DE2128911C3 - Kernreaktor-Brennstoffstab - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor-Brennstoff-Stab gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Brennstoffstab ist aus dem DT-Gbm 6 919 478 bekannt.

Die Plenumfeder besitzt bei diesem Brennstoffstab •n ihrem dem Endstopfen zugewandten Ende einige Windungen, deren Außendurchmesser vor dem Einbau etwas größer ist als der Innendurchmesser des Hüllrohres und die damit nach dem Einbau derselben allein durch Reibungskräfte gegenüber der Hüllroh^rwandung abgestützt ist. Es ist dabei möglich, die Feder so weit in das Hüllrohr einzuschieben, daß später kein Berührungskontakt zur Endkappe mehr besteht. Der so entstehende kleine Gasspalt wirkt als Wärmeisolierung, wodurch der Ausbildung eines Eutektikums an dieser Stelle vorgebeugt wird.

Abgesehen davon, daß das Einführen der Plenumfeider in das Hüllrohr bei dieser Vorrichtung mit Schwierigkeiten verbunden ist, da die Feder vor und während des Einführvorganges mehr oder weniger stark zusammengedreht werden muß, besteht bei derartigen Brennitoffstäben das Problem, daß beim Einschweißen des Endstopfens in das Hüllrohr sich die Stelle des Hüllrohres, an der die Plenumfeder anliegt, so stark erwärmt, idaß die Temperatur des Eutektikums der beiden unter- «chiedlichen Werkstoffe für das Hüllrohr und die Plenumfeder überschritten wird. Es entsteht dann eine Schmelze aus dem Federwerkstoff und dem Endstopfenwerkstoff. Diese kann zur Schweißschmelze gelangen und dadurch Ursache zu spröden, mangelhaften Schweißnähten sein. Da die Hüllrohrwandstärke im allgemeinen weniger als 1 mm beträgt, besteht weiter die große Gefahr, daß bei einer Eutektikumsbildung die Plenumfeder die Hüllrohrwand durchstößt. Auch ist bei dieser Vorrichtung nicht hundertprozentig gewährlei- <\s stet, daß der Abstand zwischen Endstopfen und Plenumfeder eingehalten wird, so daß, beispielsweise bei dem mit Erschütterungen verbundenen Einschießen des Endstopfens oder der Erwärmung beim Schweißen, ein Zurückrutschen der Plenumfeder denkbar ist, wodurch diese wieder mit dem Endstopfen in Kontakt kommt. Wird die Reibungskraft so groß gemacht, daß ein Zurückrutschen vollständig ausgeschlossen ist, so wirken starke mechanische Kräfte auf die Hüllrohrwandung, die einerseits die Gefahr einer Beschädigung des Hüllrohres erhöhen, andererseits das Einführen der Feder in das Hüllrohr noch weiter erschweren.

Durch die US-PS 3 378 458 ist ein Brennstoffstab bekanntgeworden, bei dem die zwei letzten Gänge der als Schraubenfeder ausgebildeten Plenumfeder zusammengedrückt und in einem rechten Winkel abgebogen sind. Dadurch kommt die Plenumfeder nur noch in der Mitte des Endstopfens mit diesem in Berührung. Dort ist die Gefahr der Bildung einer eutektischen Legierung zwar auch noch gegeben, jedoch kann diese nicht mehr so leicht in die Schweißschmelze gelangen. Um aber die Bildung einer eutekilschen Legierung überhaupt zu verhindern, lehrt die genannte US-PS 3 378 458, die umgebogenen Gänge der Plenumfeder zu verchromen. Diese Ausführung hai sich zwar in der Praxis bewährt, sie ist jedoch verhältnismäßig teuer. Bedenkt man, daß heute in Deutschland schon Kernreaktoren mit nahezu 30 000 Brennstoffstäben gebaut werden, so wird klar, daß jede Verbilligung der Brennstoffstäbe große wirtschaftliche Bedeutung hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bekannten, eingangs genannten Kernreaktor-Brennstoffstab so zu verbessern, daß bei Verwendung einer normalen Schraubenfeder als Plenumfeder das Einführen des Endstopfens in das Hüllrohr auf einfache Weise und ohne Gefährdung der Hüllrohrwandung ermöglicht und eine Eutektikumsbildung zuverlässig vermieden wird.

Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung liegen in der einfachen Gestaltung des Endstopfens und der Plenumfeder (einfache Schraubenfeder), der problemlosen Einführung des Endstopfens in das Hüllrohr sowie der Reduzierung der Gefahr einer Eutektikumsbildung bzw. der Möglichkeit, daß die eutektische Schmelze mit der Schweißnaht in Berührung kommt.

Es ist an sich bekannt (US-PS 2 992 179), in Brennelementen wärmeisolierende Scheiben vorzusehen. Diese Scheiben liegen zwischen Brennstoff und unterem Endstopfen bzw. zwischen Brennstoff und der Plenumfeder am oberen Brennelement-Teil. Sie haben die Aufgabe, während des Betriebszustandes eine Übertragung der Wärme aus der Brennstoffzone einzudämmen. Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung wird die Wärmedämmung hauptsächlich durch den zapfenförmigen Fortsatz zwischen oberem Endstopfen und Plenumfeder gewährleistet, während die Scheiben hauptsächlich als Anlage für den oberen Rand der Plenumfeder dient. Diese Wärmedämmung hat darüber hinaus eine andere Funktion, nämlich beim Brennelement-Herstellungsprozeß eine schädliche Wärmeübertragung zu vermeiden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung erläutert.

Die Schnittdarstellung F i g. 1 zeigt den oberen Teil eines Kernreaktor-Brennstoffstabes. Die F i g. 2 zeigt eine besondere Ausführung eines Endstopfens nach der Erfindung.

Ein Brennstoffstab, auf den sich die Erfindung bezieht, besteht aus einem Hüllrohr 1, den Endstopfen,

von denen nur der obere Endstopfen 2 dargestellt ist, und einer Plenumfeder 3, die die Aufgabe hat, einen sogenannten Spaltgasraum 4 zwischen dem oberen Endstopfen 2 und dem nicht dargestellten, in das Hüllrohr eingegebenen Kernreaktor-Brennstoff freizuhalten. Der Endstopfen 2 ist mittels einer umlaufenden Kehlnaht 5 mit dem Hüllrohr 1 verschweißt. Um nun zu verhindern, daß die Plenumfeder gegen den während des Schweißens sehr heiß werdenden unteren Teil des oberen Endstopfens 2 anliegt, hat der obere Endnopfen einen zapfenförmigen Fortsatz 7, der als Wärmedämmung dient. Die Plenumfeder 3 liegt schließlich gegen eine Scheibe 8 an.

Es kann für bestimmte Werkstoffkombinationen zwischen Endstopfen und Plenumfeder vorteilhaft sein, die Scheibe 8 als separates Bauteil auszubilden und hierfür einen Chromstahl zu verwenden. Auch kann als Scheibe 8 in manchen Fällen eine handelsübliche Unterlegscheibe aus VA-Stahl verwendet werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 bilden der Endstopfen 2, der zapfenförmige Fortsatz 7 und die Scheibe 8 eine Einheit. Diese Ausführung ist im Hinblick auf eine rationelle Fertigung besonders günstig. Zur Bildung der Scheibe 8 und des zapfenförmigen Fortsatzes 7 erhält der Endstopfen 2 eine umlaufende Nut 9. Dieses Ausführungsbeispiel entstand auch durch die Überlegung, daß bei ungünstigen Verhältnissen die Temperatur am Ende des zapfenförmigen Fortsatzes noch so hoch sein kann, daß hier eine Eutektikumsbildung möglich ist, sofern eine Scheibe aus einem anderen Werkstoff als der des Endstopfens gewählt wird.

Andererseits kann es unter Umständen auch zweckmäßig sein, die Scheibe 8 und den zapfenförmigen Fortsatz 7 als Einheit zu gestalten.

Abschließend sei darauf hingewiesen, daß sich die Erfindung nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränken soll. Es ist z. B. auch denkbar, als Wärmedämmung zwischen Plenumfeder und Endstopfen einen wärmeisolierenden Stoff vorzusehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Kernreaktor-Brennstoffstab, bestehend aus einem zylindrischen Hüllrohr mit Brennstoff, mindestens einem Endslopfen zum Verschließen des Hüllrohres sowie einer Plenumfeder zwischen dem Endstopfen und dem Brennstoff zur Bildung eines Spaltgasraumes, wobei zwischen dem Endstopfen und der Plenumfeder eine Wärmedämmung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmedämmung aus einem zapfenförmigen Fortsatz (7) des Endstopfens (2) und einer Scheibe (8) am Ende des Fortsatzes (7) besteht, gegen die die Plenumfeder (3) anliegt

2. Kernreaktor-Brennstoffstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Endstopfen (2), der zapfenförmige Fortsatz (7) und die Scheibe (8) einstückig ausgebildet sind.

3. Kernreaktor-Brennstoffstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (8) ein separates Bauteil ist und aus Chromstahl besteht.

4. Kernreaktor-Brennstoffstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (8) und der zapfenförmige Fortsatz (7) einstückig ausgebil- 2; det sind.