DE1589853A1

DE1589853A1 - Kernbrennstoffpille und Brennstab

Info

Publication number: DE1589853A1
Application number: DE19671589853
Authority: DE
Inventors: Smith Bart Alan; Lass James Lloyd
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1966-10-14
Filing date: 1967-09-30
Publication date: 1970-04-09
Also published as: BE704509A; US3365371A; IL28683A; GB1197328A; ES345874A1; CH474812A; NL6713777A

Description

Dr, rer. nah Horst Schüler

PATENTANWALT

ό Frankfurt/Main I₁ den 27, OKt. 1989

Niddastraße 52 WK/hö

Telefon (0611)237220 Postscheck-Konto: 282420 Frankfurt/M.

Bank-Konto: 523/3168 Deutsche Bank AG, Frankfurt/M.

P 15 89 853,0-33 746-24D-928

GENERAL ELECTRIC .COMPANY

1 River Road
SCHENECTADY/ N.Y./U.S.A.■

Kernbrennstoffpille und Brennstab

Die Erfindung bezieht sich auf Kernreaktoren und im besonderen auf Brennstoffpillen und Brennstäbe_a die in solchen Kernreaktoren verwendet werden können.

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.Unterlagen iAfi,zsu./&e.a ^K^

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Es ist bekannt ₃ daß bei Kernspaltungen große Energiemengen freigesetzt werden. Ganz allgemein absorbiert dabei ein

2"^x ρ^ΐϊ 239 2kl

spaltbares Isotop wie U ^J- , U , Pu oder Pu ein Neutron und zerfällt darauf unter Kernspaltung. Dabei entstehen im Mittel 2 Spaltprodukte von niedrigerem Atomgewicht, jedoch großer kinetischer Energie, und außerdem noch mehrere ebenfalls hochenergetische Neutronen. So entstehen beispielsweise bei der Spaltung von U ein leichteres Spaltprodukt mit einem Massengewicht zwischen BO und 110, weiterhin ein schwereres Spaltprodukt mit einem Massengewicht zwischen 125 und 155 und im Mittel 2,5 Neutronen. Die pro

: Kernspaltung freigesetzte Energie reicht an 200 MeV heran.

\ Die kinetische Energie der Spaltprodukte wird im Kernbrenn- ! stoff sehr rasch in Form von Wärme vernichtet. Wenn nach ■i dieser Wärmeerzeugung zumindest noch ein Neutron übrigbleibt, das eine weitere Spaltreaktion auslösen kann, unterhält sich die Spaltungskette von selbst und die Wärmeerzeugung wird kontinuierlich. Die Wärme wird von einem Kühlmittel abgeführt, das im Wärmeaustausch mit dem Brennstoff j am Brennstoff vorbeigeführt wird. Die Spaltungsreaktionen J können solange weitergeführt werden, wie spaltbares Mat ει rial im Brennstoff vorhanden ist, das den Einfluß der Spaltprodukte und anderer Neutronenabsorber, wie beispielsweise der Steuerstäbe im Reaktor, überwiegen kann.

Um nun die Spaltungsreafcfcionen so schnell ablaufen zu lassen, daß nutzbare Wärmemengen erzeugt werden können, werden heutzutage Kernreaktoren ausgelegt, ,konstruiert und betrieben, in denen das spaltbare Material (der Kernbrennstoff) in Brennstoffelementen enthalten ist, die die verschiedensten Formen haben und platten-, röhren- oder stabförmig ausgebildet sein können. Diese Brennstoffelemente werden der Zweckmäßigkeit halber nachfolgend als Brennstoffstäbe bezeichnet. Diese Brennstoffstäbe sind außen üblicherweise

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; ; mit einer neutralen korrosionsbeständigen Hülse versehen, j ■ die weder spaltbares Material noch Brutmaterial enthält. ', - Die Brennstoffstäbe werden in vorgegebenen Abständen von-'_f ,'^ ^v einander gruppenweise in einem Kühlmittelkanal zu einem i Ί ' Brennstoffbündel zusammengefaßt, und zum Aufbau des eigent-[I liehen Kerns des Kernreaktors werden eine ausreichende An- \ : zahl solcher Brennstoffbündel miteinander kombiniert, so I "I daß die Spaltungsreaktionen von selbst ablaufen können, wie es oben gerade erwähnt wurde. Der Reaktorkern ist üblicherweise in einen Reaktorkessel eingesetzt.

» Die Hülse der Brennstoffstäbe dient in der Hauptsache zweier-[ lei Zwecken. Einmal unterbindet die Hülse jede chemische Re-I aktion zwischen dem Kernbrennstoff und dem Moderator bzw. ) dem Kühlmittel. Zum zweiten sorgt die Hülse der Brennstäbe . dafür, daß die hochaktiven Spaltprodukte aus dem Kernbrenn-. ! stoff nicht in den Moderator bzw. in das Kühlmittel gelan- ;, ■; gen können, übliche Materialien für die Hülsen der Brennstäbe sind rostfreier Stahl. Aluminium und seine Legierungen, Zirkon und seine Legierungen oder auch andere Stoffe. Wenn eine Hülse undicht wird, so daß ■ Spitprodukte entweichen können, können das Kühlmittel oder der Moderator so- : wie das ganze Kühlsystem derart radioaktiv verseucht werden, daß der Betrieb einer Kernreaktoranlage gestört v/erden kann.

; Es können zahlreiche bekannte spaltbare Isotope entweder in ; . elementarer Form ,oder in Form einer chemischen Verblndunp als Kernbrennstoff verwendet v/erden. Besonders günstig sind solche Verbindungen oder solche Isotope in elernertarer Form, die unter den herrschenden Temperaturen _s Drucken, BestrahlungsbedingunKen und chemischen Bedingungen physikalisch und chemisch stabil sind. Hierfür haben sich die sogenannten keramischen Kernbrennstoffe als besonders geeignet erwiesen. Ein typischer keramischer üranhrennstoff ist UrandioxydCUO₂). Urandioxyd ist In der Anwesenheit von heißem

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oder kochendem Wasser oder Dampf chemisch inert und ist in der Anwesenheit der intensiven Neutronen- und Gammabestrahlung innerhalb eines Kernreaktors formstabil. Außerdem haben keramische Brennstoffe Im allgemeinen und Urandioxyd im besonderen sehr hohe Schmelzpunkte. Der Schmelzpunkt von Urandioxyd liegt beispielsweise oberhalb von 275O⁰C.

Die Temperatur innerhalb des Kernbrennstoffes sollte so hoch wie möglich gehalten-werden, um die Geschwindigkeit des Wärmeübergangs aus dem Kernbrennstoff an das Kühlmittel des Reaktors möglichst groß zu halten. Andererseits wird der Reaktor nur so betriebenj daß die Temperatur des Kernbrennstoffs unterhalb des Schmelzpunktee des Kernbrennstoffes bleibt. Es ist nämlich unerwünscht₃ daß der Kernbrennstoff schmilzt _ä weil dies zu einer Volumenzunahme (von etwa 7 %) führt und auch zu einer störenden Verdichtung des Brennstoffs oder zu einer ungleichförmigen Brennstoffverteilung innerhalb des Brennstoffstabes führen kann.

In Hochleistungskernreaktoren wird der Kernbrennstoff immer höheren und höheren Energiemengen ausgesetzt, um einen besseren Wirkungsgrad und ein besseres Betriebsverhalten zu erreichen. Mit einer Energiebelastung zwischen 15 000 und 25 000 Megawatt-Tage/Tanne (mwd/T) ist ein Volumenwachstum der Brennstoffpillen verbunden, das merklich wird und dadurch.kompensiert werden muß, daß Innerhalb der Brennstoffstäbe ein zusätzliches freies Volumen vorgesehen wird. Dieses zusätzliche freie Volumen kann man auf verschiedene Weise schaffen. Man kann beispielsweise zwischen den Brennstoffpillen und der Hülse des Brennstabes einen Spalt vorsehen, man kann weiterhin die Dichte der Brennstoffpillen verringern j oder man kann Hohlräume innerhalb der Brennstoffpillen vorsehen. Das Volumenwachstum der Brennstoffpillen wird verursacht durch die Bildung von Spaltprodukten innerhalb der

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Brennstoffpille, die bei der Bestrahlung des Brennstoffs während des Reaktorbetriebs entstehen. Dieses Volumenwachstum findet im allgemeinen während einer langen Betriebs- . bzw. Bestrahlungszeit statt. Man vermutet;, daß dabei eine Art allmähliches plastisches Fließen des Materials auftritt, aus dem die Brennstoffpillen hergestellt sind. Selbst wenn der Kernbrennstoff während des Reaktorbetriebes am Schmelzen gehindert wird, hat es sich gezeigt, daß sich die Brennstoff pillen bei der Volumenvergrößerung zu geometrisch unregelmäßigen Formen ausdehnen, da dieses plastische Fließen auftritt .-■-■■'■

Bei der Herstellung von Brennstoffpillen ist es erwünschte und meistens auch notwendig, die einzelnen Brennstoffpillen nach ihrem Anreicherungsgrad zu kennzeichnen. Eine Möglichkeit hierfür besteht darin, zur Kennzeichnung der einzelnen Brennstoffpillen die Brennstoffpillen mit Vertiefungen zu versehen. Hierzu können die Preßwerkzeuge'"verwendet werden, mit denen die Pillen hergestellt werden. Diese Kennzeichnung kann in der Form besonderer Symbole oder Bezeichnungen stattfinden, die einen bestimmten Anreicherungsgrad bedeuten.

In der U.S. Patentschrift 3 l40 983 wird bereits eine Brenn-'. stoffpille mit auf der Mitte der Stirnflächen an beiden Seiten 'der"Pille"' angeordneten Vertiefungen mit geringer Tiefe (0,01 bis 0,001 der Länge der Pille) und einem ebenen ringförmigen Rand beschrieben. ■

Ebenso wird in der U.S. Patentschrift 3 184. 392 in Fig. k eine flache scheibenförmige Brennstoffpllle beschrieben, die an beiden Stirnflächen eine sich über die ganze Stirnfläche erstreckende einheitliche konkave Vertiefung aufweist.

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Bei diesen beiden bekannten Formen von Brennstoffpillen enthalten die Brennstäbe jeweils Brennstoffpillen, die alle an beiden Endflächen mit relativ flachen einheitlichen Vertiefungen versehen sind. Diese Vertiefungen sind nicht geeignet , das beträchtliche Volumenwachstum der Brennstoffpillen bei den in modernen .Reaktoren erwünschten Höchstbelastungen aufzunehmen.

Es ergab sich daher die Aufgabe, Brennstoffpillen mit einer geeigneten Form zu finden, welche in der Lage sind, ein beträchtliches Volumenwachstum aufzunehmen.

Es ergab sich weiterhin die Aufgabe, eine einfache und mit geringem Aufwand und möglichst ohne Beeinträchtigung des Betriebsverhaltens der Brennstoffpillen durchzuführende Kennzeichnung der einzelnen Brennstoffpillen bezüglich ihres Anreicherungsgrades und anderer für den Betrieb notwendiger Daten zu finden.

Weiterhin ergab, sich die Aufgabe, einen Brennstab für Kernreaktoren zu finden, der auch bei hohen Belastungen dem Betrieb keine Beeinträchtigungen infolge des Längenwachstums der- in ihm enthaltenen Brennstoffpillen zeigt.

überraschend wurde gefunden, daß das Betriebsverhalten bezüglich der Aufnahme des Volumenwachstums gegenüber den bekannten Ausführungsformen beträchtlich verbessert wird, wenn •die einzelnen Brennstoffpillen eines Brennstabes ganz oder teilweise an mindestens einer Stirnfläche mit einem freien Volumen zur Aufnahme des Volumenwachstums ausgestattet sind, das aus einem Hauptvolumen und einem sich .an das Hauptvolumen anschließenden Nebenvolumen besteht.

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Diese Aufgaben werden daher durch die erfindungsgemäße Kern-Brennstoff pille mit mindestens einem freien Volumen zur Aufnahme des Volumenwachstums gelöst. Diese Keri\J)rennst of f-.pille ist gekennzeichnet durch die Kombination der nachstehenden Merkmale. Mindestens eine Stirnfläche der Brennstoff pille ist mit einem Haupthohlraum versehen, der etwa in der Mitte dieser Stirnfläche ausgebildet und von einem ebenen Rand umgeben ist. Die Seitenwände dieses Haupthohlraums "sind kegelstumpfförmig ausgebildet und verlaufen von der Innenkante des ebenen Randes nach unten und innen und gehen in einen ebenen kreisförmigen Boden über. Dieser Boden ist in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Brennstoffpille angeordnet. In dem ebenen Boden des Haupthohlraums ist ein zusammenhängender·oder unterteilter Hebenhohlraum ausgebildet 3 so daß der Haupt- und der oder die Nebenhohlräume gemeinsam das Volumenwachstum der Brennstoffpille aufnehmen könnenj in der die beiden Hohlräume angeordnet sindj sowie das Volumenwachstum der angrenzend angeordneten Brennstoffpille. ...-■■.;. '

Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieser erfindungsgemäßen!« Brennstoffpille sind beide Stirnflächen mit einem Haupthohlraum und einem Nebenhohlraum versehen.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist nur eine Stirnfläche der Brennstoffpüle mit einem Haupthohlraum und einem Nebenhohlraum versehen.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform erhält man, wenn der Neigungswinkel der kegelstumpfförmigen Seitenflächen des Häupthohlraums 4-5° beträgt.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Meben-'hohlraum durch ein vertieftes Symbol oder Kennzeichen zur

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Kennzeichnung von Grad der Anreicherung und anderen Eigenschaften der jeweiligen Brennstoffpille ausgebildet.

Die erfindungsgemäßen Brennstoffpillen eignen sich vorzüglich zum Aufbau von Brennstäben. Diese Brennstäbe weisen eine rohrförmige Hülse, einen oberen und einen unteren Ver-* schlußstopfen und einen oberen Samme1raum mit Druckfeder und Druckplatte auf. Sie sind gekennzeichnet dadurch, daß im Innern der Hülse Brennstoffpillen ohne Zwischenteile aneinander grenzen und mindestens ein Teil der Brennstoffpillen an mindestens einer mit anderen Brennstoffpillen in Berührung stehenden Stirnfläche einen Hohlraum zur Aufnahme des Volumenwachstums aufweisen. Dieser Hohlraum ist aus einem etwa in der Mitte der Stirnfläche ausgebildeten Haupthohlraum und einem Nebenhohlraum gebildet.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstabes enthält im Wechsel Brennstoffpillen mit Hohlraum an beiden Stirnflächen und Brennstoffpillen ohne Hohlraum, welche aneinander grenzen» Eine andere mögliche Form der Brennstoffstäbe weist aneinander grenzende Brennstoff pillen auf j die jeweils nur an einer Stirnfläche einen aus Haupthohlraum und Nebenhohlraum gebildeten Nebenhohlraum aufweisen, so daß die geschlossene Stirnfläche einer Brennstoffpille jeweils an die mit Hohlraum versehene Stirnfläche der darauffolgenden Brennstoffpille grenzt. Auf diese V/eise wird von dem Hohlraum das Volumenwachstum von beiden Brennstoffpillen aufgenommen.

Vorzugspreise sind die Oberflächen, die das freie Volumen bilden,, eben, da Formstücke mit solchen ebenen Flächen viel genauer und ertx'agreicher hergestellt werden können. Dadurch wird die Herstellung solcher Brennstoffpillen xvesentlich einfacher. Vorzugsweise haben die Symbole oder Kennzeichnungen in dem flachen Boden des Haupthohlraums alle das gleiche Volumen'und weisenjeine möglichst geringe Tiefe auf, die so

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■ gewählt ist, daß die Kennzeichnung leicht gelesen werden kann, nachdem die Brennstoffpille während der Herstellung gesintert worden ist. Es hat sich herausgestellt, daß das gesamte freie Volumen, das aus den Haupthöhlräumen und den Nebenhohlräumen besteht₅ durch plastisches Fließen der Brennstoff pillen das Volumenwachstum wirksam aufnehmen kann. Das Gesamtvolumen sowie die einzelnen Volumina der Haupt- und der Nebenhohlräume können geändert werden. Zu den hierfür wesentlichen Paktoren gehören die erwartete Energiebelastung der Brennstoffpillen, die Abmessungen der Pillen und der Hülse des Brennstabes. Es können auch noch andere Paktoren maßgebend sein.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in "Verbindung mit den Zeichnungen im einzelnen beschrieben werden.

Pig. 1 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Brennstoffstabes, in dem Brennstoffpillen nach der Erfindung verwendet sind.

Pig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Brennstoffpille, die nur an einem Ende mit einem freien Volumen versehen ist, das aus einem Haupt- und aus einem Nebenhohlraum besteht.

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Fig. 3 zeigt die Stirnseite der Brennstoffpille nach Pig. 2,

Pig. k ist ein Längsschnitt durch die Brennstoffpille nach Fig. 2 und 3.

■Fig.-" 5 ist eine perspektivische Ansicht einer Brennst off pille mit einem freien Volumen aus einem Haupt- und einem Nebenhohlraum j bei der der Nebenhohlraum auf andere Weise ausgebildet ist.

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Pig. 6 und 7 sind ebenfalls perspektivische Ansichten von Brennstoffpillen, Sie zeigen weitere Möglichkeiten, wie der Nebenhohlraum des freien Volumens/gebildet werden kann.

In der Fig. 1 ist ein Brennstoffetab 11 dargestellt, in dem Brennstoffpillen nach der Erfindung verwendet sind. Der Brennstoff stab 11 weist eine lange zylindrische Hülse 13 auf. Die Hülse 13 kann aus den verschiedensten Materialien hergestellt werden. Sie wird jedoch vorzugsweise aus Zirkon hergestellt* da der Neutroneneinfangsquerschnitt von Zirkon nur klein ist. Die beiden Enden der Brennstoffhülse sind mit Stopfen 15 und 17 verschlossen, die ebenfalls aus Zirkon hergestellt sein können. Diese beiden, Verschlußstopfen sind in die Enden der Hülse 13 eingelötet oder eingeschweißt und verhindern, daß das Kühlmittel des Reaktors mit dem Kernbrennstoff in Berührung kommt. Außerdem können dadurch auch keine Spaltprodukte aus den Brennstoffpillen in das Kühlmittel gelangen. Innerhalb der Hülse 13 ist spaltbares Material wie Urandioxyd angeordnet, das In Form von Brennstoffpillen 19 In die Hülse eingebracht ist, die mit ihren Stirnflächen aufeinanderliegen,

Die Hülse 13 ist mit einem freien SammeIraum 21 versehen, in dem die gasförmigen Spaltprodukte gesammelt werden, die während des Reaktorbetriebs aus dem Kernbrennstoff entweichen. Das Volumen dieses Sammelraumes 21 wird,, genügend groß gemacht, so daß sich in ihm während eines voraussichtlichen Reaktorzyklus alle von dem Brennstoff abgegebenen gasförmigen Spaltprodukte sammeln können, ohne daß der Druck im Raum 21 zu hoch wird. Innerhalb des Sammelraums 21 ist eine Feder 23-angeordnet, welche die Endflächen der Brennstoffpillen I^ gegeneinander drückt. Die Kraft*, welche die Feder 23 auf die Brennstoffpillen ausübt, liegt üblicherweise zwischen 2 und 2,5 kg. Diese Feder wird zweckmäßigerweise aus der Legierung Ikone1-X, aus Stahl oder aus einem anderen Material hergestellt, das über die erforderlichen Federeigenschaften ver-

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fügt» Die Feder 23 ist vorzugsweise als Schraubenfeder mit f.- "einem Außendurchmesser ausgebildet, der kleiner als der In- :·.* V ] nendurchmesser der Hülse 13 des Brennstabes 11 ist. Zwischen

', das untere Ende der Feder 23 und die Stirnfläche der-ober-■■ , sten Brennstoffpille 19 ist eine flache Kreisscheibe 25 ge-, , setzt, die den Federdruck gleichmäßig auf die oberste Pille ■_■■■■ verteilt und gleichzeitig verhindert, daß Brennstoffteilchen in den Sammelraum 21 gelangen können.

In den Figuren 2 bis 7 sind nun verschiedene Ausführungsformen von Brennstoffpillen dargestellt, die nach der Erfindung ausgebildet sind. Die Brennstoffpille nach Fig. 2 ist mit 19a bezeichnet worden. Sie ist als massiver Kreiszylinder ausgebildet und weist an einer Stirnfläche einen Haupthohlraum 29 und einen Nebenhohlraum kl auf.Es sei bemerkt, daß man die Pille 19a auch so ausbilden kann, daß in beiden Stirnflächen ein Haupthohlraum und ein Nebenhohlraum vorhanden ist. Der Haupthohlraum 29 wird von einem flachen kreisförmigen Rand 33 umgeben, der als Druckfläche dient, auf der die nächstfolgende Brennstoffpille in der Hülse 13 aufsitzt.

Von der Innenkannte des Randes 33 geht eine Fläche 35 ab, die kegelstumpfförmig ausgebildet ist und in eine flache, kreisförmige Fläche 37 übergeht, die den Boden des Haupthohlraum& 29 bildet. Man sieht daher, daß der Haupthohlraum

; 29 durch die kegelstumpfförmige Fläche 35 und durch die ebene Kreisfläche 37 gebildet wird. Die Breite des kreisförmigen Randes 33 und der Neigungswinkel der kegelstumpfförmigen Fläche 35 sind so gewählt, daß die Wand, die den Haupthohlraum 29 umgibt, ausreichend dick und fest ist, so daß von

," dieser Stelle kein Kernbrennstoff abbröckeln oder abbrechen kann* Dieses ist deswegen von Bedeutung, da die Brennstoffpillen in der Hülse senkrecht übereinander gestapelt sind, so daß die unterste Brennstoffpilie nicht nur den Druck der Feder 23 aufzunehmen hat, sondern aueh das Gewicht aller Über ihr angeordneter Brennstoffpillen tragen muß.

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Für einen Brennstoffstab, in dem die Höhe der aufeinander gestapelten Brennstoffpillen etwa 330 cm und der Durchmesser „

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der einzelnen Brennstoffpillen etwa 12,7 mm betrugen, so daß/ die unterste Pille eine Kraft von etwa 4 kg einwirkte, wurde die Breite des kreisförmigen Randes 33 zu etwa 1^25 mm.gewählt, während der Nelgungsviinkel der kegelstumpf förmigen Oberfläche 35 etwa 45°betrug. Diese sind bevorzugte Werte, die sich unter allen auftretenden Betriebsverhältnissen im Reaktor bewährt haben. «Wie man sieht, kann man das Volumen des Haupthohlraums dadurch ändern, daß man seine Tiefe unter Beibehaltung, der Randbreite und des Kegelwinkels ändert. Dadurch ist sichergestellt, daß die Wand₅ die den Haupthohlraum umgibt, immer die ausreichende Festigkeit besitzt. Außerdem kann man dann die Größe oder die Gestalt der Haupthohlräume durch die Verwendung von Shlmblechen unterschiedlicher Stärke ändern, die unten an den Preßwerkzeugen angebracht werden. Es ist dann also nicht mehr notwendig, einen vollständigen Satz verschiedener Preßwerkzeuge bereit zu stellen. Weiterhin wurde gefunden, daß solche Hohlräume, die mit Preßwerkzeugen hergestellt werden, die von geraden Flächen, wie beispielsweise von der flachen Kreisfläche 37 und der kegelstumpfförmigen Fläche 35 begrenzt sind, billiger herzustellen sind und ein besseres Betriebsverhalten zeigen.

Der Kernbrennstoff kommt zwar während des Reaktorbetriebs nicht zum Schmelzen. Trotzdem tritt während des Reaktorbetriebs aufgrund des plastischen Fließens des Kernbrennstoffes ein Volumenwachstum auf, das dazu führt, daß die Gestalt der Pille unregelmäßig wird. Dieser Gründe wegen hat sich der¹ aus Haupthohlraum 29 und Nebenhöhlraum bestehende Hohlraum nach der Erfindung als besonders geeignet erwiesen, als freies Volumen in Brennstoffpillen zu dienen.

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. Der Nebenhohlraum: ^l der Fig» 2-4 erfüllt zwei Aufgaben:

Einmal· dient er zusätzlich als freies Volumen, in das be-''st rählter. Kernbrennstoff hineinfließen kann. Zum'.-zweiten kann dieser Hebenhohlraum als Erkennungsmarkierung dienen,

235 " durch die üblicherweise die Konzentration von U ^J in der Brennstöffpllle angegeben wird. Diese Markierung wird hauptsächlich zur Kennzeichnung während der Herstellung und der Lagerung der Brennstoffpillen verwendet* Man kann diese Markierung aber auch zur Identifizierung der Brennstoff pillen verwenden, nachdem die Pillen im Reaktor bestrahlt worden sind, wenn die Brennstoffstäbe auseinandergenommen und untersucht werden. Die minimale Tiefe der Nebenhohlräume Cf) wird so gewählt, daß die Markierungen noch gut gpLesen werden können, nachdem die Brennstoffpillen während der Herstellung gesintert worden sind.. Das freie Volumen des Nebenhohlraums wirdjzweckmäßigerweise mit geraden Kanten ausgeführt, die eine geringe Neigung aufweisen, um das Preßwerkzeug besser entfernen zu können. Man hat gefunden, daß das gesamte freie Volumen 39 aus dem Haupthohlraum 29 und dem Nebenhohlraum kl das gesamte Material aufnimmt» das während der Bestrahlung des Brennstoffs im Reaktor durch plastisches Fließen aus der Brennstoffpille austritt. Sowohl das gesamte freie Volumen als auch die Größen des Haupt- und des.Nebenhohlraumes können geändert werden. Faktoren, die hierfür maßgebend sind, sind beispielsweise die Äbmessungen der Etenn;stoffpillen und der Brennstoffhülse sowie die beabsichtigte Belastung des Kernbrennstoffes,

In der Fig. 5 ist eine weitere Brennstoffpille l'9b perspektivisch dargestellt, bei der der Nebenhohlraum 43 anders aus-, gebildet ist. Dieser Nebenhohlraum ist hier als Ring im flachen Boden 37 des Haupthohlräumes eingelassen worden.

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Die Pig. 6 zeigt perspektivisch eine weitere Brennetoffpille 19c mit aus Nebenhohlräumen. 45a und 45b bestehenden unterteiltem Nebenhohlraum. Bei dieser Ausführungsform sind die beiden Nebenhohlräume 45a und 45b unregelmäßig ausgebildet. Sie sind in einem gewissen Abstand voneinander in den ebenen Boden 37 des Haupthohlraums eingelassen worden.

Die Fig. 7 zeigt perspektivisch eine.Brennstoffpille 19d, bei der die Nebenhohlräume 47a und 47b als Ziffern ausgebildet und in den flachen Boden 37 des Haupthohlraums eingelassen sind. In der dargestellten Ausführungsform sind dies die Ziffern 2 und 1, was einen Anreicherungsgrad von 2,1* % bedeuten kann. Außerdem dienen diese Vertiefungen In Form von Ziffern wieder als freies Volumen, wie es bereits anhand der vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden ist.

die besondere Form der Haupt- und Nebenhohlräume kommt es nicht an, sofern sie mir die Aufgabe erfüllen, die der Erfindung zugrunde liegt. Die in den Flg. 2 bis 6 dargestellten Nebenhohlräume 4l₃ 43, 45a und 45b sind nur Ausführungsbeispiele, da auch viele andere Formen wie Rechtecke, Quadrate, Kreise oder Dreiecke dazu verwendet werden können, unterschiedliche Anreicherungsgrade zu kennzeichnen»

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Claims

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Ansprüche

'* 1. Kernbrennstoffpille mit mindestens einem freien Volumen zur V"¹ [ Aufnahme des Volumenwachstums, gekennzeichnet durch die Kombination der Merkmale: zumindest eine, Stirnfläche der Brennstoffpille (19) ist mit einem Haupthohlraum (29) versehen, der etwa in der Mitte dieser Stirnfläche ausgebildet und von einem ebenen Rand (33) umgeben •i4 int, dessen Seitenwände (35) kegelstumpfförmig ausgebildet sind und von der Innenkante des ebenen Randes (33) nach Unten und Innen verlaufend In einen ebenen kreisförmigen Boden (37) übergehen, der in einer Ebene senkrecht zur Längs--. , ι achse der Brennstoffpille (19) angeordnet 1st und ein im f< Boden (37) des Haupthohlraums (29) ist ein zusammenhängender oder unterteilter Nebenhohlraum .(Il, 113, 45a, 45b, 47a, 47b) ausgebildet, so-daß der Haupt- (29) und der oder die. Nebenhohlräume (41, 43, 45a, 45b, 47a, 47b) gemeinsam das Volumenwftchstum der Brennstoffpille (19), in der die beiden Hohlräumt angeordnet sind, sowie das Volumenwachstum der j daneben angeordneten Brennstoffpille aufnehmen können.
2. Kernbrennstoffpille nach Anspruch 1, dadurch ge-{ kenn Be ic h η e-t , daß beide Stirnflächen der Brennstoffpille (19) mit einem Haupthohlraum (29) und einem Nebenhohlraum versehen sind.

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3. Kernbrennstoffpille nach Anspruch 1, dadurch pe- j * k e η ηζ e i c h η e t , daß nur eine Stirnfläche der \ Brennstoffpille mit einem Faupthohlraum (29) und Nebenhohl- j raum versehen ist.
4. Kernbrennstoffpille nach Anspruch 1-, 2 oder 3 ₃ d a d u r c h ; gekennzeichnet , daß der Neigungswinkel der kegelstumpfförmigen Seitenfläche (35) des Haupthohlraums (29) 45° beträgt.

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Unterlagen (Art. ? ä 1'-s. 2 Nr. 1 Sau 3 des Änderungaoes. V. 4.9..1flfill

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5. Kernbrennstoffpillen nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet , daß der Nebenhohlraum (41, 43a, 43b, 45a, 45b, ¹ITa₃ 47b) als vertieftes Symbol oder Kennzeichen .ausgebildet ist. . '
6. Brennstab für Kernreaktor mit einer rohrförmigen Hülse, oberent und unterem Verschlußstopfen und einem oberen Sammelraum mit Druckfeder und Druckplatte, dadurch gekennzeichnet , daß im Innern der Hülse (13) Brennstoffpillen (19) ohne Zwischenteile aneinandergrenzen und mindestens ein feil der Brennstoffpillien (19) an mindestens einer der mit anderen Brennstoffpillen in Berührung stehenden Stirnflächen einen Hohlraum zur Aufnahme des Volumenwachstums aufweisen, der aus einem etwa in der Mitte der Stirnfläche ausgebildeten Haupthohlraum (29), der von einem ebenen Rand (33) umgeben ist und dessen Seitenwände (35) kegelstumpfförmig ausgebildet sind und von der Innenkante des ebenen Randes (33) aus nach innen und unten verlaufend in einen ebenen kreisringförmigen Boden (37) übergehen, der in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Brennstoffpille liegt, und aus einem in diesem Boden (37) ausgebildeten zusammenhängenden oder unterteilten Nebenhohlraum 43, 45a, 45b, H7a, 47b) besteht,
7. Brennstab nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η ζ e 1 ch η e t , daß der Hebehhohlraum In Form eines ver tieften Symbols oder Kennzeichens ausgebildet ist*

8, Brennstab nach den Ansprüchen 6 bis 7, dadurch

g* e k e η η ζ e i c h η e t , daß im Wechsel Brennstoffpillen mit Hohlraum an beiden Stirnflächen und Brennstoffpillen öhnä Hohlraum aneinandergrenzen.

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