DE1489643A1

DE1489643A1 - Brennstoffelement fuer einen wassergekuehlten Kernreaktor

Info

Publication number: DE1489643A1
Application number: DE19651489643
Authority: DE
Inventors: Mogard Johan Hilding
Original assignee: Studsvik Energiteknik AB
Current assignee: Studsvik Energiteknik AB
Priority date: 1964-07-22
Filing date: 1965-07-10
Publication date: 1969-08-21
Also published as: US3325375A; GB1101958A

Description

Dr. Hans-Heinrich Willrath ₆₂ Wiesbaden q. juii 1965 DipL-Ing. Harry Roever H 8 9 6 4 3 STtS _m *" ^e/i

ÄTE

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Brennstoffelement für einen wassergekühlten Kernreaktor

Priorität: vom 22. Juli 1964 unter der Nr. 8912/64 in Schweden

Biese Erfindung betrifft ein Brennstoffelement,'das in einem wassergekühlten Kernreaktor benützt werden kann und einen metallischen Kernbrennstoff verwendet. Der Kernbrennstoff sollte vorzugsweise aus metallischem Uran oder einer Uranlegierung bestehen, doch können auch andere Brennstoffmaterialien benützt werden, wie metallisches Thorium oder Plutonium und Legierungen derselben. Beispielshalber wird nachfolgend auf ein Brennstoffelement Bezug genommen, das metallisches Uran innerhalb einer Zirkonlegierung enthält. Der Ausdruck "Büchse¹¹ wild nachfolgend benützt, um damit eine Umhüllung oder ein Gehäuse zu bezeichnen, das den Kernbrennstoff einschließt, um zu verhindern, daß er in direkten Kontankt mit dem Wasser kommt. Der Kernbrennstoff eines Schwerwasserreaktors befindet sich gewöhnlich in einer Zirkonbüchse, doch kann als Büchsenmaterial beispielsweise auch

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rostfreier Stahl benützt werden.

Als Kernbrennstoff benutztes metallisches Uran ergibt den Kachteil, daß sein Volumen während des Betriebs des Kernreaktors ansteigt. Diese Ausdehnung des Urans kann ein Zerspringen der Büchse verursachen, speziell wenn das Brennstoffelement bis zu einem hohen Verbrennungsgrad benützt wird. Es ist das Ziel dieser Erfindung, ein Brennstoffelement zu liefern, in dem die Gefahr für ein Zerspringen der Büchse als Ergebnis der Ausdehnung des Kernbrennstoffes vermindert oder ausgeschaltet wird, so dafl das Brennstoffelement bis zu einem hohen Verbrennungsgrad in Betrieb gehalten werden kann.

Sas Brennstoffelement der Erfindung besitzt einen Köper aus einem metallischen Kernbrennstoff, eine metallische Büchse, die den Brennstoffkörper einschließt sowie eine mittlere Büchse zwischen dem Brennstoffkörper und der anderen Büchse, wobei die mittlere Büchse aus einem Material besteht, das Aluminium, Magnesium oder eine: Legierung derselben ist. und Ausnehmungen enthält, die eine Ausdehnung des Brennstoffkörpeis erlauben.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben. Fig. 1 erläutert beispielshalber eine Ausführungsform

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des Brennstoffelementes nach der Erfindung* Pig. 2 erläutert in TsrgröSertem Maßstab einen Querschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1. Fig. 3 zeigt einen Querschnitt ähnlich dem in Pig· 2, jedooh τοη einer anderen AusfUhrungeform der Erfindung.

Da· Brennstoffelement, das in den Fig, 1 und 2 beschrieben ist, enthält eine Vielzahl τοη Brennet of fkörpera 1 aus natürlichem uran mit einer axialen Öffnung 2. Die zylindrische Oberfläche der Brennstoffkörper wird τοη einer Al^uminiumbüchee 3 umschlossen. Die Oberflächen des oberen und unteren Endes des Urankörpers sind mit Altainiumplatten 4 und 5 bedeokt, die bei 6 und 7 auf die zylindrische Büchse 3 aufgesohweiBt sind, um eine Büchse EU bilden, die den Urankörper rolletändig umeohlieit. Die Bttohsenwand 3 enthält Hohlräume bzw. Kanäle 8, siehe Fig. 2, die eioh in längsrichtung über die ganze Höhe der Wand 3 erstrecken·

Die Brennstoffkörper 1 mit ihren Aluminiumbüoheen befinden sich in einer äußeren röhrenförmigen ZirkonbUohse 9 mit Endwanden 18 an der Spitze und am Boden. Um eine gute WärmeUberführung von dem Urankörper zu dem Kühlwasser zu gewährleisten, sollte ein Paßaitz zwischen der ZirkonbUchse 9 und der Aluminiumbüchse

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sowie zwischen der Aluminiumbüchse 3 und dem Urankörper 1 vorgesehen sein· Sie Aluminiumbüchse 3 sollte vorzugsweise mit dem Uran in bekannter Weise mit Hilfe einer dünnen Zwischenschicht aus Nickel verlötet sein.

Beim Betrieb erzeugt die Ausdehnung des Urans eine plastische Deformation der Aluminiumbüohse 3, und diese plastische Deformation führt zu einer Verminderung des Volumens der Hohlräume bzw. Kanäle 8. Folglich führt eine Ausdehnung des Urans nicht zu einem gefährlichen Anwaoheen der Belastung der Zirkonbüchse. Bei der Betriebstemperatur von gewöhnlich 300 bis 400⁰C besitzen Aluminium und Magnesium eine ausreichende Plastizität für den beschriebenen Zweck. Auch ist jede Legierung, die in der Hauptsache aus Magnesium oder Aluminium besteht und eine wesentlich geringere Härte als die äußere Büchse 9 besitzt, verwendbar.

In der Ausführungsform der Fig. 3 bestehen die Ausnehmungen aus Hüten 8 an der Oberfläche der Aluminiumbüchse 3 angrenzend an die Zirkonbüchse 9· Die Nuten 8 erstrecken sich axial entlang der gesamten Länge der Aluminiumbüchse 3.

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Die Dicke der Zwischenbüchse sollte das 0,5 bis 1,5-fache der Dicke der äußeren Büchse betragen und vorzugsweise etwa die gleiche Dicke besitzen. Sine cUnnere Zwisohenbüchse führt nicht zu dem erwünschten Ergebnis, und eine dickere Zwischenschicht hat die Einführung einer unerwünschten Menge von Fremdmaterial in den Reaktor zur Folge.

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Claims

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1. Brennstoffelement für einen wassergekühlten Kernreaktor, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffelement aus einem Körper aus metallischem Kernbrennstoff, einer den Brennstoffkörper einschließenden metallischen Büchse und einer Zwischenbüchse zwischen dem Brennstoffkörper und der anderen Büchse besteht, die Zwischenbüchae aus Aluminium, Magnesium oder Legierungen derselben besteht und Ausnehmungen enthält, die eine Ausdehnung des Brennstoffkörpers gestatten.

2. Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafl die Ausnehmungen Nuten auf der Oberfläche der Zwischenbüchse sind und zu der äußeren Büchse hin gerichtet sind.

3. Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen in Längsrichtung in den Wänden der Zwischenbüchse verlaufende Kanäle sind.

4. Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffelement eine Vielzahl zylindrischer Brennstoffkörper umfaßt, deren zylindrische Wände und Endwände mit der Zwischenbüchse umgeben sind, und die so von der Büchse umgeben

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Brennetoffkörper in einer üblichen röhrenförmigen, metallischen Buchee eingeschlossen sind.

5. Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der ZwischenbUoh.se das 0,5 bis 1,5-fache der Sicke der äußeren Büchse ausmacht.

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