DE1589663C - Kernbrennstoffelement - Google Patents

Description

3 4

nung bzw. -Kontraktion des Nadelbündels vorgesehe- 10 enthält, die entweder mit Brutmaterial gefüllte

nes enges Spiel zwischen dem Nadelbündel und Nadeln oder solche, die eine von zwei mit Brutmate-

dem Mantel des Kernbrennstoffelements auf. Bei rial gefüllten Zonen eingeschlossene, mit Spaltmate-

dem durch Wickeln hergestellten Mantel des erfin- rial gefüllte Mittelzone aufweisen, sind,

dungsgemäßen Kernbrennstoffelements werden die 5 Das Gehäuse 8 dient dazu, die Bestandteile des

bisher beim bekannten einstückigen Gehäuse auftre- Brennstoffelements der Fig. 1 zusammenzuhalten

tenden Schwierigkeiten beim Einführen des Nadel- und sie als Block zu handhaben. Das Gehäuse be-

bündels in das starre Gehäuse vermieden. Da das steht aus einem rohrförmigen Mantel 12, der an sei-

bzw. die Nadelbündel praktisch ohne Spiel im Man- nen beiden Enden an massiven Werkstücken befestigt

tel zusammengefaßt sind, verringern sich nunmehr io ist, nämlich dem Fuß 14 und Kopf 16 des Elements,

auch die im Betrieb auftretenden störenden Schwin- die mit Öffnungen für den Durchtritt des flüssigen

gungen. Von erheblicher Bedeutung gerade bei Metalls versehen sind. Die Nadeln sind in einem zen-

schnellen Reaktoren ist auch, daß die Dicke des trierten hexagonalen Gitter angeordnet, und um jede

durch ein Wickelband hergestellten Gehäuses jetzt Nadel 10 ist ein Draht 18 schraubenförmig angeord-

weit geringer sein kann als die eines üblichen Gehäu- 15 net, um den notwendigen Abstand für den Durchtritt

ses, bei welchem auch die beim Einführen des Nadel- des flüssigen Metalls zu schaffen,

bündeis auftretenden Belastungen durch entspre- Damit sich die Nadeln frei ausdehnen können, sind

•chend stärkere Dimensionierung der Gehäusewand sie nur an ihrem unteren Teil befestigt, wo sie auf

berücksichtigt werden mußten. Durch die Verringe- parallele, ein Gitter bildende und am Fuß 14 des EIe-

rung der Gehäusewandstärke ist auch der Gesamtan- 20 ments befestigte Schienen 20 aufgeschoben sind. An

teil an Strukturwerkstoffen im Core geringer, so daß ihrem oberen Ende sind die Nadeln einfach durch

man entweder für eine gegebene Gesamtmasse die weitere, am Kopf 16 befestigte Schienen 22 geführt,

Masse an Spalt- oder Brutmaterial erhöhen oder das welche die Ausdehnung der Nadeln nicht behindern.

Montagespiel zwischen benachbarten Kernbrennstoff- Der Fuß 14 kann eine (nicht dargestellte) Vorrich-

elementen vergrößern kann. 25 tung zur elastischen Verriegelung am strichpunktiert

Die aus der deutschen Auslegeschrift 1065 100 gezeigten Traggerüst 24 des Reaktors aufweisen,
bekannte, ebenfalls durch ein Wickelverfahren herge- Erfindungsgemäß besteht der rohrförmige Mantel stellte, als Korrosionsschutzschicht dienende Außen- 12 aus einem dünnen Metallband, das spiralförmig hülse bei einem Kernbrennstoffelement ist demgegen- mit aneinanderstoßenden Windungen um das Nadelüber zusätzlich auf eine eigentlich tragende einstücki- 30 bündel 10 herumgewickelt ist, wobei es die Nadeln ge, geschlossene Kernbrennstoffelementhülse mit den eng berührt, um das Spiel möglichst herabzusetzen, erforderlichen mechanischen und thermischen Festig- Die so Kante an Kante angeordneten Windungen bilkeitseigenschaften aufgebracht und mit dieser durch den ein geschlossenes rohrförmiges Werkstück, des-Löten-fest verbunden. Das nach dem bekannten Ver- sen mechanische Festigkeit durch Lot- oder Schweißfahren hergestellte Kernbrennstoffelementgehäuse ist 35 nähte 26 zwischen benachbarten Windungen erhalten demnach kein eigensteifes Gebilde wie bei der Erfin- wird. Diese Lot- oder Schweißnähte können entwedung, sondern wird von dem dort zusätzlich vorhan- der diskontinuierlich oder kontinuierlich sein, wenn denen inneren Gehäuse getragen. Der bekannte ge- man eine völlige Dichtheit des Mantels wünscht. Die wickelte Außenmantel stellt somit auch kein das ra- Endwindungen sind schräg abgeschnitten, damit eine dioaktive Material zurückhaltendes Kernbrennstoff- 40 zur Brennstoffelementachse senkrechte Kante entelementgehäuse dar. steht, und auf den Kopf 16 bzw. den Fuß 14 aufge-

Die Erfindung ist insbesondere, jedoch nicht aus- zogen und daran durch eine Schweißnaht 28, eine

schließlich anwendbar für Abdeckungselemente, die Lötung oder in anderer Weise, beispielsweise durch

nur ein mit Brutmaterial gefülltes Nadelbündel ent- Nieten, befestigt.

halten, sowie für Elemente, die nur aus einem einzi- 45 Die Herstellung des erfindungsgemäßen Brennstoffgen Nadelbündel großer Länge bestehen, worin mit elements erfolgt nach einem Verfahren, das sich aus Spaltmaterialien und Brutmaterialien ausgestattete der obigen Beschreibung ergibt: Zunächst wird das Teile integriert sind, ebenso für Kernbrennstoffele- Nadelbündel 10 in üblicher Weise zusammengestellt mente mit einer tragenden Mittelsäule. und gegebenenfalls mit dem Fuß 14 verbunden. Die-In den ersten beiden Fällen besorgt das gewickelte 50 ses Nadelbündel wird anschließend nicht in ein star-Band die mechanische Verbindung zwischen dem res Gehäuse mit hexagonalem Querschnitt einge-Kopf und dem Fuß und die Starrheit des Brennstoff- führt, sondern Windung für Windung durch beielements. Im letzten Fall dient es nur zur Kanalisie- spielsweise vom Fuß ausgehendes spiralförmiges Umrung der Strömung des als Kühlmittel dienenden flüs- wickeln mit einem dünnen Metallband fortschreitend sigen Metalls. 55 mit dem rohrförmigen Mantel 12 umkleidet. Die

Im folgenden werden zwei erfindungsgemäße Windungen werden anschließend miteinander fest

Kernbrennstoffelemente als Ausführungsbeispiele be- verbunden, worauf Fuß und Kopf in üblicher Weise

schrieben. Die Beschreibung bezieht sich auf die befestigt werden.

Zeichnung. Hierin zeigt Die in F i g. 2 gezeigte Ausführungsform, worin die

Fig. 1 einen Aufriß eines Brennstoffelements, wo- 60 Bezugszeichen die gleichen sind wie in Fig. 1, je-

bei der Mittelteil nur zum Teil gezeigt und ein Teil doch unter Beifügung eines Indexstriches, unterschei-

des Mantels weggeschnitten ist, det sich von der Ausführungsform der F i g. 1 nur in

F i g. 2 eine Einzelansicht des Unterteils einer ab- einem Punkt: Das Metallband ist mit einer geringegewandelten Ausführungsform des Brennstoffele- ren Ganghöhe als die axiale Breite des Bandes gewikments der F i g. 1. 65 kelt, so daß sich eine Überdeckung mit der Breite r

Das in F i g. 1 gezeigte Core-Element besitzt ein ergibt. Diese Ausbildung ermöglicht die Befestigung

Gehäuse 8, dessen Querschnitt ein regelmäßiges aufeinanderfolgender Windungen aneinander mittels

Sechseck ist und das ein einziges Bündel von Nadeln Nieten 30.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 . ten flüssigen Metalls. Das Gehäuse dieses Kern- Patentanspruche: brennstoffelements besteht aus einer einstückigen

1. Kernbrennstoff element, das mindestens ein Hülse und ist an seinem oberen und unteren Ende Bündel von Nadeln aufweist, die in einem rohr- mit einem zur Handhabung des Kernbrennstoffeleförmigen, mit einem Fuß und einem massiven 5 ments mittels einer Lademaschine bestimmten massi-Kopf versehenen und einen Kanal für den Kühl- ven Kopf bzw. mit einem Fuß mit entsprechenden mittelstrom bildenden Mantel angeordnet sind, Ein- und Ausströmöffnungen für den Kühlmitteldadurch gekennzeichnet, daß der Man- strom versehen. Um das Auftreten von Schwingungstel (12) aus einem spiralförmig um das Bündel erscheinungen und Resonanzen der zu Bündeln zu- oder die Bündel gewickelten und in enger Beruh- io sammengefaßten Nadeln zu verhindern, ist es bei rung mit diesen stehenden, jedoch nicht fest mit dem bekannten Kernbrennstoffelement unbedingt erihnen verbundenen dünnen Metallband besteht, forderlich, das Nadelbündel, ohne zu großes Spiel in wobei jede Windung des Bandes mit den benach- den rohrförmigen Mantel, welcher das Brennelebarten Windungen starr verbunden ist und die mentgehäuse bildet, einzubauen. Unter Berücksichti-Endwindungen am Fuß (14) bzw. Kopf (16) be- 15 gung der Eigentoleranzen des Nadelbündels ist es erfestigt sind. ■ forderlich, daß die Querabmessungen (Höhe zu Sei-

2. Kernbrennstoffelement nach Anspruch 1, ten, spitze Winkel) und Längsabmessungen (Durchdadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (12) aus biegung, Ausrichtung) des Gehäuses mit einem voraneinanderstoßenden, durch Schweiß- oder Löt- zugsweise polygonalem Querschnitt in einem engen nähte (26) miteinander verbundenen Windungen ao Toleranzbereich gehalten werden, welcher aber noch besteht. ein geringes Spiel für die Wärmeausdehnung des Na-

3. Kernbrennstoffelement nach Anspruch 1, delbündels gewährleistet. Wegen dieses nur sehr gedadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (12) aus ringen Spiels zwischen Nadelbündel und Gehäuse ereinander überlappenden, durch Schweißen, Löten weist sich der Einbau des Nadelbündels in das Ge- oder Nieten (30) verbundenen Windungen be- 25 häuse als äußerst schwierig. Ein weiterer Nachteil besteht, steht darin, daß die Herstellungskosten eines nur aus

einem einzigen'Stück gefertigten Gehäuses verhältnismäßig hoch sind.
Ein ähnliches Kernbrennstoffelement mit einem

Die Erfindung betrifft ein Kernbrennstoffelement, 3° ebenfalls einstückigen rohrförmigen Gehäuse, jedoch das mindestens ein Bündel von Nadeln aufweist, die ohne den beschriebenen Fuß. ist aus der französiin einem rohrförmigen, mit einem Fuß und einem sehen Patentschrift 1459 318 bekannt,
massiven Kopf versehenen und einen Kanal für den Aus der deutschen Auslegeschrift 1 065 100 ist es

Kühlmittelstrom bildenden Mantel angeordnet sind. bereits bekannt, die die notwendigen mechanischen Kernbrennstroffelemente dieses Typs finden insbe- 35 und thermischen Eigenschaften aufweisende Hülse sondere bei schnellen Reaktoren Verwendung, die eines Kernbrennstoffelements zusätzlich mit einem vorzugsweise durch ein aus einem flüssigen Metall dem Korrosionsschutz dienenden, nach dem Wickelbestehenden Kühlmittel gekühlt werden. Verfahren aus einem dünnen Folienband hergestell-

Die einzelnen Nadeln des Bündels bestehen jeweils ten Mantel zu überziehen und diesen mit der Hülse aus einem Stab von Spalt- oder Brutmaterial in einer 40 fest zu verlöten. Dabei tritt auch eine Verbindung dichten Hülle. Der Ausdruck »Stab« soll hier entwe- der überlappten Ränder des Folienbandes ein. Da der ein massives Stück oder eine Tablettensäule ge- hier ebenfalls ein einstückiges Gehäuse vorhanden ringer Länge.bezeichnen. Die eine Art wird im allge-' ist, in das das Nadelbündel eingeschoben werden meinen bei metallischen Brennstoffen angewandt muß, treten mithin die bei den obenerwähnten beiz. B. einer Uran- und Plutoniumlegierung), während 45 kannten Kernbrennstoff elementen beschriebenen man die zweite Art bei keramischen Brennstoffen Schwierigkeiten auf.
(z. B. Oxiden und Carbiden) verwendet. Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, diese Nach-

Aus der französischen Patentschrift 1 291 633 ist teile bei dem aus der französischen Patentschrift bereits ein Kernbrennstoffelement, insbesondere für 1291 633 bekannten, hinsichtlich seiner Ausbildung mit schnellen Neutronen betriebene Kernreaktoren, 50 im allgemeinen befriedigenden Kernbrennstoffeledie mittels eines durch den Core strömenden flüssi- ment zu beseitigen.

gen Metalls gekühlt werden, bekannt, das mindestens Diese Aufgabe wird bei einem Kernbrennstoffele-

ein Bündel von Nadeln aufweist, die in einem einen ment der eingangs genannten Gattung erfindungsge-Kanal für den Kühlmittelstrom bildenden rohrförmi- maß dadurch gelöst, daß der Mantel aus einem spigen Mantel angeordnet sind. Bei einer bevorzugten 55 ralförmig um das Bündel oder die Bündel gewickel-Ausführungsform wird dort ein Kernbrennstoffele- ten und in enger Berührung mit diesen stehenden, jement mit drei übereinander in einem Gehäuse mit doch nicht fest mit ihnen verbundenen dünnen Mehexagonalem Querschnitt angeordneten Nadelbün- tallband besteht, wobei jede Windung des Bandes mit dein beschrieben. Die Nadeln eines Bündels sind da- den benachbarten Windungen starr verbunden ist bei in einem zentrierten hexagonalen Gitter angeord- 60 und die Endwindungen am Fuß bzw. Kopf befestigt net. Jedes Bündel wird von einem Gitter oder von sind. Dabei kann der Mantel sowohl aus aneinander-Schienen getragen, die am Gehäuse befestigt sind, stoßenden, durch Schweiß- oder Lötnähte miteinan- und der für den Durchtritt des flüssigen Metalls er- der verbundenen Windungen als auch aus einander forderliche Abstand wird durch eine mit der Hülle überlappenden, durch Schweißen, Löten oder Nieten fest verbundene Rippe oder einen Draht in Spiral- 65 verbundenen Windungen bestehen,
form aufrechterhalten. Das Gehäuse gewährleistet, Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen auf

daß die Nadeln an Ort und Stelle gehalten werden der Hand: Das erfindungsgemäß gewickelte Gehäuse und leitet die Strömung des als Kühlmittel verwende- weist nunmehr ein geringes, für die Wärmeausdeh-