DE2213026A1

DE2213026A1 - Brennstoffelement für hochtemperaturige, gasgekühlte Kernreaktoren

Info

Publication number: DE2213026A1
Application number: DE19722213026
Authority: DE
Inventors: Mario de Dorchester; Acciarri Pietro Wareham; Dorset Bacci (Großbritannien)
Original assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Current assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Priority date: 1971-03-22
Filing date: 1972-03-14
Publication date: 1972-10-05
Also published as: FR2130516A1; IT952168B; NL7203223A; FR2130516B1; LU64994A1; BE780633A; GB1330031A

Description

Brennstoffelement für hochtemperaturige, gasgekühlte Kernreaktoren

Die Erfindung bezieht sich auf Brennstoff für Kernreaktoren und betrifft insbesondere gasgekühlte Reaktoren.

Erfindungsgemnß besteht ein Brennstoffelement für insbesondere hochteraperaturige, gasgekühlte Kernreaktoren aus einem rohrförmigen Teil, dar. sich aus einer Vielzahl von Kernbrennstoff enthaltenden ilingscheiben zusammensetzt, die so übereinander angeordnet und ausgebildet sind, daß ein Kühlmitteldurchsatz zwischen mindestens einigen der aneinander angrenzenden Scheiben möglich ist. Vorzugsweise enthalten die Scheiben eine oder mehrere Schichten aus in Graphit oder einem sonstigen Matrixmaterial eingebetteten spaltprodukthemmend en Brennstoffteilchen, wobei sie so ausgebildet sind, daß zwischen den Flächen aneinander angrenzender Scheiben Kühlmittel hindurchstreichen kann. Es ist zweckmäßig, wenn die Scheiben zwei Schichten aus in Matrixmaterial befestigten umhüllten Brennstoffteilchen enthalten.

Es sei bemerkt, daß die Erfindung nicht auf Brennstoffelemente begrenzt ist, die sich aus Ringscheiben mit irgendeinem besonderen Länge-Durchmesser-Verhältnis zusammensetzen. Der Begriff

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Scheiben bedeutet, daß die Dicke jeder Scheibe stets geringer ist als ihr Durchmesser.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten , Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch ein rohrförmiges Brennstoffelement,

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1.

Das in der Zeichnung dargestellte Brennstoffelement 1 ist von zusammengesetzter Bauart und besteht aus einer Anzahl von ähnlich geformten Ringscheiben 2, die je eine zentrale Öffnung 2 b von einheitlicher Bohrung aufweisen. Die Außendurchmesser der Scheiben "variieren derart, daß» wenn ein Stapel dieser Scheiben mit auf einer porösen Keramik- oder Drahtgeflechtliiilse 3 zentrierten Bohrungen übereinander angeordnet sind, der Stapel an seinem AuOenumfang durch eine ähnliche, sich jedoch allmählich verjüngende Außenhülse h umschlossen ist, die gewünschtenfalls jedoch fortgelassen werden kann. Jede Scheibe 2 setzt sich aus einer doppelten Schicht aus in eine Graphitmatrix eingebetteten spaltprodukthemmenden Brennstoffteilchen 2 a zusammen, so daß beide Texlchenschichten in Grunde genommen unmittelbar gekühlt werden. Es wird angenommen, daß sich eine doppelte Schicht aus umhüllten Teilchen bequem in einer Scheibe unterbringen läßt, deren Gesamtdicke 3 mm beträgt. An die Unterseite jeder Scheibe sind drei radiale Rippen 5 aus Graphit angeformt, die starr aus der Stirnfläche der Scheibe herausragen, um als Distanzstücke zu wirken. Die Brennstoffverteilung in den Scheiben ist so in Zonen aufgeteilt, daß es drei brennstofflose radiale Zonen gibt, die sich bei aufeinander angeordneten Scheiben mit den drei radialen Rippen decken. Auf diese Weise wird die Gefahr des Auftretens von

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heißen Flecken an den Rippenstellen verringert. In einem Stapel aus zwischen Keramik— oder Drahtgeflechtliülsen zusammengefügten Scheinen,wie in Fig. lgezeigt, wird das Brennstoffelement bei senkrechter Achse in einem Kernreaktorlriihlmittelkanal oder in einem Kernreaktordruckgefäß angeordnet, dew Kühlmittelgas zugeführt wird. Das obere Ende der inneren Keramikhtflse steht mit einer Kühlraittelauslaßkammer 8 in Verbindung. Zwischen einer Druckgaszuführkammer 7 und der Auslaßkammer 8 wird ein passender Dniekuntorschied hergestellt, so daß das Kühlmittelgas durch die äußere Keramikhülse hindurch in die Kühlmittelräume 9 zwischen den Scheiben gelangt, wo wo es beim Bestreichen der Flächen der Scheiben erhitzt wirrt. Das erhitzte Gas strömt durch die innere Keramikhülse Z hindurch in deren Bohrung hinein, von wo es in die Gasauslaükammer ^:5 gelangt.

Die vorstehend beschriebene Ausführungsform ist geeignet für den Betrieb mit einem thermischen Neutronenspektrum oder in einem schnellen Reaktor.

In der erstgenannten Umgebung sind der obere und dor untere Bereich Λ bzw. Τϊ dos Elements mit brennstoff losem Graphü ausgefülli , um als Üp.flektor zu wirken. Bei einem schnellen Heak-. tor sind die Tiereiclio A und B den Brennstoffelements mit brutf.'ihigem Brennstoff ausgefüllt. Tn beiden fällen kann das Material in diesen Bereichen zu gerippten Scheiben geformt sein, damit es in entsprechender -='oise w.ic dp" spnl tbare Brennstoff gekühlt v,^rird. '

Im Vorstellenden ist das liatrixiaaterial als Graphit bezeichnet, jedoch kann dies sewimschtenfalls variiert werden. Ersatzstoffe können Siliziumcarbid oder Pyroenrbon sein.

Uo zu befürchten ist, daß eine Scheibe über ihren lladius einem solchen Wärmegefälle ausgesetzt werden konnte, daß unzulässig

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hohe Wärmespannungen entstehen, wird vorgeschlagen, in einigen oder sämtlichen Scheiben einen radialen Spalt auszubilden, mn es diesen Scheiben zu ermöglichen, sich ohne Bruch der Värnespannung anzupassen. Sollte aus irgendeinem Grunde ein Bruch eintreten, .so werden die Bruchstücke doch noch zwischen den Keramikhülsen 3 und k zurückgehalten.

Bei einer abgeänderten Ausführungsform können teilweise konische Abschnitte anstelle der anhand der vorgehenden Ausführungsforin der Erfindung beschriebenen Ringscheiben verwendet worden. Außerdem ist es nicht '-.'alirschoinlioh, daß lineare V'trnegelä] Ie ent lan .7 der Flächen der Scheiben riit diener- abgeMnd erten Γο~π bedeutende YMrmespannungen erzeigen, v/o bei diese Spannungen bei ihrem Entstehen durch Herbeiführen von geringen Veränderung on im Konizitätswinkel aufgefangen werden können. Gewünsch tenfo.l Ir; können in verschiedenen Bereichen desselben Reaktorcors verschiedene Matrixv.'erkstoffe verwendet werden.

Hei. einer weiteren Abänderung ist die hiohtung des Kühlmittelflusses entgegengesetzt zu desa in der Zeichnung darrcstcU \ '· ■), wobei dann die Kühlmittel einlafU'r-nner ein Knde der 'i-ohyvv -ics Clements so speist, daß bei vorsciilosisene:'.] s η de reu Kndo i]nr. Kühlmittel durch die Innenhülse lii.ndurch in und durcli die ^:-,>■:"!.--ri ί to] durchlasse zwischen den .Ί'·ΐιο :ί Ί--η ι·:κΐ in 0 i r* vi'. <' ΑιιΓ'οπΙί^;Π. se in Verbindung stehen Io /.ue] n.i "■!■:.■· mn er fl ic.""'.!..

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Claims

Patentansprüche

/l. Brennstoffelement für insbesondere hochtemperaturige, gasgekühlte Kernreaktoren, gekennzeichnet durch ein rohrförraiges Teil (l), das sich aus einer Vielzahl von Kernbrennstoff enthaltenden Ringscheiben (2) zusammensetzt, die so übereinander angeordnet und ausgebildet sind, daß ein Kühlmitteldurchsatz zwischen mindestens einigen der aneinander angrenzenden Scheiben möglich ist.
2. Brennstoffelement nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß jede Scheibe (2) eine oder mehrere Schichten aus in Graphit oder einem sonstigen Matrixmaterial eingebetteten spaltprodukthemmenden Brennstoffteilchen (2 a) enthält und so ausgebildet ist, daß zwischen den Flächen aneinander angrenzender Scheiben Kühlmittel hindurchstreichen kann.
3. Brennstoffelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Scheibe (2) zwei Schichten aus in Matrixmaterial befestigten umhüllten Brennstoffteilchen (2 a) enthält.

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