DE2245113C3 - Nuclear reactor fuel element with large negative temperature coefficient of reactivity - Google Patents
Nuclear reactor fuel element with large negative temperature coefficient of reactivityInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kernreaktorbrennstoffelement mit großem negativen Brennstofflemperaturkoeffizienten der Reaktivität, das in seiner Innenzone einen festen Brennstoff und einen festen moderierenden Stoff von hoher Wasserstoffkonzentration enthält, wobei die !nnenzone durch eine wärmedämmende Schicht Und durch eine für Spaltprodukte undurchlässige Umhüllung vom umgebenden Kühlmittel getrennt ist (vgl. die DT-AS 14 o4 645,.The present invention relates to a nuclear reactor fuel element with large negative fuel temperature coefficient of reactivity, which in its Inner zone a solid fuel and a solid moderator of high hydrogen concentration contains, whereby the inner zone is covered by a heat-insulating Layer And through one for fission products impermeable envelope is separated from the surrounding coolant (cf. the DT-AS 14 o4 645 ,.
Der negative Brennstoff temperatur!« effizient dieser Anordnung ist besonders groß, weil das durch die Iso-Serschicht zwischen der Innenzone und dem Kühlmittel erzeugte Temperaturgefälle den aus der Reaktorphysik bekannten Neutronenaufheizeffekt verstärkt.The negative fuel temperature! «Efficient this one The arrangement is particularly large because it is through the Iso-Serschicht Temperature gradient generated between the inner zone and the coolant is derived from the physics of the reactor known neutron heating effect.
In der Reaktortechnik ist eine Reihe von Brennelementen bekannt, die durch einen Spalt zwischen der lußeren Zone und der Brennstoff/one gekennzeichnet lind. Diese bekannten Anordnungen sollen verhindern, daß die äußere I ImhüIIung durch ein Verziehen des Brennstoffstabes oeschädigt wird. Eine Verbesserung des Brennstofftemperaturkoeffizienten wird durch diele Brennelemente im allgemeinen nicht erzielt, da die durch den Spalt geschützten Stäbe reines Uran oder eine Uranverbindung von geringer Bremskraft enthalten. (Deutsche Patentschrift 10 04 744. britische Patent ichrift8 35 132).A number of fuel elements are used in reactor technology known, which is characterized by a gap between the outer zone and the fuel / one lind. These known arrangements are intended to prevent the outer casing from being warped by the Fuel rod is damaged. An improvement in the fuel temperature coefficient is achieved by diele Fuel elements are generally not achieved because the rods protected by the gap are pure uranium or contain a uranium compound of low braking power. (German patent 10 04 744. British patent ichrift8 35 132).
In der deutschen Patentschrift 10 04 744 und in der britischen Patentschrift 8 35 132 erfüllt der Spalt, wie bereits angedeutet wurde, vor allem eine mechanischeIn German patent specification 10 04 744 and in British patent specification 8 35 132 the gap fulfills how has already been hinted at, above all a mechanical one
2525th
3°3 °
3535
4040
45 schließlich in der Errichtung einer Wärmebarriere /wischen dem Brennstoff und dem Kühlmittel besieht, ist die Anordnung der isolierenden Schicht /wischen der äußeren Umhüllung und dem Brennstoff /war die ein/ige angegebene konstruktive Lösung dieser Aufgabe; es wird jedoch bezweifelt, daß es kein anderes Mittel gibt, das zum gleichen Ziel führt. Die Ausführung nach Anspruch 2 der deutschen Au'Iegesehrift 14 64 645 hui den Nachteil, daß die Breite des Spaltes infolge der unterschiedlichen Ausdehnung des Brennstoffes und der Umhüllung im Betrieb des Brennelementes Sch\\.n kungen unterworfen ist. Auch die durch den Haut/ianspruch nahegelegte Anordnung eines festen Isoliersml fes /wische:, dem Brennstoff und der Umhüllung stellt keine ideale Lösung dar. weil die Isolierschicht im Betr.jb des Brennelementes durch die Ausdehnung des Brennstoffes und durch die korrosive Einwirkung der Spaltprodukte angegriffen wird. Die Isolierwirkung der Zwischenschicht und damit der große negative Brennstofftemperaturkoefii/icnt könnten also beeinträchtig: 45 Finally, looking at the establishment of a thermal barrier / between the fuel and the coolant, the arrangement of the insulating layer / between the outer casing and the fuel / was the only specified constructive solution to this problem; however, it is doubted that there is no other means leading to the same end. The embodiment according to claim 2 of the German Au'Iegesehrift 14 64 645 has the disadvantage that the width of the gap is subject to shocks due to the different expansion of the fuel and the cladding during operation of the fuel assembly. Also, by Hau t / ianspruch close arrangement of a solid set Isoliersml fes / wipe :, the fuel and the cladding does not constitute an ideal solution. Because the insulating layer in Betr.jb of the fuel assembly by the expansion of the fuel and by the corrosive action of the cleavage products is attacked. The insulating effect of the intermediate layer and thus the large negative fuel temperature coefficient could therefore be impaired:
werden.will.
Im übrigen muß darauf hingewiesen werden, daü die Einhaltung der Toleranzen bei der Herstellung eines Brennelementes nach dem Hauptanspruch der deut sehen Auslegeschrifl 14 64 645 schon bei der im kalten Zusta-id erfolgenden Fertigung des Brennstotfkerns der Isolierschicht und der Umhüllung ein schwieriges technisches Problem vi-.'aiel't.In addition, it must be pointed out that the Compliance with the tolerances in the production of a fuel assembly according to the main claim of the German see Auslegeschrifl 14 64 645 already in the cold State of production of the fuel core the insulating layer and the cladding a difficult technical problem vi -. 'aiel't.
Das Ziel der vorliejendr- Erfindung ist daher em Brennelement, das einen festen Brennstoff und einen festen moderierenden Stoff enthält, ehe vom umgeben den Kühlmittel durch eine wärmedämmende Schicht getrennt sind, die im Gegensatz zu der. bekannten Aus führungsformen nicht Jurch unmittelbare Berührung mit derr Brennstoff zerstört werden kann.The aim of the present invention is therefore em fuel assembly that contains a solid fuel and a solid moderating substance, before the coolant is separated from the surrounding by a heat insulating layer, which in contrast to the. Known embodiments cannot be destroyed by direct contact with the fuel.
Diese Aufgabe wird bei den Brennelementen Jer ein leitend genannten Art dadurch gelöst, daß erfindtings gemäß die Isolierschicht auf der Außenseite der Lm hüllung angeordnet ist.This task is carried out with the fuel elements Jer conductive type mentioned solved in that erfindtings according to the insulating layer is arranged on the outside of the Lm envelope.
Weitere Einzelheiten und Merkmak der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den Zeichnungen, in denen zwei bevor iugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise veranschaulicht sind. In den Zeichnungen zeigtFurther details and r Me Kmak of the invention will become apparent from the following detailed description and the drawings in which two before iugte embodiments of the invention are for example illustrated. In the drawings shows
F i g. 1 einen Querschnitt durch ein Brennelement mit getrennten Brennstoff- und Moderatorschichten.F i g. 1 shows a cross section through a fuel assembly with separate fuel and moderator layers.
F i g. 2 einen Querschnitt durch ein Brennelement mit homogener Verteilung von Brennstoff und Moderator. F i g. 2 shows a cross section through a fuel assembly with a homogeneous distribution of fuel and moderator.
Das in F i g. I dargestellte Brennelement besteht aus einer zentralen Brennstoffzone 1. die von einer wasserstoffhaltigen Schicht 2. einer für Spaltprodukte undurchlässigen metallischen Umhüllung 4 und einer warmedämmenden Schicht 5 umgeben ist.The in Fig. I shown fuel assembly consists of a central fuel zone 1. that of a hydrogen-containing Layer 2. a metallic casing 4 impermeable to fission products and a heat-insulating one Layer 5 is surrounded.
bzw. der Spalt gemäß der deutschen Auslegeschrift 14 64 645 die Wirkung einer Wärmebarriere. Alle bekannten Brennelemente stimmen jedoch darin überein. daß die Zwischenschicht bzw, der Spalt zwischen den Brennstoff und der Umhüllung angeordnet ist.or the gap according to German Auslegeschrift 14 64 645 has the effect of a thermal barrier. All known However, fuel assemblies are consistent. that the intermediate layer or the gap between the Fuel and the cladding is arranged.
Im Falle der deutschen Patentschrift 10 04 744 und der britischen Patentschrift 8 35 132 liegt dies in der Natur der Sache. Der Spalt muß zwischen dem Brennstoff und der äußeren Umhüllung liegen, weil die Umhüllung vor der Ausdehnung und dem Verziehen des Brennstoffes geschützt werden soll.In the case of German patent specification 10 04 744 and British patent specification 8 35 132 this is in the Nature of the matter. The gap must be between the fuel and the outer cladding because the cladding should be protected from the expansion and warping of the fuel.
Im Falle der deutschen Auslegeschrift 14 64 645 dagegen, in der der Zweck der isolierenden Schicht auseiner zentralen Brennstoffmoderatorzone 3. die von einer für Spaltprodukte undurchlässigen metallischen Umhüllung 4 und einer wärmedämmenden Schicht 5 umgeben ist.In the case of German Auslegeschrift 14 64 645, on the other hand, in which the purpose of the insulating layer is separated central fuel moderator zone 3. that of a metallic one impermeable to fission products Sheath 4 and a heat insulating layer 5 is surrounded.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß sowohl in dem Brennelement nach F i g. 1 als auch in dem Brennelement nach F i g. 2 die wärmedämmende Schicht 5 die äußerste Zone bildet, derer Außenfläche vom Kühlmittel bespült wird.It is expressly pointed out that both in the fuel assembly according to FIG. 1 as well as in that Fuel element according to FIG. 2 the insulating layer 5 forms the outermost zone, its outer surface is flushed by the coolant.
Für die warmedammenden Schichten beider Brenn elemente können die gleichen wärmedämmenden Werkstoffe verwendet werden. Der Werkstoff kann ein keramischer Stoff wie Aluminiumoxyd (Al.'OOThe same heat-insulating layers can be used for the insulating layers of both fuel elements Materials are used. The material can be a ceramic material such as aluminum oxide (Al.'OO
Siliziumoxyd (SiO.') oder eine Mischung verschiedener keramischer Stoffe sein. Die wärmedämmende Schicht kann als eine gesinterte oder gegossene und durch Arbeitsgänge wie Drehen, Schleifen und Polieren bearbeitete Hülse ausgeführt sein. Sie kann aber auch eine in die metallische Umhüllung 4 eingebrannte Emailschicht oder ein aufgesprühier keramischer Anstrich sein.Silicon oxide (SiO. ') Or a mixture of different be ceramic substances. The insulating layer can be sintered or cast and machined such as turning, grinding and polishing machined sleeve. But it can also be an in the metallic casing 4 can be a burned-in enamel layer or a sprayed-on ceramic paint.
Die beiden letzteren Ausführungsformen haben denThe latter two embodiments have the
Vorteil, daß die Einhaltung der Fertigungstoleran/en beim Auftragen der wärmedämmenden Schicht wem· ger koi.ipiiziert ist als bei der separaten Anfertigung einer wärmedämmenden Schul/hülse.Advantage that compliance with the manufacturing tolerances to whom when applying the insulating layer is more co-ordinated than with the separate production a heat-insulating school sleeve.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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| DE2245113A1 DE2245113A1 (en) | 1974-03-21 |
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