DE1464458A1

DE1464458A1 - Brennelementanordnung eines Kernreaktors

Info

Publication number: DE1464458A1
Application number: DE19631464458
Authority: DE
Inventors: H S Barringer
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 1962-12-13
Filing date: 1963-11-27
Publication date: 1969-03-06
Also published as: FR1376449A; GB1057319A; NL301753A; NL136727C; BE641289A; USB131262I5

Description

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Patent Oberhausejx^^L. \ovember 1963

Lfd.-Nr. 1295

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Brennelementanordnung eines Kernreaktors

Die Erfindung betrifft eine Brennelementanordnung eines Kernreaktors zur Erreichung einer Leistungsnivellierung bzw. Abgleichung der Flußwölbung in axialer Richtung.

Ein Hauptproblem im Kernreaktorbau besteht in der Nutzbarmachung des Wärmeflußes bzw. der Energie im Innern des Cores. Eine typische Eigenschaft des Gores, das eine gleichmäßige Brennstoff.konzentration aufweist, ist der große Unterschied zwischen seiner maximalen und minimalen Leistungsgröße. Die durch das Gore str-ömende Kühlmittelmenge muß so hinreichend bemessen sein, daß der maximale Wärmefluß abgeführt werden kann, anderenfalls muß mit dem Aussetzen einzelner Brennelemente oder sogar des gesamten Gores gerechnet werden. Ferner wird infolge der Unterschiede im Wärmefluß in den verschiedenen Zonen des Heaktorkerns und wegen der Strömungsinstabilitäten, welche üblicherweise beim Durchgang des Kühlmittels durch den Reaktorkern eintreten, die Wirksamkeit der Wärmeumwandlung des Reaktors vermindert.

Es ist bekannt, zur Verminderung der Wärmeflußunterschiede und der Strömungsinstabilität die Brennstoffkonzentration im ganzen Kern, sowohl in radialer als auch in axialer Richtung, zu verändern. Jedoch im Hinblick auf die axiale Ladezone ist flieue Ausführung kompliziert. Die Kosten für die Herstellung

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solcher Brennelemente erhöhen sich dadurch, daß jedes Brennelement eine veränderliche Brennstoffkonzentration in seiner gesamten Länge aufweisen muß.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine billige und einfache Brennelementanordnung zur Erreichung einer Leistungsnivellierung bzw. Abgleichung der Flußwölbung in axialer .Richtung im Core eines Kernreaktors zu schaffen, um dadurch einen wirksameren Betrieb desselben zu erreichen.

Erfindungsgemäß besteht die Brennelementanordnung aus zwei verschiedenartigen Brennelementen, von denen die eine Brennelementart ein einheitliches Brennstoffgemisch in ihrer gesamten Länge enthält. Die Brennelemente dieser Art bilden den größten Teil des Cores. Dagegen sind die anderen Brennelemente, in ihrer Länge in zwei Sndabschnitte und einen Zwischenabschnitt unterteilt. Das Brennstoffgemisch in den Endabschnitten entspricht im wesent- * liehen dem Gemisch in den Brennelementen der erstgenannten Art, während der Brennstoff im Zwischenabschnitt aus einem Gemisch besteht, welches wenigstens zur Zeit des Anfahrbetriebes des Kernes zu wenig Brennmaterial aufweist, wodurch die axiale Leistungsnivellierung im Innern des Kernes bewirkt wird.

Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispiels dargestellt, und zwar zeigens

Fig. 1 die schematische Wiedergabe eines waagerechten Schnittes durch eine Brennelementanordnung in einem Kernreaktor,

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Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch diejenigen Brennelemente,

welche den größten Teil der Anordnung bilden, Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch die übrigen Brennelemente

der Anordnung,
Fig. 4 den Verlauf der Leistungskurve eines Cores gemäß der

Erfindung,
Fig. 5 den Verlauf der Leistungskurve eines bisher bekannten Cores, bei dem alle Regelstäbe aus dem Core gefahren sind.

Die Brennelementanordnung 1 besteht zum größten Teil aus Brennelementen 2 und einigen im Kern 3 verteilt angeordneten Brennelementen 4. Die Brennelemente 2 enthalten in ihrer ganzen Länge ein gleichmäßiges Brennstoffgemisch 5. Innerhalb der Anordnung der Brennelemente 2 sind von den 144 Brennelementen des Kerns 3 acht Brennelemente 4 vorgesehen, welche in regelmäßigen Abständen über den Kern 3 verteilt sind. Die Brennelemente 4 machen somit einen Prozentsatz von 5,6 $ der gesamten Brennelemente aus.

Das Brennelement 4 ist in seiner Länge derart unterteilt, daß ein innerer Abschnitt 6 zwischen zwei äußeren Abschnitten 7 liegt. Jeder der beiden Endabsöhnitte 7 enthält in der Hauptsache ein ähnliches Brennstoffgemisch wie die Brennelemente 2, während der innere Abschnitt 6 ein Gemisch enthält, das wenigstens zur Zeit des Anfahrbetriebes des Cores 3 zu wenig Brennmaterial aufweist. Das Brennstoffgemisch im inneren Abschnitt 6 enthält entweder ein ergiebiges Material, welches durch Neutroneneinfang j,n ein spaltbares Gemisch übergeht, oder solch ein Material, das

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wohl für die Verwendung in einem Kernreaktor geeignet ist, jedoch nicht nach einem Neutroneneinfang in ein spaltbares Material übergeht. Es ist also auch möglich, für den inneren Abschnitt 6 dasselbe Brennmaterial wie in den äußeren Abschnitten 7 zu verwenden, nur muß es dann eine bedeutend geringere Konzentration aufweisen.

Das Verhältnis von spaltbarem zu nicht spaltbarem Material im Brennstoffgemisch des Brennelementes 4 wird derart verändert, daß das Verhältnis proportional kleiner als das Zwischenstück 6 des Brennelementes. 4 zu seinen Endabschnitten 7 ist! Die Schwierigkeit der Herstellung eines solchen Brennelementes ist bekannt, jedoch ist es erfindungsgemäß möglich, den größten Teil der Brennelemente aus einem einheitlichen Material herzustellen, und

nur ein geringer Teil der Brennelemente benötigt eine uneinheitliche Brennstoffzusammensetzung, damit eine axiale Leistungsnivellierung erreicht wird.

Die Leistungskurve Fig. 4 für ein Core gemäß der Erfindung zeigt im wesentlichen einen konstanten Leistungsbetrag über die axiale Ausdehnung des Cores. Um einen wirklichen relativen Vergleich der Wärmeflußverteilung innerhalb eines bisher bekannten Cores zu zeigen, ist die Leistungskurve Fig. 5 aufgezeichnet. In diesem Fall sind sämtliche Regelstäbe aus dem Core ausgefahren.

Die Größe des inneren Abschnitts 6 der Brennelemente 4, das"er-, forderliche Material sowie die Anzahl der Brennelemente 4 müssen nach der gewünschten Charakteristik des einzelnen Cores ausge-• sucht werden. Z. B. würde bei einem Uran-Core natürliches oder

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erschöpftes'Uran im Zwischenstück 6 des Brennelementes 4 vorteilhaft sein. Grundsätzlich ist ein ergiebiges Material, aus dem während des Gore-Betriebes spaltbares Material wird, für das Zwischenstück β anzuwenden. .

Die Brennelementanordnung gemäß der Erfindung kann in den verschiedensten Reaktortypen verwandt werden. Jedoch ist es vorteilhaft, sie' nicht bei Reaktoren anzuwenden, die zur Leistungsregulierung eine große Anzahl Giftstäbe verwenden.

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Claims

146A458 Patent Oberhausen, 25. November 1963 Lfd.-Nr. 1295 Patentansprüche

1.) Brennelementanordnung in einem Kernreaktor zur Erreichung einer Leistungsnivellierung bzw. Abgleichung der Flußwölbung in axialer Richtung, dadurch gekennzeichnet, daß die ßrennelementanordnung (1) aus zwei verschiedenartigen Brennelementen (2) und (4) besteht, von denen die eine Brennelementart (2) ein einheitliches Brennstoffgemisch (5) in ihrer gesamten Länge enthält.

2. Brennelementanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennelemente (2) den größten Teil der Brennelementanordnung (1) bilden.

3. Brennelementanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anderen" Brennelemente (4) in ihrer Länge in zwei Endabschnitte (7) und einen Zwischenabschnitt (6) unterteilt sind.

4. Brennelementanordnung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffgemisch in den Endabschnitten (7) im wesentlichen dem Gemisch in den Brennelementen (2) entspricht.

5. Brennelementanordnung nach den Ansprüchen 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff im Zwischenabschnitt (6) aus einem Gemisch besteht, welches wenigstens zur Zeit des Anfahrbetriebes des Cores zu wenig Brennmaterial aufweist.

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6. Brennelementanordnung nach Anspruch 1_t dadurch gekennzeichnet, daß die Brennelemente (2) regelmäßig innerhalb der Brennelementanordnung (1) verteilt sind.

7. Brennelementanordnung nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß das Verhältnis von spaltbarem zu nicht spalt barem Material im Brennstoffgemisch des Brennelementes ^) proportional kleiner als das Zwischenstück (6) zu seinen Endabschnitten (7) ist.

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