DE1514092A1 - Brenn- und/oder Brutelement fuer Kernreaktoren - Google Patents

Description

Kernforschungsanlage Jülich Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Amtl. Aktenz,: P 15 14 092.8

Brenn- und/oder Brutelement für Kernreaktoren

Die Erfindung bezieht sich auf ein Brenn- und/ oder Brütelement für Kernreaktoren, bei dem in einer vakuumdicht verschlossenen, vorzugsweise zylindrischen oder einen ringförmigen Querschnitt aufweisenden metallischen Hülse eine lose Schüt-tung von mit pyrolytischem Graphit und/oder geeigneten, an sich bekannten Karbiden oder Oxyden beschichtete Brenn- und/oder Brutstoffpartikel mit einem Durchmesser von einigen 100 ,u enthalten sind,

Bei diesen Brenn- und/oder Brutelementen bestehen die beschichteten Partikel aus einem inneren kugelförmigen Brennstoff- oder Brutstoffkern, beispielsweise bekannten Uran- oder Thoriumverbindungen, wobei vorzugsweise Oxyde oder Karbide Verwendung finden. Diese Kerne sind mit einer etwa 30 bis 150 λι dicken Schicht aus pyrolytischem Graphit und/oder geeigneten bekannten Oxyden oder Karbiden umhüllt. Durch diese Beschichtung soll das schnelle Herausdiffundieren insbesondere gas-

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förmiger Spaltprodukte aus den Kernen der Partikel in die Umgebung verhindert werden. Solche Beschichtungen der Brenn- und/oder Brutseoffkerne können bei sehr genauer Kontrolle Ihre Dicke in Gestalt von geometrisch praktisch sauberen Kugelsehalen auf die Kerne aufgebracht werden. Es ist ferner bekannt, daß bei bestimmter Lenkung des Verfahrene zur Beschichtung der Kerne auch polygonale Beschichtungen erzielbar sind, Dabei wird die Polygonalität als das Verhältnis'von - definiert, wobei ß, d die jeweils auftretende Dickendifferenz zwischen dickster und dünaatter Beechichtungsstelle und d die mittlere Dicke der Beschichtung ist. Dies· polygonalen Besehichtungan wurden jedoch bisher für unzweckmäßig gehalten, da sie· zwangsläufig zu unterschiedlichen Dicken der Beschichtung führen» woraus insbesondere die folgenden Nachteile entstehen:

Es ist wesentlich schwieriger, bsi solcherart beschichteten Partikeln- ü-sö-Anteil aa Brennstoff im fertigen Produkt"-ζ« iaessen. Ferner muß die dünnste Stelle der Beschichtung zur Erzielung der Diffusionshemmung eine gewisse Mindestdicke haben, was zwanf^Läufig dazi2 führt, daß an den"dicksten Stellen der Beschichtung nähr Beschichtungsmaterial aufgebracht werden siuö, als dies aus Gründen der Diffusionshemmung notwendig ist ο Da außerdem die Feststellung der geringsten Dicke sehr schwierig ist, wird dadurch die Gefahr des Austritts von Spaltgasen erhöht. Daher wurde bisher die Verwendung von polygonal beschichteten Partikeln nicht für ratsam gehalten,

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BAD ORIGINAL

Solch« büächlchtetea Partikel werden nicht nur in Brenn- und/oder Brutelementen für gasgekühlte Hochteaper&turreaktoren verwendet, in denen sie «1t saassive* Graphit oder Karbiden umgeben sind. Ia ist auch bereits vorgeschlagen worden, beschichtet· Partikel la solchen Reaktoren asu verwenden, in denen der Brenn- und/oder Brutstoff in einer vakuumdichte metallischen Umhüllung enthalten ist. Bei !lementen de ]L«t: renannten Art hängt die ersielbare maximale Obs?flächenbelastung von der Wäraeleitfäblgkait der in der metallischen Umhüllung enthaltenen lösen Schüttung beschichteter Partikel Ab. Dabei kommt es darauf an, die Wärmeleitfähigkeit solcher losen Schüttungen zu erhöhen.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von der Überraschenden Erkenntnis aus, daß die Wärmeleitfähigkeit loser Schüttungen beschichteter Partikel dann erheblich höher ist, wenn bei sonst gleichen Parametern anstelle kugelschalenföraiger Beschichtung·!! solch« polygcßftler For« verw®ndat werden. Beispielsweise wurde bei solchen Partikeln Mit eines üCg-Kern nit einem Durchmesser von 315 bis 340/U und einer kugelschalenföraigen Beschichtung aus pyrolytisch·» Eohlenstoff »it einer durchschnittlichen Dicke von 116 + 3/x eine Wftraeleitfahifkeit von 0,0016 + 0,0003 cal/cm°C see festgestellt. Dagegen betrug unter sonst gleichen Bedingungen bei polygonaler Beschichtung die Wärmeleitfähigkeit O,0038 + 0,0003 cRl/cm C see. Das bedeutet, daß bei Verwendung polygonal beschichteter Partikel, bei denen die beschichteten Brenn- und/öder Brutstoff partikel in einer metallischen Umhüllung enthalten sind, eine wesentlich höhere spezifische

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Oberflächenbelastung von Brenn- und/oder Brutelementen möglich ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird daher - ausgehend von dieser Erkenntnis - dadurch gelöst, daß die Beschichtung der Partikel bei den Brenn- und/oder Brutelementen der vorstehend bezeichneten Art polygonal ausgebildet ist.

Eine weitere Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit ist nach einem nicht zum Stande der Technik gehörenden Vorschlag auch bei dem Brenn- und/oder Brutelement gemäß der Erfindung dadurch erzielbar, daß die in der losen Schüttung gebildeten Zwischenräume mit Heliumgas ausgefüllt sind, das unter Atmosphärendruck oder höherem Druck steht,

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Brennelements gemäß der Erfindung schematisch dargestellt . Es zeigen

Fig. 1 die vergrößerte Wiedergabe eines beschichteten Partikels

Fig. 2 ein ringförmiges Brennelement mit beschichteten Brennstoffpartikeln polygonaler Ausbildung

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist bei den in dem Brenn- und/oder Brutelement gemäß der Erfindung enthaltenen Partikeln der sphärische oder nahezu sphärische Kern 1 der Partikel von einer Beschichtung 2 umhüllt, die diesen Kern so umgibt» daß von ihr ein unregelmäßiger Vielflächner gebildet wird. Diese Partikel sind, wie aus dem in Fig. 2

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wiedergegebenen Ausführungsbeispiel eines ringförmigen Brennelements hervorgeht , als lose Schtittung 3 in der Umhüllung 4 enthalten.

Die Vorzüge des Brenn- und/oder Brutelements gemäß der Erfindung, die sich aus der hohen Wärmeleitfähigkeit ergeben, sind so groß, daß dadurch die 'Nachteile, die einer Verwendung von polygonal beschichteten Partikeln in Elementen für gasgekühlte Hochtemperaturreaktoren bisher entgegenstanden, bei weitem überkompensiert werden. Dadurch,. daß die beschichteten Brennstoffpartikel in einer metallischen Umhüllung enthalten sind, ist eine Gefahr, daß an einzelnen etwa auftretenden zu dünnen Stellen solcher Beschichtungen gegebenenfalls geringfügige Mengen gasförmiger Spaltprodukte auftreten, ausgeschlossen, da die beschichteten Partikel in der metallischen Hülse eingeschlossen sind.

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Claims (1)

1. Patentanspruch

   Brenn- und/oder Brutelement für Kernreaktoren, bei dem in einer vakuumdicht verschlossenen, vorzugsweise zylindrischen oder einen ringförmigen Querschnitt aufweisenden metallischen Hülse eine lose Schüt^.tung von mit pyrolytischem Graphit und/oder geeigneten Karbiden oder Oxyden beschichtete Brenn- und/oder Brutstoffpartikel mit einem Durchmesser von einigen 100 u enthalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung der Partikel polygonal ausgebildet ist

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