DE1589803A1

DE1589803A1 - Fuel element for nuclear reactors

Info

Publication number: DE1589803A1
Application number: DE19671589803
Authority: DE
Inventors: Lass James Lloyd
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1966-01-26
Filing date: 1967-01-17
Publication date: 1970-12-23
Also published as: ES336064A1; GB1173928A; FR1516040A; DE1589803B2

Description

Df* Erharf Ziegler Df * Erharf Ziegler

ijpUrn. L;:i^r N:.".1deliS 6 Frankfurt'Main 1 -- pätc.'.-'.-'V. :.c PotfccS SCH 655-24D-858ijpUrn. L;: i ^ r N:. ". 1deliS 6 Frankfurt'Main 1 - pätc .'.-'.- 'V. : .c PotfccS SCH 655-24D-858

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Potlfcch 30116 Frankfurt / Main I
Potlfcch 3011

General Electric Company, 1 River Road, Schenectady, N.Y., USAGeneral Electric Company, 1 River Road, Schenectady, N.Y., USA

Brennstoffelement für KernreaktorenFuel element for nuclear reactors

Die Erfindung bezieht sich auf Kernreaktoren und im besonderen auf Brennelemente, die in solchen Kernreaktoren verwendet werden. The invention relates to nuclear reactors and, more particularly, to fuel assemblies used in such nuclear reactors.

Es ist bekannt, daß bei Kernspaltungsreaktionen große Energiemengen freigesetzt werden. Hierbei absorbiert ein spaltbaresIt is known that nuclear fission reactions involve large amounts of energy be released. Here a fissile absorbs

o«3«3 9Ti 9*3 9 94.1o «3« 3 9Ti 9 * 3 9 94.1

Isotop wie U , U , Pu ^y und Pu ein Neutron in seinem Kern und zerfällt daraufhin unter Spaltung. Hierbei entstehen im Mittel zwei Spaltprodukte von niedrigerem Atomgewicht und mehrere Neutronen. Die Spaltprodukte und die Neutronen haben eine hohe Energie. So entstehen beispielsweise bei der Spaltung von U ein Spaltprodukt mit einer Massenzahl zwischen 80 und 110 sowie ein Spaltprodukt mit der Massenzahl zwischen 125 und 155 sowie im Mittel 2,5 Neutronen. Bei jeder Spaltung wird eine Energie freigesetzt, die an 200 MeV heranreicht.Isotopes like U, U, Pu ^y and Pu have a neutron in its nucleus and then decays with fission. Here, on average, two fission products with a lower atomic weight and several neutrons are formed. The fission products and the neutrons have high energy. For example, the fission of U produces a fission product with a mass number between 80 and 110 and a fission product with a mass number between 125 and 155 and an average of 2.5 neutrons. Each time it splits, an energy is released that comes close to 200 MeV.

Die kinetische Energie der ^spaltprodukte wird im Kernbrennstoff sehr rasch in Wärme umgesetzt. Wenn nach dieser WärmeerzeugungThe kinetic energy of the ^s paltprodukte will be implemented in the nuclear fuel very rapidly into heat. If after this heat generation

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zumindest noch ein Neutron übrig bleibt, das eine nachfolgende Kernspaltung auslösen kann, unterhält sich die Spaltungsreaktion von selbst, so daß die Wärmeerzeugung kontinuierlich wird. Die Wärme wird durch ein Kühlmittel abgeführt, das an dem Brennstoff vorbeigeführt wird. Die Spaltungsreaktion kann solange fortdauern, wie im Brennstoff noch eine ausreichende Menge von spaltbarem Material vorhanden ist, die die Wirkungen der Spaltprodukte und anderer möglicherweise vorhandenen Neutronenabsorber überwiegt.at least one neutron remains, the next one Can trigger nuclear fission, the fission reaction sustains itself, so that the heat generation is continuous. the Heat is dissipated by a coolant that is bypassed the fuel. The cleavage reaction can continue as long as how there is still a sufficient amount of fissile material in the fuel to reduce the effects of the fission products and other possible existing neutron absorbers predominate.

Um die Spaltungsreaktionen in einem Umfang ablaufen zu lassen, der ausreicht, verwertbare Mengen thermischer Energie zu erzeugen, wird das spaltbare Material inForm von Brennelementen in die Kernreaktoren eingesetzt, die die verschiedensten Formen haben können. Der Kernbrennstoff kann in den Brennelementen in Form von Platten, Röhren oder Stäben angeordnet sein. Die Brennelement sind üblicherweise außen mit einem korrosionsbeständigen nicht-aktiven Material überzogen, in dem weder spaltbare Isotope noch solche Isotopen vorhanden sind, aus denen durch Neutroneneinfang spaltbare Isotope entstehen. Die Brennelemente werden in vorgegebenen Abständen voneinander gruppenweise zu Brennstoffbündel zusammengefaßt und in einem Kühlmittelkanal eingesetzt.Zum Aufbau eines Reaktorkerns, in den eine kontinuierliche Spaltreaktion ablaufen kann, wird eine ausreichende Anzahl solcher Brennstoff bündeln kombiniert. Der Reaktorkern ist üblicherweise in einem Reaktorkessel eingesetzt.In order to allow the cleavage reactions to proceed to an extent sufficient to generate usable amounts of thermal energy, the fissile material is in the form of fuel assemblies in the nuclear reactors used, which can have the most varied shapes. The nuclear fuel can be in the fuel assemblies in Be arranged in the form of plates, tubes or rods. The fuel assembly are usually outside with a corrosion-resistant Coated non-active material in which there are neither fissile isotopes nor those isotopes that can be made up by neutron capture fissile isotopes arise. The fuel assemblies are grouped into fuel bundles at predetermined intervals summarized and used in a coolant duct Construction of a reactor core in which a continuous fission reaction can run off, a sufficient number of such fuel bundles are combined. The reactor core is usually in a reactor vessel used.

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D-.s Brennelement, mit dem sich die Erfindung bei aßt, weist eine langgestreckte Röhre oder Hülse auf, die entweder aus einem Stück oder aus einzelnen Segmenten aufgebaut sein kann. Diese Hülse enthält ein spaltbares Material wie beispielsweise Urandioxid. Das spaltbare Material wird üblicherweise in Form von Pillen in die Hülse eingesetzt, die mit ihren .Stirnflächen aufeinander liegen. Das spaltbare Material kann aber auch in Form von Pulver oder kleinen Partilcelchen eingefüllt werden. Das obere Ende der Hülse enthält einen Gasraum, in dem sich die gasförmigen Spaltprodukte sammeln können, die aus dem Kernbrennstoff während des Reaktorbetriebs entweichen. Die beiden Enden der Hülse sind mit Endpfropfen versehen, die dicht auf die beiden Enden der Hülse aufgeschweißt sind, um zu verhindern, da;,', gasförmige Spaltprodukte aus der Brennstoifhülse entweichen können, und um weiterhin zu verhindern, daß Kühlwasser in das Brennelement eindringen kann. Um die Lebensdauer der Brennelemente in einem Reaktor zu erhöhen, ist es günstig, die mechanischen Spannungen auf ein Minimum herabzusetzen, die in solchen Brennelementen herrschen können. Mechanische Spannungen treten sehr häufig an solchen Stellen auf, an denen sich nebeneinander li'.-^ende Bauteile der Brennelemente ungleichfornig ausdehnen, in rcauch-in Fällen kann man dieser ungleichförmigen Ausdehnung dadurch begegnen, daß man zwischen den verschiedenen Bauteilen ein gewisse;? Spiel vorseht. Das ist beispielsweise zwischen der Hülse der Bx-ennelemente und den Brennstoffpillen möglich, da man die Pillen ns it einem solchen Sp^iI in die Hüte einsetzen kann, daß sich dir Pillen ungehindert ausdehnen können.D-.s fuel element, with which the invention ate, has a elongated tube or sleeve, which can be constructed either in one piece or from individual segments. This sleeve contains a fissile material such as uranium dioxide. The fissile material is usually inserted into the sleeve in the form of pills which rest on one another with their end faces. The fissile material can also be filled in in the form of powder or small particles. The top of the sleeve contains a gas space in which the gaseous fission products are can collect that escape from the nuclear fuel during reactor operation. The two ends of the sleeve have end plugs provided, which are welded tightly to the two ends of the sleeve are in order to prevent there ;, ', gaseous fission products from the fuel sleeve can escape, and to further prevent that cooling water can penetrate into the fuel assembly. About the lifespan of fuel assemblies in a reactor, it is beneficial to reduce to a minimum the mechanical stresses that can prevail in such fuel assemblies. Mechanical stress occur very often in places where they are next to each other left components of the fuel assemblies expand unevenly, in rcauch-in cases one can see this uneven expansion counteract by having a certain ;? Game provides. This is for example between the Sleeve of the Bx-ennelemente and the fuel pills possible, since one can put the pills in the hats with such a fun, that pills can expand freely for you.

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Diese Lösung kann jedoch in solchen Gebieten der Brennelemente nicht angewendet werden, in denen ein Spiel zum Ausgleich der thermischen Ausdehnung nicht möglich -'-ist*—Solche Gebiete finden sich beispielsweise an solchen Stellen , an denen bestimmte Teile der Bx'ennelemente miteinander verschweißt werden müssen. Das ist bei den hier interessierenden Brennelementen an der Schweißnaht zwischen dem unteren Verschlußpfropfen und der Brennstoffhülse sowie an den Schweißnähten zwischen den einzelnen Segmenten des Brennelementes der Fall. Während des Reaktorbetriebs hat sich herausgestellt, diß sich die Brennstoffpillen, die Hülse und der Endpfropfen unterschiedlich aufheizen, so daß die mittlere Körpertemperatur des Endpfropfens erheblich über der mittleren Körpertemperatur der Hülse liegt. Die thermische Radialausdehnung des Endpfropfens ist daher größer als die Radialausdehnung der Hülse so daß in der Schweißnaht zwischen Endpfropfen und Hülse erhebliche mechanische Spannungen auftreten. Diese mechanischen Spannungen führen auf Risse oder Poren in der Schweißnaht, so daß Spaltprodukte aus dem Brennelement in das Kühlwasser gelangen können, und so daß Kühlmittel in das Brennelement gelangen kann. Beim Auftreten solcher Risse und Poren müssen nicht hur die fehlerhaften Brennelemente ausgetauscht werden. Vielmehr kann das Kühlmittel radioaktive Stoffe aus den Brennelementen mit sich füh ren und dadurch die verschiedensten Teile des Re%tors und des Kühlmittelkreislaufes kontaminieren. Diese unterschiedlichen ther mischen Ausdehnungen sind dort am größten, wo das Kühlmittel inHowever, this solution cannot be used in those areas of the fuel assemblies in which play to compensate for thermal expansion is not possible -'- * —Such areas can be found, for example, at locations where certain parts of the fuel assemblies are welded together have to. In the case of the fuel assemblies of interest here, this is the case at the weld seam between the lower plug and the fuel sleeve and at the weld seams between the individual segments of the fuel assembly. During the operation of the reactor it has been found that the fuel pills, the sleeve and the end plug heat up differently, so that the mean body temperature of the end plug is considerably higher than the mean body temperature of the sleeve. The thermal radial expansion of the end plug is therefore greater than the radial expansion of the sleeve so that considerable mechanical stresses occur in the weld between the end plug and the sleeve. These mechanical stresses lead to cracks or pores in the weld seam, so that fission products from the fuel assembly can get into the cooling water, and so that coolant can get into the fuel assembly. If such cracks and pores occur, it is not just the faulty fuel assemblies that have to be replaced. Rather, the coolant radioactive material from the fuel assemblies can füh with Ren and thereby contaminate the various parts of Re% tors and the coolant circuit. These different mix ther expansions there are greatest where the coolant in

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das Brennstoffbündel eintritt, da dieses Gebiet der Brennelemente auf der niedrigsten Temperatur gehalten wird. Die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen treten auch bei einem segmentierten Brennelement dort auf, wo die einzelnen Segmente des Brennelementes miteinander verbunden sind. Um diese mechanischen Spannungen möglichst klein zu machen, sind schon die verschiedensten Formen für die Endpfropfen, die verschiedsten Materialien und Hülsen der verschiedensten Dicken untersucht worden. Durch die vorliegende Erfindung ist es möglich, diese mechanischen Spannungen wesentlich besser herabzusetzen, als es mit den bisher hierfür bekannten Maßnahmen möglich war.the fuel bundle enters because this area of the fuel assemblies is kept at the lowest temperature. The different thermal expansions also occur with a segmented Fuel assembly where the individual segments of the fuel assembly are connected to each other. About this mechanical tension To make it as small as possible are the most varied shapes for the end plug, the most varied of materials and Sleeves of various thicknesses have been examined. Through the present invention, it is possible to reduce these mechanical stresses much better than with the previous for this known measures was possible.

Nach der Erfindung sind nun Maßnahmen vorgesehen, die die eben beschriebenen thermischen Ausdehnungen sowohl in Gebieten des Endpfropfens als auch in den Gebieten herabsetzen, an denen die einzelnen Segmente der Hülse miteinander verbunden sind. Am Endpfropfen wird das beispielsweise dadurch erreicht, daß zwischen die unterste Brennstoffpille und den Endpfropfen ein Wärmeisolierstückchen eingesetzt wird. Dadurch wird der Wärmeübergang zwischen der Brennstoffpille und den Pfropfen vermindert, wodurch die mittlere Körpertemperatur des Endpfropfens etwa gleich der mittleren Körpertemperatur der Brennstoffhülse wird, mit der der Endpfropfen verbunden ist. Es hat sich gezeigt, daß ein ausreichend großer Temperaturabfall mit einem Isolierstückchen aus Metall erzielt werden kann, daß aber trotzdem der Wärmeübergang durch dasstückchen hindurch sehr schlecht gemacht werden kann.According to the invention, measures are now provided that the thermal expansions just described both in areas of the Reduce the end plug as well as in the areas where the individual segments of the sleeve are connected to one another. At the end plug this is achieved, for example, by placing a piece of thermal insulation between the lowermost fuel pill and the end plug is used. As a result, the heat transfer between the fuel pill and the plug is reduced, whereby the mean body temperature of the end plug approximately equal to the mean Body temperature of the fuel sleeve is with which the End plug is connected. It has been shown that a sufficiently large temperature drop is made with an insulating piece Metal can be achieved, but that the heat transfer through the piece can still be made very poor.

ORIGINAL INSPECTED 009852/0454 ORIGINAL INSPECTED 009852/0454

I¹BSSB 0.3I ¹ BSSB 0.3

Der Temperaturabfall in dem isolierstückchen aus Metall selbst ist nur sehr klein, da das Metall eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt. Ein großer Teil des Temperaturabfalls ist jedööh der Zwischenschicht oder den Spalten zuzuschreiben, die zwischenrier Brennstoffhülse und dem Isolierstückchen sowie zwischen dem Endpfropfen und dem Isolierstückchen vorhanden sind. (Y/en zwei oder mehrere Wärmeisolierstückchen verwendet werden, bilden sich zwischen nebeneinanderliegenden Isolierstückchen thermische Zwischengebiete aus.) Diese Erscheinungen beruhen auf der Voraussetzung, daß diese thermischen Zwischengebiete bei der Herstellung des Brennelementes mit Helium gefüllt sind, und daß sie sich während des Ileaktoibetriebs weiterhin mit Helium und gasförmigen Spaltprodukten füllen, die vom Brennstoff abgegeben werden. Die Wärmeleitfähigkeit dieser Gase ist gegenüber der Wärmeleitfähigkeit der thermischen Isolierstückchen, der Hülse und des Endpfropfens niedrig, so daß diese Zwischengebiete eine sehr gute wärmeisolierende Wirkung haben.The drop in temperature in the metal insulator itself is only very small because the metal has good thermal conductivity. A large part of the temperature drop is, however The intermediate layer or gaps between the fuel sleeve and the insulator and between the end plug and the insulating piece are present. (Y / en two or more pieces of thermal insulation are used, form thermal intermediate areas between adjacent insulating pieces from.) These phenomena are based on the assumption that these thermal intermediate areas during manufacture of the fuel element are filled with helium, and that they continue to be filled with helium and gaseous during the Ileaktoi operation Fill the fission products given off by the fuel. The thermal conductivity of these gases is opposite to the thermal conductivity the thermal insulator, the sleeve and the end plug low, so that these intermediate areas a very good have a heat-insulating effect.

Die günstigste Form für die Wärmeisoliersttickchen nach der Erfindung ist ein gleichseitiges Dreieck mit abgerundeten Ecken. Es ist günstig, wenn das Spiel zwischen den Stückchen und dem Innendurchmesser des Brennelementes nur klein ist. Zusätzlich ist es günstig, wenn man die Isolierstückchen verhältnismäßig dünn ausbildet, so daßman mehrere Teilchen übereinander legen kann, soThe most favorable form for the thermal insulation strips according to the invention is an equilateral triangle with rounded corners. It is favorable when the game between the bits and the Inner diameter of the fuel assembly is only small. In addition, it is advantageous if the insulating pieces are relatively thin so that you can put several particles on top of each other, so

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daß sich aufgrund der thermischen Grenzschichten eine größere Anzahl von gasgefüllten, den Wärmeübergang hemmende Spalte ergeben. that due to the thermal boundary layers there is a larger Number of gas-filled, the heat transfer inhibiting column result.

Die Foim der dreieckigen Isolierstückchen ist so gewählt, daß sie beim Einsetzen in die Brennstoffhülse während des Füllens des Brennelementes die Hülse hinuntergleiten und flach am Endpfropfen aufliegen können. Da die Stückchen dreieckig sind und da zwischen den 'tückchen und dem Innendurchmesser der Hülse ein gewisses Spiel herrscht, ist es unwahrscheinlich, daß die Stückchen in einer anderen Lage als flach an der inneren Oberfläche des Endpfropfens aufliegen können. Dadurch ist sichergestellt, daß der Brennstoff in jedem Brennelement bis zur gleichen Höhe eingefüllt wird, da die unterste Brennstoffpille vom Endpf-ropfen einen nicht zu großen Abstand hat, womit man rechnen muß, wenn das Isolierstückchen auf dem Endpfropfen entweder senkrecht oder verkantet aufliegt. Dadurch wird außerdem ein Bruch der Brennstoffpille vermieden, der zu befürchten ist, wenn die unterste Brennstoffpille während des Einfüllens in die Hülse auf ein verkantetes Isolicrscheibchen auftrifft.The shape of the triangular insulating pieces is chosen so that when they are inserted into the fuel sleeve during the filling of the fuel assembly they can slide down the sleeve and lie flat on the end plug. Since the bits are triangular and there is some clearance between the bits and the inside diameter of the sleeve, it is unlikely that the bits will rest in any position other than flat against the inner surface of the end plug. This ensures that the fuel is filled up to the same level in each fuel assembly, since the lowest fuel pill is not too far from the end plug, which must be expected if the insulating piece rests either vertically or at an angle on the end plug. This also prevents the fuel pill from breaking, which is to be feared if the lowermost fuel pill hits a canted insulating disk while it is being filled into the sleeve.

Im folgenden soll die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen im einzelnen beschrieben werden.In the following the invention is intended in connection with the drawings will be described in detail.

Fig. 1 ist eiiie teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines Brennstoffbündels, in dem Brennelemente nach der Erfindung enthalten sind.Fig. 1 is a partially sectioned perspective view a fuel bundle in which fuel assemblies according to the invention are included.

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Fig. 2 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines aus Segmenten aufgebauten Brennelementes, in dem die Wärmeisolierstückchen nach der Erfindung eingesetzt sind.Figure 2 is a partially sectioned side view of a segmented fuel assembly in which the thermal insulators according to the invention are inserted.

Fig. 3 ist ein vergrößerter Längsschnitt durch das untereEnde eines Brennelementes ohne die Wärmeisolierstücken nach der Erfindung.Figure 3 is an enlarged longitudinal section through the lower end a fuel assembly without the heat insulating pieces according to the Invention.

Fig. 4 zeigt schematisch das Temperaturgefälle zwischen der untersten Brennstoffpille, dem Endpfropfen und der zugehörigen Hülse des Brennelementes aus Fig. 3.Fig. 4 shows schematically the temperature gradient between the lowermost fuel pill, the end plug and the associated one Sleeve of the fuel assembly from FIG. 3.

Fig. 5 ist ein vergrößerter Längsschnitt durch das untere Ende des Brennelementes aus Fig. 2, das Wärmeisolierstückchen nach der Erfindung enthält.Fig. 5 is an enlarged longitudinal section through the lower end of the fuel assembly of Fig. 2, which contains heat insulating pieces according to the invention.

flg. 6 ist ein Diagramm und stellt den Temperaturabfalle zwisehen der untersten Brennstoffpille, dem unteren Endpfropfen und der zugehörigen Hülse sowie dem Wärmeisolieretückchen nach Fig. 5 dar.Fig. 6 is a graph depicting the temperature drop between the bottom fuel pill, the bottom end plug and the the associated sleeve and the thermal insulation piece Fig. 5 represents.

Fig. 7 ist ein vergrößerter Schnitt längs der Linie 7-7 aus Fig. 5.Fig. 7 is an enlarged section taken along line 7-7 of Fig. 5.

Fig. 8 zeigt ein Wärmeisolierstückchen nach der Erfindung von oben.Fig. 8 shows a heat insulating piece according to the invention from above.

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Fig. 9 ist eine Seitenansicht des Wärmeisolierstückchens nach Fig. 8.FIG. 9 is a side view of the thermal insulation chip shown in FIG. 8.

Fig. 1OA bis IOD zeigen, in welcher Reihenfolge die Wärmeisolierstückchen während des Zusammensetzens des Brennelementes eingeführt werden.10A to IOD show the order in which the heat insulating pieces are introduced during assembly of the fuel assembly.

In Fig. 1 ist ein Brennstoffbündel dargestellt, das Brennelemente nach der Erfindung aufweist. Das Brennstoffbündel Ϊ0 besteht im wesentlichen aus einem offenen quadratischen Mantel 12, Brennelementen 14, der unteren und der oberen Halterungsplatte 16 und 18 sowie aus Abstandsstücken 20 für die Brennelemente. Der ' Mantel 12hat einen quadratischen Querschnitt. In den oberen Ecken des Mantels sind Eckstücke 22 eingesetzt, die den Mantel tragen, nachdem der Mantel über die Brennelemente herübergesehoben worden ist. Brennelemente 14 gehen in einem vorgegebenen Abstand voneinander durch eine Anzahl von Abstandsstücken 20 hindurch und sind auch dor befestigt. Die Abstandsstücke 20 stützen sich gegen die innere Oberfläche des Mantels 12 ab. Sie sind voneinander längs des Bündels in einem bestimmten Abstand angeordnet, der etwa S3cm bis 40cm betragen kann. Weiterhin sind sie mit einem oder mehreren der Brennelemente fest verbunden,so daß sie in Längsrichtung nicht verschoben werden können. Diese Verbindungen können auf verschiedene Weisen erreicht werden, beispielsweise durch das Anbringen von Verriegelungen in den gleichen vorgegebenen Abständen. Ein Beispiel für eine solche An-In Fig. 1, a fuel bundle is shown which has fuel assemblies according to the invention. The fuel bundle Ϊ0 exists essentially of an open square shell 12, fuel assemblies 14, the lower and the upper support plate 16 and 18 as well as spacers 20 for the fuel assemblies. The jacket 12 has a square cross-section. In the upper corners of the shell, corner pieces 22 are inserted which support the shell after the shell has been lifted over the fuel assemblies is. Fuel assemblies 14 pass through a number of spacers 20 at a predetermined distance from one another and are also attached to it. The spacers 20 support against the inner surface of the shell 12. They are spaced from each other along the bundle at a certain distance, which can be about S3cm to 40cm. Furthermore, they are firmly connected to one or more of the fuel assemblies so that they cannot be displaced in the longitudinal direction. These connections can be achieved in several ways, for example by putting latches in the same specified intervals. An example of such an

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ordnung wird inVerbindung mit der Fig. 2 beschrieben, die ein aus Segmenten aufgebautes Brennelement darstellt.order is described in connection with FIG represents fuel assembly built up from segments.

Jedes Brennelement 14 weist eine langgestreckte Hülse auf, die spaltbares Material wie beispielsweise angereichertes Urandioxid enthält. Das Spaltmaterial ist üblicherweise in der Form von Pillen hoher Dichte eingebracht, die mit ihren Stirnflächen aufeinanderliegen. Das spaltbare Material kann aber auch als Pulver oder in Form kleiner Partikelchen eingefüllt sein, die bis zu einem Schüttgewicht verdichtet sind, das der theoretischen Dichte des Materials entspricht. Jedes Hülsenende ist mit einem Pfropfen verschlossen, so daß kein Kühlmittel in die Hülse eindringen kann und so daß keine Spaltprodukte aus dem Brennelement entweichen können. Wie aus der Fig. 1 hervorgeht,sind eine große Anzahl dar Brennelemente aus dem Brennstoffbündel mit kontinuierlichen Hülsen versehen, also mit Hülsen, die aus einem Stück hergestellt sind. In einem besonders gebräuchlichen Brennstoffbündel ist nur ein einziges Brennelement mit einer aus Segmenten aufgebauten Hülse versehen. Ein solches Brennelement, und zwar üblicherweise ein Element, das etwa in der Mitte des Bündels angeordnet ist, ist aus Segmenten aufgebaut und weist an Jeder Verbindungsstelle zwischen zwei Segmenten Verriegelungsvorrichtungen auf, die an den Abstandsstücken 20 angreifen können.Each fuel assembly 14 has an elongated sleeve containing fissile material such as enriched uranium dioxide. The gap material is usually in the form introduced by high-density pills with their end faces on top of each other. The fissile material can also be used as a powder or be filled in in the form of small particles which are compressed to a bulk density that of the theoretical Density of the material. Each end of the sleeve is closed with a plug so that no coolant can penetrate into the sleeve and so that no fission products from the fuel assembly can escape. As can be seen from FIG. 1, a large number of the fuel elements from the fuel bundle are provided with continuous sleeves, that is to say with sleeves that are made from one piece are made. In a particularly common fuel bundle, there is only a single fuel assembly with one segment built-up sleeve provided. Such a fuel assembly, usually an assembly located approximately in the middle of the bundle is arranged, is made up of segments and has locking devices at each connection point between two segments, which can act on the spacers 20.

Die unteren Enden der Brennelemente sitzen auf der unteren Halterungsplatte 16 in Sacklöchern 24 auf, die in die Halterungs-The lower ends of the fuel assemblies sit on the lower mounting plate 16 in blind holes 24, which are in the mounting

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platte eingebohrt sind. Neben den Sacklöchern 24 sind Öffnungen 26 angeordnet, die direkt mit der unteren Öffnung 28 in Verbindung stehen. Das untere Ende des quadratischen Marteals 12 paßt genau um das obere Ende der unteren Halterungsplatte herum. Das untere Ende der Halterungsplatte setzt sich in einem abgeschrägten Übergangsstück fort, das in einer offenen Nase 29 von kreisförmigem Querschnitt endet. Dieses Übergangsstück sitzt auf Halterungen innen im Reaktor auf. Wenn das Brennstoffbündel in den Reaktor eingesetzt wird, steht die untere Öffnung 28 mit einer Vorratskammer in Verbindung, in der ein Kühlmittel wie beispielsweise ifasser, vorhanden ist. Mehre reBrennelemente, beispielsweise die mit 30 bezeichneten, sind an den Ecken des Brennstoffbündels eingesetzt und mit Gewindeansätzen versehen, die durch die obere Halterungsplatte 28 hindurchgehen und an der Platte mittels Muttern 32 festgeschraubt sind. Die obere Halterungsplatte ist mit Aufnahmeöffnungen 34 für die Brennelemente versehen, in die die oberen Enden der Brennelemente hineinragen. Zwischen die obere Halterungsplatte 18 und die obere Schulter der Brennelemente 14 sind Durckfedern 36 eingesetzt, die eine vorgegebene Kraft ausüben. Diese Kraft ist durch das Drehmoment bestimmt, mit dem die Muttern 32 angezogen worden sind. Zwischen den Aufnahmeöffnungen 34, in die die oberen Enden der Brennelemente eingesetzt sind, sind Öffnungen 38 vorgesehen, die das Innere des Brennstoffbündeis mit dem Dampfdom des Reaktors verbinden. Der Mantel 12 ist an der oberen Halterungsplatte mit Hilfe %on Bolzen 40 angeschraubt, die durch Öffnungen in den Eckstücken 22 undplate are drilled. In addition to the blind holes 24, openings 26 are arranged which directly connect to the lower opening 28 in FIG Connected. The lower end of the square marteal 12 fits snugly around the upper end of the lower support plate. The lower end of the support plate continues in a beveled transition piece which is in an open nose 29 of circular cross-section ends. This transition piece sits on brackets inside the reactor. When the fuel bundle is inserted into the reactor, the lower opening 28 is open with a storage chamber in connection in which a coolant such as water is present. Several fuel elements, For example, those marked 30 are inserted at the corners of the fuel bundle and provided with thread lugs, which pass through the upper support plate 28 and are screwed to the plate by means of nuts 32. The upper support plate is provided with receiving openings 34 for the fuel assemblies, into which the upper ends of the fuel assemblies protrude. Between the upper support plate 18 and the upper shoulder the fuel assemblies 14 are pressure springs 36 used, the one exert a given force. This force is determined by the torque with which the nuts 32 have been tightened. Between the receiving openings 34, into which the upper ends of the fuel assemblies are inserted, openings 38 are provided, which the interior of the fuel bundle with the steam dome of the reactor. Of the Shell 12 is screwed to the upper mounting plate with the help of bolts 40, which pass through openings in the corner pieces 22 and

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In Verlängerungsstücke 41 an der oberen Halterungsplatte ein-ge schraubt sind, die mit Gewindebohrungen versehen sind. Schließlich ist die obere Halterungsplatte 18 noch mit einem Handgriff 42 versehen, der dazu verwendet wird, das^ Brennstoff bündel anzuheben und abzusenken.Insert into extension pieces 41 on the upper mounting plate are screwed, which are provided with threaded holes. Finally, the upper mounting plate 18 is still with a handle 42 provided, which is used to raise and lower the ^ fuel bundle.

Das eber^beschriebene Brennst off bündel kann in verschiedenen Reaktortypen verwendet werden. Besonders günstig ist jedoch seine Verwendung in Siedewasserreaktoren, in denen das Kühlmittel gleichzeitig als Moderator dient. Wird das Brennstoffbündel in einem Siedewasserreaktor verwendet, so strömt das Kühlmittel durch die untere Öffnung 28 und die öffnungen 26 hindurch innerhalb des Mantels 12 nach oben. Dabei umgibt es die Brennelemente 14 und fließt in Längsrichtung die Oberflächen der Brennelemente entlang. Während das Kühlmittel nach oben strömt, führt es Wärme aus den Brennelementen ab. Dabei erhöht sich die Temperatur des Kühlmittels, so daß sich das Kühlmittel in Naßdampf umwandelt, der beispielsweise einen Dampfanteil von 10 Gewichtsprozent aufweist. Dieser Naßdampf strömt durch Öffnungen 38 in der oberen Halterungsplatte 18 hindurch und gelangt in einen Dampfdom innerhalb des Reaktors. Der Dampfdom nimmt den Naßdampf aus einer Anzahl von BrennstoffbündeJb auf, die zusammen den Reaktorkern bilden. Daraufhin wird der Naßdampf aus dem Dom getrocknet und an eine Dampfturbine abgegeben. Der Abdampf der Turbine wird kondensiert und kann dann in die bereits erwähnte Vorratskammer für dasKühlmittel zurückgeführt werden.The fuel bundle described can be used in various types of reactors. However, his is particularly cheap Use in boiling water reactors in which the coolant also serves as a moderator. Will be the bundle of fuel Used in a boiling water reactor, the coolant flows through the lower opening 28 and the openings 26 inside the jacket 12 upwards. It surrounds the fuel elements 14 and flows in the longitudinal direction along the surfaces of the fuel assemblies. As the coolant flows upwards, it carries heat from the fuel assemblies. The temperature of the coolant increases, so that the coolant is converted into wet steam, which has, for example, a steam content of 10 percent by weight. This wet steam flows through openings 38 in the upper Retaining plate 18 through and enters a steam dome within the reactor. The steam dome takes the wet steam from a Number of fuel bundles that together form the reactor core form. The wet steam from the dome is then dried and given off to a steam turbine. The exhaust steam from the turbine is condenses and can then be returned to the previously mentioned storage chamber for the coolant.

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In der Fig. 2 ist ein aus Segmenten aufgebautes Brennelement 14* dargestellt, das nach der Erfindung aufgebaut ist. Dieses Brennelement besteht aus einer Anzahl von Segmenten 43, die durch Verbindungsstücke 44 miteinander verbunden sind. Jedes Segment weist eine zylindrische Hülse 45 auf. Diese Hülsen können aus verschiedenen Materialien hergestellt sein. Es ist besonders günstig, wenn man für die Hülsen Zirkon verwendet, da Zirkon einen niedrigen Neutroneneinfangsquerschnitt aufweist. Das obere Ende des Brennelementes ist mit einem Pfropfen 46 verschlossen, während in das untere Ende des Brennelementes ein Endpfropfen 48 eingesetzt ist. Beide Pfropfen können ebenfalls aus Zirkon hergestellt sein. Diese beiden Pfropfen sind in den beiden Enden des Brennelementes 14* eingeschweißt, so daß kein Reaktorkühlmittel zum Brennstoff gelangen kann, und so daß keine Spaltprodukte aus dem Brennelement austreten können. Die Hülse 45 eines jeden Segmentes ist mit einem spaltbaren Material wie beispielsweise mit Urandioxid gefüllt. Der Brennstoff, der im Brennelement nach Fig. 2 dargestellt ist, hat die Form von Pillen 50, die mit ihren Sitrnflächen aufeinander gelegt sind. Der Brennstoff kann jedoch auch in Form von Pulver oder kleinen Partikelchen in die Hülsen eingebracht werden.2 shows a fuel element 14 * made up of segments and constructed according to the invention. This The fuel assembly consists of a number of segments 43 which are connected to one another by connecting pieces 44. Each Segment has a cylindrical sleeve 45. These sleeves can be made of various materials. It is special favorable if you use zirconium for the sleeves, since zirconium has a low neutron capture cross-section. The upper end of the fuel bundle is plug 46 closed, while an end plug 48 is inserted into the lower end of the fuel assembly. Both plugs can also be made of zircon. These two plugs are welded into the two ends of the fuel assembly 14 * so that no reactor coolant can get to the fuel, and so that no fission products can escape from the fuel assembly. the Sleeve 45 of each segment is filled with a fissile material such as uranium dioxide. The fuel that is shown in the fuel assembly according to Fig. 2, has the form of pills 50, which are placed with their Sitrnflächen on top of one another. However, the fuel can also be introduced into the sleeves in the form of powder or small particles.

Das Brennelement 14* ist weiterhin mit einem Gasraun 54 versehen, in dem sich die gasförmigen Spaltprodukte ansammeln können, die während des Betriebs des Kernreaktors aus dem Brennstoff entweichen. Das Volumen dieser Kammer ist groß genug, daß die gas-The fuel assembly 14 * is also provided with a gas chamber 54, in which the gaseous fission products can collect, which escape from the fuel during the operation of the nuclear reactor. The volume of this chamber is large enough that the gas

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förmigen Spaltprodukte, die während eines Reaktorzyklus voraussichtlich aus dem Kernbrennstoff entweichen, keinen zu großen Druck erzeugen. In die Gaskammer 54 ist eine Feder 56 eingesetzt, die die Pillen 50* im oberen Segment gegeneinander drückt. Die von der Feder 56 ausgeübte Kraft beträgt etwa 2 kg. Die Feder im Gasraum wird zweckmäßigerweise aus Iconel-X, Stahl oder einem anderen Material hergestellt, dxs die entsprechenden Federeigenschaften aufweist. Sie ist vorzugsweise als Schraubenfeder ausgebildet, deren äußerer Durchmesser kleiner als der Innendurchmesser der Hülse ist. Wenn man das §piel zwischen der Feder und der Hülse nur klein wählt, kann die Feder zur Unterstützung der Hülsenwandung im Gasraum gegenüber dem hohen Außendruck beitragen, der auf die Hülse vom Kühlmittel bzw. Wasser innerhalb des Reaktors ausgeübt wird. Zwischen das untere Ende der Feder 56 und das obere Ende derPille 50* ist eine flacIb Kreisscheibe 58 gesetzt, die einmal die Kraft der Feder gleichmäßig auf die darunter liegende Pille verteilt und sie zum and«*: α verhindert, daß kleine Brennstoffpartikelchen in den Gasraum gelangen können. shaped fission products, which are likely to escape from the nuclear fuel during a reactor cycle, do not generate excessive pressure. A spring 56 is inserted into the gas chamber 54 and presses the pills 50 * against one another in the upper segment. The force exerted by the spring 56 is approximately 2 kg. The spring in the gas space is expediently made of Iconel-X, steel or another material that has the appropriate spring properties. It is preferably designed as a helical spring, the outer diameter of which is smaller than the inner diameter of the sleeve. If the play between the spring and the sleeve is only chosen to be small, the spring can help support the sleeve wall in the gas space against the high external pressure exerted on the sleeve by the coolant or water inside the reactor. Between the lower end of the spring 56 and the upper end of the pill 50 * there is a flat circular disk 58 which distributes the force of the spring evenly to the pill below and prevents small fuel particles from entering the gas space can get.

Die Verbindungsstücke 44 sind allgemein zylindrisch ausgebildet und weisen einen zylindrischen Mittelteil 60 auf, dessen Außendurchmesser etwa gleich dem Außendurchmesser der Hülse 45 ist. Weiterhin sind die Verbindungsstücke mit zwei quadratischen Flanschen 62 und 64 versehen, die voneinander einen gewissen AbstandThe connecting pieces 44 are generally cylindrical and have a cylindrical central portion 60, the outer diameter of which is approximately equal to the outer diameter of the sleeve 45. Furthermore, the connectors have two square flanges 62 and 64 provided, which are a certain distance from each other

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haben und zusammen eine Nut 66 bilden. Die vier Ecken der quadratischen Flansche sind weggeschnitten, wie es im Schnitt A-A der Fig. 2 dargestellt ist. Hierdurch ist es möglich, dieses Brennelement in die bereits erwähnten Abstandsstücke einzusetzen. Wenn man dieses aus Segmenten aufgebaute Brennelement um einen vorgegebenen Winkel, beispielsweise um 45° herumdreht, greifen Verriegelungsteile an den Abstandstücken in die Nuten ein, so daß das Brennelement und die Abstandsstücke gegeneinander verriegelt sind. Vom Mittelteil 60 der Verbindungsstücke gehen kegelstumpfförmige Abschnitte 68 und 70 ab, die in die Hülsen 45 der daneben liegenden Segmente 43 eingreifen. Im Verbindungsstück 44 ist eine öffnung 72 vorgesehen, durch die die gasförmigen Spaltprodukte aus den verschiedenen Segmenten in den Gasraum 54 gelangen können und die gleichzeitig für den Druck-auegleich innerhalb des Brennelementes sorgen.and together form a groove 66. The four corners of the square flanges are cut away, as shown in section A-A 2 is shown. This makes it possible to use this fuel assembly in the spacers already mentioned. If you convert this fuel assembly made up of segments By turning a predetermined angle, for example 45 °, locking parts on the spacers engage in the grooves so that the fuel assembly and spacers are locked together. Go from the middle portion 60 of the connectors frusto-conical sections 68 and 70 that fit into the sleeves 45 of the adjacent segments 43 engage. An opening 72 is provided in the connecting piece 44, through which the gaseous fission products from the various segments can pass into the gas space 54 and which at the same time ensure the pressure balance within the fuel assembly.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist in der gegenseitigen Zuordnung des Endpfropfens 48, des unteren Endes der Segmenthülse 45*, der Wärmeisolierstückchen 102 und 102* und des Kühlmittels zu erblicken, das außen am Brennelement entlang strömt und in der Fig. 2 durch gestrichelte Pfeile angedeutet ist. Wie aus den Fig. 2 und 5 hervorgeht, ist der Endpfropfen 48 aus einem Stück hergestellt. Er weist einen zylindrischen Schaft 76 auf, der am Ende bei 78 abgeschrägt ist, um den Schaft 76 leichter in Sackbohrungen 24 der unteren Halterungsplatte 16 einsetzen zu können.An important feature of the invention is the mutual association of the end plug 48, the lower end of the segment sleeve 45 *, the heat insulating pieces 102 and 102 * and the coolant to see, which flows along the outside of the fuel assembly and is indicated in Fig. 2 by dashed arrows. As from the 2 and 5, the end plug 48 is made in one piece. It has a cylindrical shaft 76 on the The end at 78 is beveled in order to be able to insert the shaft 76 more easily into blind bores 24 of the lower mounting plate 16.

ORlGSNAL INSPECTED 009852/0454ORIGSNAL INSPECTED 009852/0454

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Wie aus der Fig.5 hervorgeht, weist der Endpfropfen 48 einen zylindrischen Ansatz 18 auf, dessen Durchmesser etwa gleich dem Außendurchmesser der Hülse 45* ist. Weiterhin ist der Pfropfen mit einem nachtinen ragenden Endteil 82 versehen. Das Endteil 82 ist massiv. Seine Seitenfläche 84 ist Kegelstumpfförmig ausgebildet. Die nach innen zeigende Stirnfläche 86 des Endpfropfens ist diejenige Fläche, an der das Wärme isol ie rs tückchen 102 anfliegt ν Zwischen der Seitenfläche 84 des Endteils 82 und der inneren Oberfläche der Hülse 45* befindet sich ein Ringraum 88 von keilförmigem Querschnitt. Weiterhin weist der untere Endpfropfen 48 einen zylindrischen Flansch 90 auf, dessen untere Stirnfläche 92 auf dem Teil der unteren Halterungsplatte ruht, der die Sacklöcher 24 umgibt, um die Brennelemente 14zu haltern. Zwischen den Flanschen 80 und 90 ist am Itafang ein Schlitz 94 angebracht, der während des Verschweißens einen Wärmeverlust vom Flansch 80 verhindern soll. Der Flansch 80 kann zum Teil aus dem Schweißmaterial bestehen. Das Verschweißen von Endpfropfen und Hülse wird dann so durchgeführt, daß man den F.lansch 80 und das Ende der Hülse 45 auf eine Temperatur bringt, die über dem Schmelzpunkt dieser beiden Bauteile liegt, so daß die beiden Bauteile miteinander verschmelzen können und so daß sich eine kreisförmige Schweißnaht bildet.As can be seen from FIG. 5, the end plug 48 has a cylindrical extension 18, the diameter of which is approximately equal to the outer diameter of the sleeve 45 *. Furthermore, the stopper is provided with a protruding end part 82. The end part 82 is massive. Its side surface 84 is frustoconical. The inwardly facing face 86 of the end plug is that surface on which the heat insulating piece 102 flies ν between the side surface 84 of the end part 82 and the inner surface of the sleeve 45 * there is an annular space 88 of wedge-shaped cross-section. Furthermore, the lower end plug 48 has a cylindrical flange 90, the lower end face thereof 92 rests on the part of the lower support plate which surrounds the blind holes 24 in order to hold the fuel assemblies 14. Between Flanges 80 and 90, a slot 94 is made on the Itafang, which is intended to prevent heat loss from flange 80 during welding. The flange 80 can be made in part from the weld material exist. The end plug and sleeve are then welded together by making the flange 80 and the end of the sleeve 45 brings to a temperature which is above the melting point of these two components, so that the two components together can fuse and so that a circular weld seam is formed.

Aus der Fig. 3 ging hervor, daß die Temperatur T2 im Zentrum der Stirnfläche am Ende der Pille 50 unter Betriebsbedingungen im Reaktor 106O⁰C beträgt, und daß die Temperatur T₁ in der Mitte derFrom Fig. 3 it emerged that the temperature T2 in the center of the end face at the end of the pill 50 under operating conditions in the reactor is 106O ⁰ C, and that the temperature T ₁ in the middle of the

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Pilie bei 165O°C liegt. Wie anschließend noch näher ausgeführt wird, ist die Temperatur T₂ merklich niedriger als die äquivalente Temperatur TA (1240⁰C) bei dem erfindungsgemäßen Brennelement aus Fig. 5. Aus den Fig. 3 und 4 kann man entnehmen, daß der Temperaturabfall (T₂ - T₇) am Spalt zwischen der Pille 50 und dem Endpfropfen 48 etwa 29O°C beträgt. Die Temperatur T« in der Mitte des Endpfropfens liegt bei 510°C, während die TemperaturenPilie is 1650 ° C. As will be explained in more detail below, the temperature T _{2 is} noticeably lower than the equivalent temperature TA (1240 ^° C.) in the fuel element according to the invention from FIG. 5. From FIGS. 3 and 4 it can be seen that the temperature drop (T ₂ - T ₇ ) at the gap between the pill 50 and the end plug 48 is about 29O ° C. The temperature T «in the middle of the end plug is 510 ° C., while the temperatures

T_n und T-_Λ an zwei radial ganz außen liegenden Punkten 400⁰C und y 10T _n and T- _Λ at two radially outermost points 400 ⁰ C and y 10

300°C betragen. Bei dieser Temperaturverteilung beträgt die gemittelte Körpertemperatur des Endpfropfens 48 in der Schweißzone etwa 410⁰C. Es sei jedoch betont, daß die gemittelte Körpertemperatur T₁- des Endes der Hülse 45^f etwa 300°C beträgt und damit etwa 11°C höher als die Temperatur des Wassers ist, das in das Brennäoffbündel eintritt und im Wärmeaustausch mit den Brennelementen steht. Hieraus sieht man, daß sich die gemittelten Körpertemperaturen am Ende der Hülse 45* und im Endpfropfen 48 um etwa 100 C unterscheiden. Dieser Unterschied in den gemittelten Körpertemperaturen ist der Grund dafür, daß sich der Endpfropfen stärker als die Hülse ausdehnt, so daß Deformationen auftreten, die in Fig. 3 übertrieben groß dargestellt sind. Versuche sowie dieBetriebserfahrung haben gezeigt, daß diese Deformationen die Schweißnaht schwächen und somit zu einem vorzeitigen Zerfall der Schweißnaht beitragen. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurde es als notwendig festgestellt, entweder die Körpertemperatur des Endpfropfens herabzusetzen und/oder die Körpertemperatur der Hülse zu erhöhen. Versuche haben gezeigt,300 ° C. At this temperature distribution, the average body temperature is the Endpfropfens 48 in the welding zone is about 410 ⁰ C. It should be emphasized, however, that the average body temperature T ₁ - the end of the sleeve ^f 45 is about 300 ° C and about 11 ° C higher than the Is the temperature of the water that enters the fuel bundle and is in heat exchange with the fuel assemblies. From this it can be seen that the average body temperatures at the end of the sleeve 45 * and in the end plug 48 differ by about 100 ° C. This difference in the mean body temperatures is the reason that the end plug expands more than the sleeve, so that deformations occur, which are shown in an exaggerated manner in FIG. Tests and operational experience have shown that these deformations weaken the weld seam and thus contribute to premature disintegration of the weld seam. In order to avoid this disadvantage, it has been found necessary either to lower the body temperature of the end plug and / or to increase the body temperature of the sleeve. Tests have shown

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daß der maximal zulässige Unterschied der Körpertemperaturen bei 55O°C liegt.that the maximum allowable difference in body temperatures is 550 ° C.

Praktische Schwierigkeiten haben nun viele Lösungen dieses Problems verhindert, da es von großer Bedeutung ist, daß die Höhe der Brennstoffsäule auf einem Minimum gehalten wird, und da die Lösungen absolut zuverlässig sein müssen. Viele verschiedene Lösungen dieses Problems sind intern erörtert worden. Es wurde beispielsweise für notwendig erachtet, keramische Werkstücke zur Wärmedämmung einzusetzen, da Keramik eine sehr niedrige thermische Leitfähigkeit aufweist, die notwendig ist, um sowohl den Wärmeübergang als auch die Höhe der Brennstoffsäule auf einem Minimum zu halten. Keramik ist jedoch ungünstig, dt sie bruchanfällig ist. Ein anderer Lösungsvorschlag bestand darin, zwischen den Endpfropfen und die unterste Brennstoffpille eine kleine Kugel einzusetzen. Diese Lösung zeichnet sich zwar durch die erforderliche Zuverlässigkeit aus. Da diese Kugel jedoch zur axialen Bauhöhe des Brennstoffelementes beiträgt, kommt diese Lösung nur sekundär in Betracht. Ein anderer Vorschlag bestand in der Verwendung von Kreisscheiben. Kreisscheiben sind jedoch vom Fertigungs-Standpunkt unterlegen, da sie sich beim Einsetzen in die Brennstoffhülle am Boden des Brennelementes häufig verkanten. Es wurden auch zahlreiche andere Bauteile zur internen Wärmedämmung vorgeschlagen, beispielsweise Kegel, Zylindr, becherförmig gedrückte Bauteile, Ringscheiben und ähnliches. Alle solche Maßnahmen sind zwar in gewissem Umfang brauchbar, sind jedoch dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung unterlegen .Many solutions to this problem now have practical difficulties prevents, since it is of great importance that the height of the fuel column is kept to a minimum, and since the Solutions must be absolutely reliable. Many different solutions to this problem have been discussed internally. It was For example, it is considered necessary to use ceramic workpieces for thermal insulation, since ceramics have a very low thermal Has conductivity that is necessary to both the heat transfer and the height of the fuel column on a To keep the minimum. Ceramic, however, is unfavorable because it is prone to breakage. Another proposed solution was between the end plug and the bottom fuel pill one insert small ball. This solution is characterized by the required reliability. As this ball, however contributes to the axial height of the fuel element, this solution is only of secondary consideration. Another suggestion existed in the use of circular disks. However, circular disks are inferior from the manufacturing point of view, since they are inserted when they are inserted often tilt into the fuel cladding at the bottom of the fuel assembly. Numerous other components for internal thermal insulation have also been proposed, for example cones, cylinders, cup-shaped pressed components, washers and the like. While all such measures are useful to some extent, they are however, inferior to the preferred embodiment of the invention .

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In den Fig. 5 bis 10 sind nun die Wärmeisolierstückchen dargestellt, die in dem Brennelement nach der Erfindung verwendet werden. Iftn nun ein Brennelement ohne ein solches Wärmeisolie rstückchen (Fig. 3) mit einem Brennelement vergleichen zu können, das ein solches Wärmeisolieretückchen verwendet (Fig. 5), ist angenommen, <aß die Brennstofftemperaturen T- und T* in den beiden Figuren 1650°C betragen. Wie aus den Fig. 5, 7 und 8 hervorgeht, sindzwischen die Brennstoffpille 50 und den Endpfropfen 48 dreieckige Wärmeisolierstückchen 102 und 102* eingesetzt. Diese Wärmeisolierstückchen sind mit Vorzug entweder aus Zirkon oder aus rostfreiem Stahl No. 304 hergestellt, da beide Werkstoffe die erforderlichen Festigkeiten sowie die erforderlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften besitzen. Die Wärmeleitfähigkeit dieser Metalle ist jedoch sehr hooh, so daß an sich zu ve ma ten ist, daß Wärmeisolierstückchen aus diesen Werkstoffen insbesondere dann nicht verwendet werden können, wenn es besonders auf eine niedrige Hohe des Kernbrennstoffs ankommt.5 to 10, the heat insulating pieces are now shown, which is used in the fuel assembly according to the invention will. If it is now possible to compare a fuel element without such a thermal insulation piece (Fig. 3) with a fuel element that uses such a thermal insulation piece (Fig. 5), is assumed <ate the fuel temperatures T- and T * in the both figures are 1650 ° C. As can be seen in Figures 5, 7 and 8, there is between the fuel pill 50 and the end plug 48 triangular pieces of thermal insulation 102 and 102 * are used. These pieces of thermal insulation are preferably either made of zirconium or made of stainless steel No. 304 manufactured because both materials have the required strengths and the required possess physical and chemical properties. the However, thermal conductivity of these metals is very high, so that in itself it is to be ve ma th that heat insulating pieces from them Materials especially can not be used when it comes to a low level of nuclear fuel.

Nun wurde durch Versuche ermittelt, daß sich trotzdem mit diesen Wärmeisolierstückchen aus Metall ein ausreichender Temperaturabfall erzielen läßt, so daß die Wärmeisolierstückchen den Wärmeübergang stark geaug hemmen. Nur ein kleiner Teil dieses Temperaturabfalls bildet sich an den metallischen Wärmeisolierstückchen selber aus, da ihr Werkstoff eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt. Der größte Teil des Temperaturabfalls bildet sich jedoch an den Grenzschichten oder Spalten A, B und C aus, dieIt has now been determined through experiments that, nevertheless, with these Heat insulating pieces made of metal can achieve a sufficient drop in temperature so that the heat insulating pieces inhibit the heat transfer very closely. Only a small part of this temperature drop is formed on the metallic heat insulating pieces themselves, since their material has good thermal conductivity owns. Most of the temperature drop, however, forms at the boundary layers or gaps A, B and C, which

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dU sich zwischen der Pille 50 und den Värmeiso] ierstückchen 102*, zw.) .sehen den beiden Wanne isol Jerstückchen 102* und 102 sowie zwischen den Wanne i sol ierstückchen und der inneren Stirnfläche 86 des Pfropfens 48 befinden. Diese Beobachtung beruht aui der Voraussetzung, daß die Gebit te zwischen den Wärmeisolierstückchen bei eier Herstellung des Brennelements mit Helium gefüllt werden und daß sich während des Betriebs desBrennelementes im Reaktor diese Gebiete weiterhin mit Heliun unct i:asfürmigen Spaltprodukten füllen. Diese gasförmigen Substanzen haben gegenüber den metallischen Yiänneisolierstückchen eine seh: niedrige Wärmeleitfähigkeit, und daher tragen diese gasgefüllten Zvischengebiete in sehr hohem Maße zur Wärmedämmung bei, wie ans. hließend noch erläutert wird.dU between the pill 50 and the Värmeiso] animal pieces 102 *, between) .see the two tubs isol Jerstückchen 102 * and 102 as well as between the tub i sol ierstückchen and the inner face 86 of the plug 48 are located. This observation is based on the premise that the Gebit te between the heat insulating pieces when making the Fuel element are filled with helium and that during operation of the fuel element in the reactor, these areas continue to be filled with helium unct i: as-shaped fission products. These gaseous substances have one compared to the metallic Yiänne insulating pieces see: low thermal conductivity, and therefore wear this gas-filled Intermediate areas contribute to a very high degree of thermal insulation, such as ans. will be explained below.

Dxe themii.sehe Wirkung ist nun in der Fig. <i dargestellt. In der Fir. <3 ist ein Temperaturdiagramm gezeigt, }ii dem die Temperaturwerie an verschiedenen axialen und radialen Stellen innerhalb des Brennelementes aus Fig. 5 angegeben sind« Die Temperatur Ti betragt 1650 C. Die Temperatur TX im Mittelpunkt der unteren Stirnfläche der 1 ille 50 beträgt 1240 °C. Dieser Wert liegt um 163 °C über der Temperatur T₂ im Brennelement nach Fig. 3. Die KrhöhUiU-: cesTemperaturwertes TX, ist eint; direkte Folge der Wärmeübe ir;>n£isbarrieren, die durch die 'arm« j solierstückchen 102 und H ^- bedingt sind. Diese Wänneüberßangpharriere lenkt einen Teil .iü rxiiü. Torichteteti Wärmoi'lusses durcl· ü«. η Pfropfen 48 radial uuS. auticn durch die PiJIe und dje Hülsi- ^o'.um. Wie in Fig, G ;t.ri;:i i-t, ist der Trj;:].^¹ atura^? f;"- 3.1 ; ■; -'sn bei'eits erwähnten The effect is shown in Fig. <I . In the Fir. A temperature diagram is shown in FIG. 3, where the temperature values at various axial and radial locations within the fuel element from FIG. 5 are given C. This value is 163 ° C. above the temperature T ₂ in the fuel assembly according to FIG. 3. The KrhöhUiU-: ces temperature value TX, is one; Direct consequence of the heat barriers, which are caused by the 'poor' pieces of insulation 102 and H ^ -. This heat-excessive barrier steers a part .iü rxiiü. Torichteti Warmoi'lusses bycl · ü «. η plug 48 radial uuS. auticn through the PiJIe and dje Hülsi- ^ o'.um. As in Fig, G; t.ri;: i it, is the Trj;:]. ^ ¹ atura ^? f; "- 3.1; ■; -'sn mentioned above

S ^b 2 I Q L b i. ' BADS ^ b 2 IQL b i. ' BATH

b 2b 2

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thermischen Grenzflächen sehr groß, wie aus den Temperaturdifferenzen T£ - T^ = 195°C (Grenf lache A) T^ - TL » 195°C (Grenaflache B) und Tl - TI = 195°C (Grenzfläche C) hervorgeht, Vi'eiterhin kann man sehen, da.S dei"Temperaturabfall an jedem W armeisolierstückchen 102 und 102^f jeweils nur 55 C beträgt. Das ist nicht ausreichend, um Deformationen der Hülse zu verhinderen. Die Temperaturwerte in der M^tte und am Rand des Endpfropfens 48 sind T£ = 37O°C, T^ = 335°C und TJ₀ = 300°C. Hieraus ergibt sich für den Endpfropfen eine mittlare Körpertemperatur im Gebiet der Schweiu.zone von etwa 345 C, wie es in der Fig. ö dargestellt ist. Der Unterschied in den geraitleiten Körpertemperaturen zwischen der Hülse und dem Pfropfen beträgt dann 45°C. Dieser Temperaturunterschied ist ausreichend klein, um Deformationen aufgrund unterschiedlicher thermischer AusJehnungunterschiede :u verhindern, die die Schweißnaht beeinträchtigen können.thermal interfaces are very large, as can be seen from the temperature differences T £ - T ^ = 195 ° C (border area A) T ^ - TL »195 ° C (border area B) and Tl - TI = 195 ° C (border area C), Vi 'may eiterhin be seen da.S dei "temperature drop across each W armeisolierstückchen 102 and 102 ^f, respectively is only 55 C. This is not sufficient to verhinderen to deformations of the sleeve. tte the temperature values in the M ^ and at the edge of Endpfropfens 48 are T £ = 370 ° C, T ^ = 335 ° C and TJ ₀ = 300 ° C. This results in an average body temperature in the area of the sweat zone of about 345 ° C for the end plug, as shown in Fig. 6 The difference in the estimated body temperatures between the sleeve and the plug is then 45 ° C. This temperature difference is sufficiently small to prevent deformations due to differences in thermal expansion that can impair the weld seam.

Aus den Fig.8 und 9 geht hervor, daß die bevorzugte Form des Wärme iso lie rs tückchens nach der Erfindung ein gleichzeitiges Dreieck mit abgerundeten Ecken ist. Es kön im jedoch auch andere Dreidcksformen verwendet werden, sofern die benutzte i)■ ;; ieeksform .mit der beabsichtigten Funktion verträglich ist. Weiterhin .vird das thermische Wärmeisoi ier;i! .i!«;l;chen so dünn gtiiiohtj daß ;nehi'ere Wäxme iso lie rs tückchen aufeinander gelegt werden können. Dadurch ergibt sich aufgrund der thermischen Grenzt*J α.?h ine ätäilsai - Behinderung des Wärmeübergangs als bei nur !Uiijea w*·- iiigvii v/iraeii;,}Lierr>t ickcheii^ die höher sind mti zusauuin ;n ilie glei-From Figures 8 and 9 it can be seen that the preferred form of the According to the invention, heat is insulated simultaneously Triangle with rounded corners is. However, others can also do so Triangular shapes are used, provided that the i) ■ ;; ieeksform . is compatible with the intended function. Furthermore .vird the thermal thermal insulation; i! .i! «; l; chen so thin gtiiiohtj that; nehi'ere Wäxme insulated pieces can be placed on top of each other. Because of the thermal limit, this results in * J α.? H ine ätäilsai - hindrance of heat transfer than with only! Uiijea w * · - iiigvii v / iraeii;,} Lierr> t ickcheii ^ the higher are mti zuauuin; n ilie same-

i) (i H ; ν /. U 5 U Br\D ORiuiiii) (i H; ν /. U 5 U Br \ D ORiuiii

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ehe Bauhöhe haben. Die Abmessungen der Wärmeisolie-rstUckchen nach der Erfindung hängen von ihrem Verwendungzweck ab. Als Beispiel seien Abmessungen für das Wärmeisolierstückchen angegeben, das in den Brennelementen nach den Fig, 5, 7, 8 und 9 verwendet ist: Innendurchmesser der Hülse = 12,7 mm
Spiel (D) = 0,25 mmbefore have overall height. The dimensions of the thermal insulation pieces according to the invention depend on their intended use. As an example, dimensions are given for the heat insulating piece which is used in the fuel assemblies according to FIGS. 5, 7, 8 and 9: inner diameter of the sleeve = 12.7 mm
Play (D) = 0.25 mm

Radius (R) =1,60 mmRadius (R) = 1.60 mm

Dicke (T) = 0,75 mmThickness (T) = 0.75mm

Breite (W) = 10,20 mmWidth (W) = 10.20 mm

Hieraus kann mana3hen, daß metallische Wärme isolierscückchen mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit den Wärmeübergang sehr wirksam unterbinden können,. Wie bereits ermähnt, ist es besonders wichtig, daß die Brennstoffsäule so klein wie möglich gehalten wird, Dieses ist mit den Wärmeisolierstückchen nach der Erfindung möglich, da die Höhe einer Anzahl aufeinander gelegter, dünner Wänaeisolierstückchen aus Metall, zwischen denen sich Wärmegrenzflachen befinden, beträchtlich kleiner als die Höhe eines einaigen metallischen Körpers mit dem gleichen '. ärmewiederstand ist, 'From this it can be inferred that metallic heat insulators with a high thermal conductivity can very effectively prevent the transfer of heat. As already warned, it is particularly important that the fuel column is kept as small as possible. This is possible with the heat insulation pieces according to the invention, since the height of a number of thin wall insulation pieces made of metal, between which there are boundary areas of heat, considerably smaller than the height of a single metallic body with the same '. heat resistance is, '

Es sei bemerkt» AB auch la Fall, in dem die Brennstoffpille zarbröckelt und üxai 3?-?ischeBrauia zwischen den Wärme isol ie rstückchen und der Hülse ausfüllt, keine höheren differentiellen Volumen tempera türen erseugt werden, da die Temperatur T*„ am Rand dfcü Brennstoff-> liieuriger als die Temperatur T;| in i'ar Mitte dar Stirnfläche? der Pills ist.It should be noted that there is also a case in which the fuel pill crumbles and fills out 3? -? IscheBrauia between the pieces of heat insulation and the sleeve, no higher differential volume tempera doors are generated, since the temperature T * "at the edge dfcü Fuel -> more voluminous than the temperature T; | in the middle of the face? the pills is.

0 09852/04540 09852/0454

-^: - ■ 158S803- ^: - ■ 158S803

Bei dem aus Segmenten aufgebauten Bauelement nach Fig. 2 kann ein einzelnes metallisches-Wärmeisolicrstückehen 103 dazu verwendet werden» si» große Urtei'schiede in der thermischen Ausdehnung zwischen dem Verbindungsstück. 44 und den zugehörigen Hülsenstücken zn verhindern. Das Wäraeisolierstückehen 303 verhindert -weiterhin-, daß Brennstoffpartikelchen, die von der ϊ ille abbröckeln _f -durch die Öffnung 72 hindurch nach unten fallen und dadurch, den. Gas raum 104 des darunter liegenden Segmentes anfüllen. -.■-"■'In the case of the component according to FIG. 2 constructed from segments, a single metallic thermal insulation piece 103 can be used for this purpose. There are large differences in the thermal expansion between the connecting piece. 44 and the associated sleeve pieces prevent zn. The Wäraeisolierstückehen 303 prevents -further- that fuel particles that crumble from the ϊ _{Ilse f-} fall down through the opening 72 and thereby the. Fill gas space 104 of the segment below. -. ■ - "■ '

Viie bereits trwähnt, sind bereits Warne isol ie rstückchen aer verschiedensten Fora erörtert und Versuchen unterworfen worden. Die günstigste Fcrnt für ein'solches Vürmei-solierstückchen ist jedoch ein Dreieck, wie es in den Fig. 8 und 9 dargestellt' ist. Gibt man · den Wärmeisoiierstückehen diese Form, so rufen sie nicht nur die oben beschriebenen thex-rnisehen ϊ,'ί i*kunf?en hervo-ry sondern lassen sich auch bei der Herstellung v'-m Bren-neleiaenten besonders leicht in die Hülsen einsetzen. Wie dieses Einsetzen der Isolierstückchen in eine Brennstoffhülse während der Herstellung erfolgt,- deren Länge etwa 3 _f 50 m beträgt, ist in fen Fig. 1OA bis iOU dargestellt,, Die iväiTueisolierstückchen 102 uad ^ 02*' se igen die bGii-cn sögli-chen Stellungen j in-denen die Viärmeisolierstöckchen dia IRöss ·· "hinuntei* gleiten können, Io -de¹«' -'ig.. 10Λ -ist dargesteilt_f, wie das Wärme isol ie rs tückclien 1G2 eine schräsgestellte Bi-c-mw-t^f-i-hülse hinunter gleitet«, Hierbei gleitet die Dreieckspii "<? '¹Ct; an der unteren Seite der Br^irnftf^-ffhülse entlang ur«d i-'O-i"¹' ·'·■.'■■:\ As already suspected, warning bits of insulation have already been discussed in various fora and subjected to experiments. However, the most favorable form for such a piece of crust is a triangle, as shown in FIGS. 8 and 9. If the heat insulation pieces are given this shape, they not only call out the above-described thex-rnisehen ϊ, 'ί i * kunf? Ry, but can also be particularly easily inserted into the sleeves during the manufacture of the heat insulators insert. How this insertion of the Isolierstückchen in a fuel sheath tube during manufacture, - the length of which is about 3 _f 50 m, is in fen Figure 1OA shown to Iou ,, The iväiTueisolierstückchen uad 102 ^ 02 * 'strength se the Bgl cn sögli-. Chen positions j in-which the Viärmeisolierstöckchen dia IRöss ·· "hinuntei may slide *, Io -de ¹ '' .. -'ig 10Λ -is dargesteilt _f, as the heat-insulated ie rs tückclien 1G2 schräsgestellte a Bi-c-mw -t ^ f- sleeve slides down «, here the triangular spii slides"<?' ¹ ct; on the lower side of the Br ^ inftf ^ -ff sleeve along ur «d i-'Oi" ¹ '·' · ■. '■■: \

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sich hinter den Dreiecksspitzen 107 und 108, die innen auf der anderen Seite auf der Brennstoffhülse entlanggleiten. Während des Heruntergleitens in der Brennstoffhülse nehmen diese Wärmeisolierstückchen immerdann diese Stellung ein, wenn die Wärmeisolierstückchen mit einer Dreiecksseite voraus in die Brennstoffhülse eingesetzt werden. Das Wärmeisolierstückchen 102 gleitet dagegen mit seiner Ecke 106¹ auf der unteren Seite der Brennstoffhülse entlang und liegt vor den beiden Ecken 107' und 108', die innen auf der anderen Seite der Brennstoffhülse entlang gleiten. Die Wärmeisolierstückchen nehmen beim Heruntergleiten diese Stellung immer dann ein, wenn sie mit einer Dreiecksspitze zuerst in die Brennstoffhülse eingesetzt werden.behind the triangular points 107 and 108, which slide along the inside on the other side of the fuel sleeve. During the sliding down in the fuel sleeve, these thermal insulation pieces always assume this position when the thermal insulation pieces are inserted into the fuel sleeve with one side of the triangle first. The heat insulating piece 102, however, slides with its corner 106 ¹ along the lower side of the fuel sleeve and lies in front of the two corners 107 'and 108', which slide along the inside on the other side of the fuel sleeve. The thermal insulation pieces always assume this position when sliding down if they are first inserted into the fuel sleeve with a triangular tip.

In der ^Fig. 1OB ist nun gezeigt, wie die Seite 110 des Wärmeisolierstückchens 102 zu Beginn auf die Stirnfläche des Endpfropfens 48 auftrifft. Wenn dieses geschieht, so gleitet die Seite 110 weiterhin die Stirnfläche des Endpfropfens entlang, während die Spitze 106 weiterhin die Seitenwandung der Hülse nach unten gleite.t. Dieses gleichseitige Gleiten der Seite 110 und der Spitze 106,das in der Fig. 1OB durch die Pfeile angedeutet ist, dauert solange an, bis das Wärmeisolierstückchen flach an der Stirnfläche des Endpfropfens anliegt, wie es in der Fig. IOC dargestellt ist. Das Wärmeisolierstückchen 102*, bei dem die Spitze 106* vor der Seite 110* angeordnet ist, gleitet dagegenbuf eine andere Weise als dasWärmeisolierstückchen 120, wenn es auf den Endpfropfen oderIg in ^F. 10B it is now shown how the side 110 of the thermal insulation piece 102 initially strikes the end face of the end plug 48. When this occurs, the side 110 continues to slide along the face of the end plug while the tip 106 continues to slide down the side wall of the sleeve. This equilateral sliding of the side 110 and the tip 106, which is indicated by the arrows in FIG. 10B, continues until the heat insulating piece lies flat against the end face of the end plug, as shown in FIG. 10C. On the other hand, the thermal insulator 102 * with the tip 106 * positioned in front of the side 110 * slides in a different manner than the thermal insulator 120 when it is on the end plug or

0093 52/0454 BAD0093 52/0454 BAD

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auf ein Wärmeisolierstückchen auftrifft, das bereits flach am Endpfropfen anliegt. In diesem Falle trifft zuerst die Spitze 106' auf der Stirnfläche des Endpfropfens oder auf einem Warmeisolierstückchen 102 auf. AnschlMend dreht, sich das Isolierstückchen 102 um die Spitze 106' herum, wie es in der Fig. IOC durch den Pfeil angedeutet ist. Diese Drehung reicht soweit, daß das Isolierstückchen flach gegen die Stirnfläche des Endpfropfens oder an einem Isolierstückchen 102 anliegt, wie es in der Fig. IOD gezeigt ist.hits a piece of thermal insulation that is already flat on the End plug is applied. In this case, the tip hits first 106 'on the face of the end plug or on a piece of thermal insulation 102 on. Then the insulating piece turns 102 around the tip 106 'as shown in Fig. IOC is indicated by the arrow. This rotation goes so far that the insulator flat against the face of the end plug or bears against an insulating piece 102, as is shown in FIG is shown.

Wenn kreisförmige, Isolierstückchen die Brennstoffhülse hinuntergleiten, so zeigt sich, daß ihre Stirnflächen häufig parallel zur Längsachse des Brennelementes orientiert sind, so daß sie häufig unten im Brenneisent auf ihren Kanten zur Ruhe kommen. Wenn nun eine Brennstoffpille 50 in die Hülse eingesetzt wird, stößt die Brennstoffpille gegen die obere Kante des Kreisscheibchens, Dadurch wird entweder der Abstand der Brennstoffpille vom unteren Endpfropfen zu groß oder die Brennstoffpille kann zerbrechen. Hieraus resultiert eine zu große Höhe der Brennstoffsäule, ivas die Physik des Reaktors beeinträchtigt. Zerbricht dagegen die Pille so wird entweder der Abstand zwischen den Pillen zu groß, oder die Pille bzw. Teile davon kommen in direkte Berührung mit dem Endpfropfen. Beide Schwierigkeiten werden überwunden, wenn man die dreieckförmigen Wärmeisolierstüekehen nach der Erfindung verwendet.If circular bits of insulation slide down the fuel sleeve, so it can be seen that their end faces are often parallel to the Longitudinal axis of the fuel assembly are oriented so that they often come to rest on their edges down in the branding iron. If now a fuel pill 50 is inserted into the sleeve, the fuel pill hits the upper edge of the circular disk, thereby is either the distance of the fuel pill from the bottom End plug too large or the fuel pill may break. From this too high a height of the fuel column results, ivas the Physics of the reactor impaired. If, on the other hand, the pill breaks, either the distance between the pills is too great, or the pill or parts of it come into direct contact with the End plug. Both of these difficulties are overcome when using the triangular thermal insulation pieces according to the invention used.

OQ 9852/CHSOQ 9852 / CHS

. 158S803. 158S803

In manchen Fällen kann es wünschenswert sein, zu Beginn die Wäraieisolierstückehen an der Stirnfläche des unteren Endpfropfens zu befestigen und dann erst den Endpfropfen und die Hülse miteinander zu verschweißen. Diese Befestigung kann mittels Nieten durchgeführt werden (die durch eine Öffnung in der Mitte der Isolierstückchen 102 und 102¹ hindurchgehen). Die Befestigung der Isolierstückchen am Endpfropfen kann aber auch anders durchgeführt werden.In some cases it may be desirable to begin by attaching the thermal insulation pieces to the face of the lower end plug and only then to weld the end plug and the sleeve together. This attachment can be carried out by means of rivets (which pass through an opening in the middle of the insulating pieces 102 and 102 ¹ ). The attachment of the insulating pieces to the end plug can also be carried out differently.

Wenn man bei Brennelementen der bereits beschriebenen Abmessungen Wärmeisolierstückchen nach der Erfindung verwenden will, so hat es sich als günstig erwiesen, daß Verhältnis W/T der Breite W zur Dicke T (siehe Fig. 9) des Wärmeisolierstückchens su etwa 13 zu wählen. Man kann jedoch von diesem Verhältnis sowie von den weiteren angegebenen Dimensionen und Formen auch abweichen, wenn bestimmte Erfordernisse vorliegen. Diese Abweichungen hängen von zahlreichen Faktoren ab. Solche Faktoren können die Kosten sein, die mit der Herstellung zahlreicher Wärmeisolierstüekchen mit einem großen W/T-Verhältnis verbunden sind, die Einfachheit, mit der die Wärmeisolierstückchen in die Brennstoffhülsen eingeführt werden können, die erforderliche Größe des thermischen Widerstandes, die besondere Form des "w'ärmeisolierstückchens, der Werkstoff für das Wärmeisolierstüekchen, der Innendurchmesser der Brennstoffhülse, die maximal 3ulässige Vergrößerung der Höhe der Brennstoffsäule sowie zahlreiche andere Gesichtspunkte, die dem faehmann bekannt sind, ■ :. " ,If you look at fuel assemblies of the dimensions already described Want to use heat insulating pieces according to the invention, so it has It has proven to be favorable that the ratio W / T of the width W to the thickness T (see FIG. 9) of the heat insulating piece is about 13 to choose. One can, however, from this relationship as well as from the others specified dimensions and shapes also differ if certain requirements exist. These deviations depend on numerous Factors. Such factors can be the cost of making numerous thermal insulators with one large W / D ratio, the simplicity with which the Thermal insulation pieces are inserted into the fuel sleeves can, the required size of the thermal resistance that special shape of the "heat insulating piece, the material for the Thermal insulation, the inside diameter of the fuel sleeve, the maximum allowable increase in the height of the fuel column as well as numerous other points of view known to the faehmann, ■:. ",

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Claims

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1. Fuel element for nuclear reactors with an elongated sleeve which contains nuclear fuel and is closed by plugs at the upper and lower ends, characterized in that to reduce the heat transfer from the nuclear fuel (50) to the lower end plug (48 ) between the nuclear fuel (50) and the lower end plug (48) a heat insulating piece (102, 102 *) is inserted, which is designed such that the main temperature drop between the nuclear fuel and the lower end plug at the interface between the heat insulating piece and the nuclear fuel and occurs at the interface between the thermal insulation piece and the lower end plug,

2. Fuel element according to claim 1, characterized geke η η - ζ eich η et that the Wärraeisolierstückchen (102, 102 ^f ) is made of thin metal and is triangular.

3 "fuel assembly according to claim 1, characterized in that between the nuclear fuel and the lower Plug several pieces of thermal insulation are placed on top of each other, so that additional areas are created which inhibit the transfer of heat.

4. Fuel element according to claim 1, 2 or 3, dadurc hg ek e η η ζ e jc h η et that the heat insulating piece a

η r< C{ c c 7 /■ ·-; ^ v, η r < C {cc 7 / ■ · -; ^ v,

flat triangular stainless steel washer type 304 which is the 0.75 mm thick, and its corners with a radius of curvature of 1.5 mm rounded.

5. Fuel assembly according to claim 1, 2, 3 or 4, wherein the sleeve is made up of segments connected to each other by connecting pieces are connected, characterized that between the end faces of each connecting piece (44) and the nuclear fuel resting on it a "" poor insulator piece is set.

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