unteren Teil der Stützscheibe vorgesehenen Ausnehmungen eingreift.

Den Zentrierstegen kommt also bei dem erfindungsgemäßen Brennstoffelement eine dreifache Funktion zu. Sie dienen nämlich zum ersten der radialen Abstützung des Brennstoffkörpers gegenüber der äußeren Hülse, zum zweiten der Halterung des Brennstoffkörpers in der äußeren Hülse gegenüber axialer Belastung und zum dritten der gegenseitigen Zentrierung der Hülsen mehrer in einem Reaktorkanal übereinander gestapelter Brennstoffelemente. Durch diese Mehrzweckform der Zentrierstege wird die Möglichkeit zur Verwendung von äußeren Hülsen geschaffen, deren Wandstärke so gering ist, daß eine Zentrierung übereinandergestapelter Brennstoffelemente mit Hilfe von endseitigen Schrägflächen an den Hülsen, wie sie bei den bisher bekannten Brennstoffelementen üblich ist, ausgeschlossen ist. Außerdem kommt man dadurch zu einer sehr einfachen und leichten Bauweise mit einem Mindestaufwand an beim Reaktorbetrieb inaktiv bleibenden Baustoffen, und schließlich erzielt man auch eine besonders einfache Handhabungsweise für das gesamte Brennstoffelement, wobei vor allem die Möglichkeit

ίο einer leichten Trennung der äußeren Hülse und der Zentrierstege von dem Brennstoffkörper hervorzuheben ist, wodurch sich die Möglichkeit eröffnet, diese beiden Bauteile in Verbindung mit jeweils einem neuen Brennstoffkörper mehrfach einzusetzen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung soll nunmehr ein in der Zeichnung veranschaulichtes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Brennstoffelement näher beschrieben werden, wobei in der Zeichnung

ao F i g. 1 eine teilweise geschnittene Darstellung eines Teils dieses Brennstoffelementes und

F i g. 2 ein Querschnitt entlang der Schnittlinie II-II in F i g. 1 ist.
Wie man aus den Figuren sieht, sitzt im Innern einer rohrförmigen äußeren Hülse 1, die beispielsweise aus einer Zirkoniumlegierung besteht, ein Brennstoffkörper 2, der durch die Ausbildung des Brennstoffelementes in bezug auf dessen beim Einsatz des Brennstoffelementes in dem Kernreaktor vorzugsweise vertikale Achse zentriert in der rohrförmigen Hülse gehalten werden soll. Dabei besteht der Brennstoffkörper aus einem hohlen Stab 3 aus Uran, der von einer Hülle 4 umgeben ist, auf deren äußerer Oberfläche in bekannter Weise V-förmig gegeneinander verlaufende Kühlrippen 5 angeordnet sind. Diese Kühlrippen sind auf einzelne Sektoren verteilt, die durch zur Brennstoffelementachse parallele Nuten 6 voneinander getrennt werden, wobei innerhalb der einzelnen Sektoren die Rippen parallel zueinander verlaufen, in benachbarten Sektoren jedoch entgegengesetzte Richtung gegenüber der Elementachse aufweisen.

Die äußere Hülse 1 ist auf ihrer Innenseite mit Zentrierstegen versehen, von denen bei dem darge-

*S stellten Ausführungsbeispiel vier Stück vorhanden sind, die mit 7, 8, 9 und 10 bezeichnet und insbesondere in F i g. 2 deutlich erkennbar sind. Die Zentrierstege sind längs der Erzeugenden der inneren Oberfläche der Hülse 1 angeordnet und mit dieser an einzelnen Punkten 11 verschweißt, wobei diese Schweißpunkte zweckmäßig über die gesamte Länge der Zentrierstege verteilt sind, jedoch auch nur an einem bestimmten Teil davon vorgesehen sein können.

Jeder der Zentrierstege ist an seinem unteren Ende mit einer Schulter versehen, von denen in F i g. 1 die Schultern la und 9 α der Stege 7 und 9 sichtbar sind. Diese Schultern greifen in Ausnehmungen 12 ein, die in einer zylindrischen Stützscheibe 13 aus Graphit vorgesehen sind, auf der ein den Brennstoffkörper 2 endseitig begrenzendes Abschlußorgan 14 ruht. Außerdem weist jeder Zentriersteg eine vertikale Verlängerung auf, von denen in Fig. 1 die Verlängerungen Ib und 9 b der Zentrierstege 7 und 9 sichtbar sind und die gemeinsam die Zentrierung zweier aufeinanderfolgender Brennstoffelemente, die übereinander in einem Kernreaktorkanal angeordnet sind, ermöglichen.

Wie man aus der vorstehenden Beschreibung ersieht, stellt bei dem Brennstoffelement der Brennstoffkörper 2 beim Gebrauch des Elementes eine handhabungsmäßige Einheit mit der äußeren Hülse 1 dar. Er läßt sich gegebenenfalls für die Aufarbeitung bestrahlten Brennstoffes jedoch ohne weiteres von der Hülse und den Zentrierstegen lösen. Dies bedeutet einerseits eine einfache Handhabbarkeit des Brennstoffelementes als Ganzes und andererseits die Möglichkeit einer mehrfachen Verwendung von Hülse und Zentrierstegen in Verbindung mit jeweils einem neuen Brennstoffkörper.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Kernreaktor-Brennstoffelement mit einem Brennstoffkörper, der von einer außen mit Kühlrippen besetzten und durch zur Elementachse parallele Schlitze in Einzelsektoren aufgeteilten Hülle umgeben ist, sich gegen eine rohrförmige äußere Hülse über mit dieser verbundene und ao in die Schlitze in der Hülle des Brennstoffkörpers eingreifende, zur Elementachse parallele längliche Zentrierstege abstützt und mit seinem unteren Ende auf einer Stützscheibe aufruht, die in ihrem unteren Teil mit Ausnehmungen für den Eingriff von mit der äußeren Hülse verbundenen Halteelementen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zentriersteg (7 bis 10) an seinem unteren Ende eine über das untere Ende der äußeren Hülse (1) hinausragende Verlängerung (7 b bis 10 b) solcher Form aufweist, daß sie zusammen mit den Verlängerungen der anderen Zentrierstege das Brennstoffelement innerhalb der Hülse eines darunter stehenden Brennstoffelementes zentrieren kann, und ferner eine nach innen vorspringende Schulter (7 α bis 10 a), die in eine der im unteren Teil der Stützscheibe (13) vorgesehenen Ausnehmungen (12) eingreift.

2. Kernreaktor-Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zentriersteg (7 bis 10) mit der äußeren Hülse (1) nur an einzelnen Punkten seiner Länge verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen