-
Siedewasserbrennelement Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf
ein Brennelement für Siedewasserkernreaktoren, das im wesentlichen aus einer Vielzahl
von parallel zueinander angeordneten und durch Abstandshaltergitter in mehreren
Ebenen übereinander im Verbund gehaltenen Brennstäben sowie einem diese zur Führung
der Kühlmittelströmung mantelartig umgebenden Brennelementkasten besteht.
-
Diese mantelartigen Brennelementkästen bestehen vorzugsweise aus Zirkonlegierungen,
da dieses Material einen verhältnismäßig geringen Neutronenabsorptionsquerschnitt
aufweist. Da letzterer aber auch nicht vernachlässigbar klein ist, ist es wichtig,
diese Kästen so dünn als möglich zu halten. Andererseits unterliegen diese Brennelementkäste
während ihrer Einsatzzeit im Kernreaktor mechanischen Belastungen, z.b. durch die
Kühlmittelströmung und auftretende Differenzdrücke sowie Strahlungsbelastungen.
Sie erfahren dabei bleibende Deformationen bzw.
-
Geometrieänderungen. Dies könnte zu stellenweisen Verengungen der
Abstände zwischen den einzelnen Brennelementen und auch innerhalb derselben führen,
so daß dadurch örtliche Veränderungen der Moderatoreffekte und verbunden damit unter
Umständen unzulässige Temperaturen an einzelnen Brennstäben auftre+en können.
-
Es stellte sich daher die Aufgabe, die bisherige Brennelementkastenkonstrukticn
so zu ändern, daß eine wesentlich höhere
mechanische Stabilität
derselben erreicht wird und die obengenannten Erscheinungen weitgehend verhindert
werden.
-
Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die Seitenwände
des Brennelementkastens mit wenigstens einer zur Brennelementachse parallelen Sicke,
vorzugsweise jedoch mehreren solchen Sicken versehen ist. Da alle vier Seitenwände
des Brennelementkastens mit solchen Sicken versehen sind, ergibt sich dadurch nach
allen Richtungen eine ganz erhebliche Versteifung desselben, so daß unter Umständen
mit wesentlich dünneren Zirkonblechen gearbeitet werden kann als bisher. Dies bedeutet,
daß dann zusätzlich eine bessere Neutronenökonomie des Reaktors erreicht werden
kann, was durch einen geringeren Einsatz von Kernbrennstoff bzw. durch einen niedrigeren
Anreicherungsgrad desselben sehr vorteilhaft zum Ausdruck kommt. Zur Veranschaulichung
dieser Erfindung sei auf ein in Fig. 1 bis 3 näher dargestelltes mögliches Ausführungsbeispiel
verwiesen. Die Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch die Kernzelle
eines Siedewasserreaktors. Diese besteht aus vier Einzelbrennelementen 3 und einem
zwiscen diesen gngeordneten kreuzförmigen Regelstab 8. Eine Vielzahl derartiger
Kernzellen bildet den Reaktorkern eines Siedewasserreaktors. Es sei jedoch bereits
hier darauf hingewiesen, daß sich die vorliegende Erfindung nicht nur für Siedewasserreaktoren
eignet, sondern auch für Brennelemente anderer Reaktorsysteme, die mit einem äußeren
Mantel, also einem Brennelementkasten versehen sind. Es können dies also z.B auch
Brennelemente für gasgekühlte Kernreaktoren sein.
-
Aus der Fig. 1, die auch den bisher üblichen Querschnitt eines Brennelementkastens
zeigt, ist auch zu ersehen, daß sch zwischen den einzelnen Brennelementen Spalten
9 befinden, die mit Wasser gefüllt sind. Wie bereits erwähnt, verursachen dann Veränderungen
der Spaltbreite örtliche Unterschiede in der Moderierungswirkung des Kühlwassers
und damit auch Veränderungen in der Leistung benachbarter Brennstäbe 30, deren Erwärmung
unter Umständen
zusätzlich noch durch eine Veränderung der Kühlmittelströmung
nachteilig beeinflußt wird.
-
Ein solches Brennelement 3 ist in Fig. 2 in einem teilweisen Längsschnitt
dargestellt. Es besteht aus einer Vielzahl von parallel angeordneten Brennstäben
30, die durch Abstandshalter 4 in ihrer Sollgeometrie gehalten sind sowie dem umgebenden
Brennelementkasten 6. Ein Fußstück 5 sowie ein Kopfstück 2 begrenzen das Brennelement
nach unten und oben, es ist außerdem noch mit einem Haltegriff 1, der mit dem Kopfstück
2 verbunden ist, versehen, der jedoch für die vorliegende Erfindung nicht von Bedeutung
ist. Der Brennelementkasten 6 ist nun erfindungsgemäß mit einwärts gezogenen Sicken
61 versehen, wie es auch aus Fig. 3 ersichtlich ist, die einen Querschnitt durch
ein derartiges Brennelement in Höhe eines Abstandshaltergitters 4 darstellt.
-
In vorliegendem Fall ist der äußere Bandagesteg eines Abstandshaltergitters
mit auswärts gerichteten Noppen 41 versehen. Die Sicken 61 sind so angeordnet, daß
sie in die Zwischenräume dieser Noppen 41 zu liegen kommen. Bei anderen Abstandshalterkonstruktionen,
die ursprünglich einen glatten äußeren Bandagesteg besitzen, könnte dieser in die
Zwischenräume zwischen den nebeneinander liegenden Brennstäben eingebogen sein und
damit Raum für die Sicken 61 des Brennelementkastens 6 schaffen.
-
Die Herstellung eines derartigen Brennelementkastens bereitet keine
Schwierigkeiten. So kann beispielsweise ein bereits gewelltes Zirkonlegierungsblech
entsprechend gebogen und verschweißt werden. Es könnte aber auch ein Brennelementkasten
aus zunächst glatten Blechen mit Hilfe eines Spezialwerkzeuges nachträglich mit
den gewünschten Sicken versehen werden.
-
Mit dieser neuartigen Konstruktion des Brennelementkastens sind aber
nicht nur rein kerntechnische Vorteile verbunden, vielmehr besitzt ein derartiger
Brennelementkasten bei seiner Handhabung
außerhalb des Kernreaktors
eine wesentlich größere Unempfindlichkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber Stößen
und anderen mechanischen Belastungen. Es gelten zusätzlich praktisch die gleichen
Vorteile wie sie die Wellblechtechnik z.B. für den Flugzeugbau gebracht hat. Die
ursprünglich vorgesehene Blechdicke von 1,5 mm für derartige Brennelementkästen
kann daher wesentlich verringert werden.
-
Die durch diese Konstruktion erhöhte Stabilität der Brennelementkästen
erlaubt eine viel öftere Wiederverwendbarkeit derselben, als es bisher der Fall
war. Außerdem wird durch sie eine bessere Gängigkeit der kreuzförmigen Steuerstäbe,
siehe Fig. 1, erzielt.
-
Dies ist nicht nur von rein mechanischer Bede-utung, sondern erhöht
ganz wesentlich das Sicherheitsverhalten eines Kernreaktors, da dieses von der Schnelligkeit
des Einschubes der Regelstäbe im Falle einer schnellen Abschaltung abhängt. In diesem
Zuammenhang sei außerdem erwähnt, daß auch das Ummantelangeblech der kreazfçrmigen
Regelstäbe 8 in ähnlicher Weise mit Sicken versehen werden kann, so daß auf diese
Weise auch bei diesen in Wechselwirkung mit den einzelnen Brennelementen stehenden
Organen eine wesentlich erhöhte Formbeständigkeit erzielt werden kann.
-
3 Patentansprüche 3 Figuren