-
Brennelement-Bauteilgruppe für gasgekühlte Hochtemperatur-Kernreaktoren
Die Erfindung bezieht sich auf Brennelement-Bauteilgruppen für gasgekühlte Hochtemperatur-Kernreaktoren.
-
Die Kerne von gasgekühlten Hochteinperatur-Kernreaktoren weisen häufig
gestapelte prismatische Blöcke aus Moderatormaterial, wie beispielsweise Graphit,
auf, wobei jeder Block mit Brennstoff enthaltenden Bohrungen versehen ist, die sich
durch ihn hindurcherstrecken. Bei einer bekannten Konstruktion einer Brennelement-Bauteilgruppe
füllt der Brennstoff die mit Brennstoff beschickten Bohrungen völlig aus und hat
die Form
von Stiften mit kleiner Querschnittsfläche; eine Kühlung
wird dadurch bewirkt, daß ein Kühlmittel durch Kanäle im Block geleitet wird, die
parallel zu den brennstoffbeschickten Bohrungen verlaufen. Bei einer anderen Ausfüiirungsform
von Brennelement-Bauteilgruppen hat der Brennstoff innerhalb jeder brennstoffbeschickten
Bohrung die Form eines einzelnen rohrförmigen oder hohlen Brennelementes, über welches
ein Kühlgas strömt, um einen Wärmeaustausch zu bewirken. Die Brennelemente weisen
jeweils gestapelte ringförmige BrennstofJ-Preßlinge auf, die in inneren und äußeren
Hüllen aus Graphit eingeschlossen sind. Diese letztere Ausführungsform ermöglicht
die Verwendung einer relativ großen Konzentration von Brennstoff in jeder brennstoffbeschickten
Bohrung, um nukleare physikalische Eigenschaften zu begünstigen, leidet aber unter
dem Nachteil, daß die Notwendigkeit von Graphitrohren die Kosten erheblich erhöht.
-
Bei einer erfindungsgemäßen Brennelement-Bauteilgruppe für einen
Hochtemperatur-Kernreaktors bei dem die Brennelement-Bauteilgruppe einen prismatischen
Block aus Hoderatormaterial mit brennstoffbeschickten Bohrungen aufweist, die sich
zwischen den entgegengesetzten Enden des Blocks erstrekken, und bei dem der Block
dazwischenliegende Kühlmittel-Strömungskanäle aufweist, die sich parallel zu den
brennstoffbeschickten Bohrungen erstrecken, weist erfindungsgemäß der Kernbrennstoff
gestapelte ringförmige Preßlinge auf weldif che'Bohrungen=auskleiden und einen einzigen
Kühlmittel-Strömungskanal durch jede Bohrung und jeden Stapel von Preßlingen hindurch
bilden. Eine Brennelement-Bauteilgruppe nach der Erfindung vermeidet die Notwendigkeit
einer äußeren Hülle; eine ausreichende Kühlung wird durch den zentralen Strömungskanal
durch den Brennstoff hindurch und durch die Swischenkanäle bewirkt. Eine innere
Hülle zum Auskleiden des Kühlmittel-Strömungskanals durch den Brennstoff hindurch
kann aus der Materialmasse hergestellt werden, die aus dem Block herausgebohrt wird,
um die Bohrung ZU erzeugen.
-
in einigen Fällen kann eine Hülle zum Trennen des Brennstoffs vom
Aillgas eingespart werden, wobei die innere Hülle weggelassen werden kann, da der
Stapel von Brennstoff-Preßlingen an seiner Außenoberfläche durch den Block ausreichend
abgestützt ist.
-
Die Erfindung wird nunmehr anhand der sie beispielsweise wiodergebenden
Zeichnung ausführlich beschrieben, und zwar zeigt Fig. 1 eine fragmentarische Draufsicht
auf eine Brennelement-Baute ilgruppe, Fig. 2 eine fragmentarische Seitenansicht
im Schnitt nach der Linie II-II in Sig. 1, während Fig. 3 im Schnitt eine fragmentarische
Seitenansicht einer zweiten Brennelement-Bauteilgruppe wiedergibt.
-
Die in den Fign. 1 und 2 dargestellte Brennelement-Bauteilgruppe
weist einen prismatischen Block aus Graphit mit brennstoffbeschickten Bohrungen
1 und zwischengelegenen Kühlmittel-Strömungskanalen 2 auf, die sich durch den Block
vom einen Ende zum anderen erstrecken. Der Brennstoff weist in jeder Bohrung 1 einen
Stapel von ringförmigen Preßlingen 3 auf, die auf einem Graphitrohr sitzen, welches
eine innere Hülle 4 bildet. Der Stapel von Brennstoffbauteilen wird in der Bohrung
durch einen Absatz 5 abgestützt und durch einen Schraubring 6 am oberen Ende der
Bohrung 1 festgehalten. Die ringförmigen Brennstoff-Preßlinge weisen Uran<oxidpartikel
auf, die mit pyrolytischem Graphit überzogen und in einem Matrixmaterial gehalten
sind, welches eine Phenolharz- und Giaphitverbindung aufweist. Die zwischengelegenen
Eühlmittel-Strömangskanäle 2 sind von unregelmäßiger Querschnittsform, wobei die
Umfangskonturen allgemein parallel zu den Umfangskonturen der Bohrungen 1 verlaufen.
Eine zentrale Bohrung 7 ist zum Einführen eines Reaktor-Regelstabes und zum Anbringen
einer Eandhabungbseinrichtung für die Brennelement-Bauteilgruppe vorgesehen.
-
Bei Verwendilng in einem Kernreaktor werden die Brennelement-Bauteilgruppen
nebeneinander aufgestapelt, um den Reaktorkern zu bilden. Kühlmittel (Helium) strömt
abwärts durch die zentralen Kanäle, die von den Hüllen 4 in den brennstoffbeschickten
Bohrungen begrenzt werden, und außerdem durch die Kühlmittelkanale 2. Die unregelmäßigen
Konturen der Kanäle 2 bilden eine große Querschnittsfläche für die Kühlmittelströmung
und begünstigen die Wärmeübertragung vom Block auf das Kühlgas.
-
Die inneren Hüllen 4 werdentaus den Graphitmassen hergestellt, die
aus dem Block zur Erzeugung der Bohrungen 1 herausgebohrt werden.
-
Bei einer Alternativ-Aus führungsform (nicht dargestellt) haben die
Kühlmittel-Zwischenkanäle einen runden Querschnitt und werden durch Verwendung von
Mehrfach-Bohrkopfanordnungen wirtschaftlich hergestellt.
-
Bei der in Fig. 3 dargestellten Äusführungsform einer Brennelement-Bauteilgruppe
werden ringförmige Brennstoff-Preßlinge auf Absätzen 5 in den Bohrungen 1 in einem
Graphitblock abgestützt und durch Ringe 6 in den oberen Enden der Bohrungen festgehalten.
Bei dieser Ausführungsform ist die Innenhülle weggelassen, so daß bei Verwendung
das Kühlmittel direkten Kontakt mit dem Brennstoff hat.
-
Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Patentanspruch
1 umrissenen Ausführungsform und bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Erfindungsmerkmale,
die im einzelnen -- oder in Kombination -- in der gesamten Beschreibung und Zeichnung
offenbart sind.
-
Patentansprüche