DE2754196A1

DE2754196A1 - Axial ausrichtbare kernbrennpellets

Info

Publication number: DE2754196A1
Application number: DE19772754196
Authority: DE
Inventors: Eric Bertil Johansson; Dale Henry Klahn; Mickey Orville Marlowe
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1976-12-08
Filing date: 1977-12-06
Publication date: 1978-06-15
Also published as: ES464877A1; JPS5386992A; CA1079872A; IT1089111B; BE882085Q; US4129477A; SE7713900L

Description

Axial ausrichtbare Kernbrennpellets Die Erfindung betrifft Brennelemente für einen Kernreaktor,

sie bezieht sich insbesondere, auf allgemein zylindrische, axial

oder Kernbrennmaterialtabletten

ausrichtbare Kernbrennpellets-j die aneinander angrenzend innerhalb einer rohrförmigen KernbrennstoffhUlle (cladding) angeordnet sind.

Kernreaktoren sind z.B. in dem Buch "Nuclear Power Engineering" von M.M. El-Wakil beschrieben, das vom McGraw-Hill Book Co Verlag 1963 herausgegeben wurde. Kernbrennelemente sind z.B. aus der US-PS 3 ^66 226 offenbart. Dieses Patent zeigt ein Kernbrennelement, welches aus einer länglichen rohrförmigen Hülle oder überzug besteht, der ein spaltbares Material, z.B. Uran-und/oder Plutoniumdioxid (UO₂, PuO₂) abgedichtet darinnen

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enthält. Gemäß der vorliegenden Erfindung liegt dieses Brennmaterial in Form von Brennpellets vor, die innerhalb des Überzugs aneinander angrenzend gestapelt sind. Diese Brennpellets werden von einem Pulver gepresst und dann derart gesintert, daß sie eine keramikartige Konsistenz besitzen, bevor sie innerhalb des rohrförmigen Überzugs aufgestapelt und abgedichtet werden.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß Beschädigungen oder Durch -löcherungen der BrennmaterialüberzUge an Stellen der Pelletzwischengrenzen aufgrund der mechanischen Wechselwirkung des Pellets und des Überzugs auftreten (Pellet-Hüllewechselwirkung). Die Erfahrung zeigt, daß ein Beitrag zu derartigen Beschädi -gungen durch die axiale Fehlausrichtung benachbarter Brennmaterialpellets des Stapels herrührt. Der Begriff "axiale Fehlausrichtung¹¹, wie er im folgenden verwendet wird, soll Brennmaterialpellets einschliessen, deren Mittellinien versetzt und/oder bezüglich der Mittellinie des rohrförmigen Überzugs verschwenkt sind.

Axial fehlausgerichtete Brennelemente können zu Anfang aufgrund eines stochastischen oder Zufallsverteilungsprozesses der Brennmaterialpellets innerhalb des Überzugs oder der Hülle während des Zusammenbaus der Brennelemente auftreten. Diese stochastische Verteilung tritt auf, da es Abmessungs- und Zusammenbautoleranzen ermöglichen, daß die Brennmaterialpellets in axial fehlausgerichteten Positionen gestap_welt werden. Herstellungstoleranzen verhindern, daß die Endflächen der Pellets senk -recht zur Mittelachse der Pellets verlaufen. Während daher die Pellets in der Hülle gestapelt werden, wird jedes einzelne Pellet durch die Abweichung seiner unteren Endfläche und durch die kumulativen Abweichungen der Endflächen der unteren Pellets gekippt. Bei den meisten Brennelementen von Kernreaktoren wird ein großer Anteil der Brennmaterialpellets um das maximal mögliche Maß gekipot , das durch einen ringförmigen Spalt

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gegeben ist, der zwischen den Brennmaterialpellets und der Hülle vorhanden ist. Diese stochastische Verteilung wird ferner durch kumulative Wirkungen der Vibration der Brennstäbe, und der Zunahme und der Rißbildung der Pellets während der Bestrahlung verschlechtert.

Während der Bestrahlung können die Brennmaterialpellets in axial fehlausgerichteten Lagen dadurch festgesetzt werden, daß kombiniert axiale Reibung (die von der Ausdehnung der Pellets und dem größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten und der größeren Durchschnittstemperatur der Brennmaterialpellets gegenüber dem Gehäuse herrührt) und Reibung in transversaler oder Querrichtung an den dann unter Druck stehenden Pellets zwischen den Flächen auftritt. Sofern die Pellets in fehlausgerichteten Stellungen festgesetzt oder festgeklemmt werden, verursacht die radiale Ausdehnung der Pellets bei höheren Leistungspegeln eine Pellet-Hüllenwechselwirkung, die Beschädigungen der Hülle hervorruft. Aufgrund der überlastung der Hülle oder aufgrund einer Zunahme der Korrosionsbelastungsrißbildung der Hülle oder des Überzugs können Durchbrüche in der Hülle oder dem Überzug auftreten.

Beschädigungen der Hülle treten bei Brennelementen mit fehlausgerichteten Brennmaterialpellets bei wesentlich kleineren Leistungen als bei Kernbrennelementen auf, deren Pellets axial ausgerichtet sind. Die aufgrund axial fehlausgerichteter Pellets hervorgerufene Pellet-Hüllenwechselwirkung verringert daher den absoluten Leistungspegel beträchtlich, bei dem ein Kernbrenn -element ohne Hüllenbeschädigung betrieben werden kann.

Die Pellet-Hüllenwechselwirkung hat auch die Betreiber von Kernenergieanlagen veranlasst, die Raten wesentlich zu reduzieren, mit denen der Belastung folgende Leistungsänderungen durchge -führt werden können. Dies hat seine Ursache darin, daß aufgrund des höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten und der höheren Durchschnittstemperatur des Pellets bezüglich der Hülle,

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daß aufgrund der Anschwellung des Pellets aufgrund der Erzeugung von Spaltprodukten, und der relativ kleinen Zelt für eine plastische Deformation eine wesentliche Erhöhung der Pellet-Hüllenwechselwirkung während einer raschen Leistungszunahme auftritt. Dieses Problem wird teilweise abgeschwächt, wenn Leistungsänderungen sehr langsam durchgeführt werden, weil dann das Pellet und die Hülle sich plastisch deformieren können und dadurch die Hüllenbelastungen wirksam reduziert werden. Diese Beschränkungen bezüglich der Geschwindigkeit oder Rate, mit der der Belastung folgende Leistungsänderungen durchgeführt werden können, sind für den Betreiber von Kernenergieanlagen besonders lästig, der stark schwankender Nachfrage gerecht werden soll.

Aus dem Stand der Technik ist eine Anordnung bekannt, mittels der Kernbrennmaterialpellets während des Zusammenbaus eines Kernbrennstabs ausgerichtet werden sollen, vergleiche das kanadische Patent 725 277. Diese Anordnung erhöht Jedoch den Widerstand bezüglich plastischer Deformation an den Pelletgrenzflächen dadurch, daß Pellets mit ineinandergreifenden weiblichen und männlichen Enden vorgesehen sind. Bei der bekannten Anordnung sind die aneinander wechselnd angrenzenden Enden der Brennmaterialpellets mit einem Ansatz und einer den Ansatz aufnehmenden öffnung versehen, wobei die den Ansatz aufnehmende öffnung eine Tiefe besitzt, die größer oder gleich der Höhe des Ansatzes ist. Wenn eine Vielzahl derartiger Brennmaterialpellets Ende an Ende aufgestapelt werden, greifen die Ansätze an den Enden der Brennmaterialpellets in die Aufnahmeöffnungen benachbarter Brennmaterialpellets ein und setzen die Brenn -materialpellets bezüglich ihrer Lage fest.

Bei den bekannten Anordnungen, bei denen die Pellets ineinandergreifen, berühren sich die Brennmaterialpellets über einen ringförmigen Bereich, der die Ansätze und die die Ansätze aufnehmenden öffnungen umgibt, wodurch eine große Pelletberührungs-

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fläche lind eine niedere mittlere Temperatur an den Pelletgrenzflächen auftritt. Diese große Pelletkontaktfläche und die niedere mittlere Temperatur hat kleine Belastungen der Pellets an den Pelletgrenzflächen und eine kleine plastische Deformation der Pellets zur Folge, um HUllenbelastungen zu verringern. Kleine Beanspruchungen oder Belastungen an den Pelletgrenzflächen haben höhere HUllenbelastungen zur Folge, und sie resultieren eher in einer Deformation der HUlIe als einer Deformation der Pellets. Bekannte Pelletgestaltungen mit flachen oder "schalenförmigen" Enden besitzen dieselben Nachteile. (Schalenform!ge Pellets werden mit konkaven Enden ausgebildet, wie z.B. in der US-PS 3 365 371 offenbart ist.) Sie besitzen große Pelletkontaktflächen und kleine mittlere Temperaturen an den Pelletgrenzflächen, woraus eher eine Deformation der HUlIe als eine Deformation der Pellets herrührt,

Ein weiteres Problem bei ineinandergreifenden Pelletanordnungen bekannter Art besteht in den Übergroßen Herstellungskosten fUr die Herstellung der Ansätze und der die Ansätze aufnehmenden Öffnungen mit Herstellungstoleranzen von weniger als - 7,5 x 10"^ cm (3 mils), und diese Fehler besitzen eine kumulative Wirkung auf die Pelletfehlausrichtung. In den meisten Siedewasserreaktoren sind die Pellets und die Hüllen durch einen ringförmigen Spalt von ungefähr 25 x 10 cm voneinander getrennt, und es/mit den ineinandergreifenden Pelletanordnungen bekannter Art trotzdem möglich, die maximale Verschwenkung oder Kippstellung der Pellets zu erhalten.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Kernbrennmaterialpellet zur Verwendung in gestapelten Pelletsäulen in einem Brennelement zu schaffen, dessen Gestalt die plastische Deformation des Pellets an der Pelletgrenzfläche ermöglicht, so daß die mechanische Wechselwirkung zwischen Pellet und HUlIe oder überzug Ausrichtkräfte erzeugt, die groß genug sind, um

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die Pellets zu deformleren und sie ohne ernsthafte Beanspruchung der Hülle wieder auszurichten.

Aufgabe der Erfindung ist es ferner, ein axial ausrichtbares Brennmaterialpellet zu schaffen, welches die Pellet-HüTlenwechselwirkung verringert.

Aufgabe der Erfindung ist es ferner, ein Kernbrennmaterialpellet zu schaffen, das den Betrieb von Kernenergieanlagen dadurch verbessert, daß die Geschwindigkeit erhöht wird, mit der der Belastung folgende Leistungsänderungen ohne überbeanspruchung der BrennmaterialhUlle aufgrund von Pellet-Hüllenwechselwirkung durchgeführt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es ferner, die stochastische Verteilung der Pellets während des Zusammenbaus eines Kernbrennstabs zu verringern.

Aufgabe der Erfindung ist es ferner, das Maß an Korrosionsbeanspruchungsrißbildung in der Hülle eines Kernbrennstabs zu verringern.

Aufgabe der Erfindung ist es ferner, ein Kernbrennelement anzugeben, das bei höheren absoluten Leistungswerten ohne HUllenbeschädigungen betreibbar ist.

Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden dadurch gelöst, daß ein Kernbrennmaterialpellet mit einer Gestalt geschaffen wird, die die plastische Deformation der Pellets an den Grenzflächen zwischen den Pellets eines Brennelements erhöht und dadurch die Kräfte verringert, die zur Wiederausrichtung des Pellets erforderlich sind. Erhöhte plastische Deformation der Pelletgrenzflächen ermöglicht eine mechanische Wechselwirkung zwischen dem Pellet und der Hülle, um Ausrichtkräfte zu erzeugen, die groß genug sind, um ein axial fehlausgerichtetes

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Pellet ohne ernsthafte Belastung oder Beanspruchung der HUlIe wieder auszurichten. Die plastische Deformation der Pellets an den Pelletgrenzflächen wird dadurch erhöht, daß eine relativ kleine Pellet/Pelletkontaktfläche in der Nähe des Zentrums der Endfläche des Pellets vorgesehen wird. Da das Pellet auf die Mitte hin wesentlich heißer ist, ist die mittlere Temperatur der Kontaktfläche wesentlich größer. Die Erhöhung der mittleren Temperatur der Kontaktfläche reduziert die Festigkeit und Fließbeanspruchung des Kontaktbereichs, wodurch die erforderlichen Ausrichtkräfte verringert werden. Je kleiner die Kontaktfläche an den Pellet -grenzflächen ist, um so mehr werden die Ausrichtkräfte über einen kleinen Bereich konzentriert. Dadurch wird die Belastung an den Grenzflächen erhöht, wodurch die erforderlichen Ausrichtkräfte weiter verringert werden. Die Geometrie der erfindungsgemäß aufgebauten Brennmaterialpellets reduziert die Kräfte, die erforderlich sind, um ein Brennmaterial gerade zu richten, das Innerhalb der HUlIe gekippt ist.

Die erfindungsgemäßen Kernmaterialpellets besitzen an mindestens einem Ende einen zentral angeordneten erhabenen Bereich mit allgemein konvexer Gestalt. Das entgegengesetzte Ende des Pellets kann ebenfalls eine allgemein konvexe Gestalt besitzen, oder es kann eben sein oder es kann mit einer zentral angeordneten Vertiefung versehen sein. Die zentral angeordnete Vertiefung besitzt eine Tiefe, die kleiner als die Höhe des zentral angeordneten erhabenen Bereichs ist, um sicher zu stellen, daß die Pellets einander nur Über eine kleine zentral liegende Fläche sich berühren. Der zentral angeordnete erhabene Bereich kann eine allgemeine halbkugelförmige Gestalt oder eine im wesentlichen konische Gestalt besitzen. Die im allgemeinen halbkugelförmigeioder konischen, zentral angeordneten erhabenen Bereiche erstrecken sich im wesentlichen über den ganzen oder nur über einen begrenzten zentralen Teil der Endoberfläche des Pellets. In einer

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bevorzugten Ausfuhrungsform sind die Im allgemeinen halbkugelförmigen oder konischen zentral angeordneten erhabenen Bereiche mit einer ebenen, zentral angeordneten Pellet/ Pelletkontaktoberfläche versehen.

Bei den erfindungsgemäßen Ausführungsformen mit im allgemeinen einem konischen, zentral angeordneten erhabenen Bereich mit einer ebenen zentral angeordneten Oberfläche kann ein ringförmiger Bereich, der die zentral angeordnete ebene Oberfläche umgibt, stark abgeschrägt zu der Endoberfläche des Pellets oder allmählich abgeschrägt zu der Seitenwand des Pellets verlaufen. Diese beiden Strukturen werden als Knöpfe bzw. Kronen bezeichnet. Brennmaterialpellets, die mit Knöpfen oder Kronen versehen sind, können an beiden Enden mit Knöpfen oder Kronen versehen sein, oder sie können mit lediglich einem Knopf oder einer Krone versehen sein, die derart angeordnet sind, daß sie mit der ebenen Endoberfläche eines benachbarten Pellets zusammenwirken. Um die stochastische Verteilung der Pellets während des Zusammenbaus des Brennelements weiter zu verringern, können die mit einem Knopf an einem Ende versehenen Brennmaterialpellets mit einer einen Knopf aufnehmenden Ausnehmung auf dem gegenüberliegenden Ende versehen sein, wobei diese Ausnehmung eine Tiefe besitzt, die kleiner als die Höhe des Knopfes ist.

Im folgenden werden AusfUhrungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert.

In den Figuren zeigen : Fig. 1 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, eines Teils

eines Kernbrennstabs mit gestapelten Brennmaterialpellets, deren Mittellinien in einer Zufallsverteilung versetzt sind;

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Flg. 2 eine Ansicht, teilweise Im Schnitt, eines Teils

eines Kernbrennstabs mit Brennmaterialpellets, die Innerhalb Ihrer Hülle gekippt sind;

Flg. 3 einen Querschnitt längs der Linie 3-3 der Fig. 1;

Fig. 4 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Brennmaterialpellets ;

Fig. 5 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6 eine Seitenansicht einer weiteren AusfUhrungsform der Erfindung;

Fig. 7 eine Endansicht des Brennmaterialpellets der Fig.6;

Fig. 8 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Brennmaterialpellets ;

Fig. 9 eine Endansicht des Brennmaterialpellets der Fig.8; Fig. 10 eine weitere AusfUhrungsform der Erfindung; Fig. 11 eine weitere AusfUhrungsform der Erfindung; Fig. 12 eine Endansicht des Pellets der Figur 11;

Fig. 13 einen Querschnitt eines Teils eines Kernbrennelements, bei dem das Brennmaterialpellet der Figur verwendet wird;

Fig. 14 eine weitere AusfUhrungsform der Erfindung; Fig. 15 eine Endansicht des Brennmaterialpellets der Fig.14;

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Fig.16 eine weitere Ausführungsform der Erfindung;

Fig.17,

19 u.21 jeweils eine Ausführungsform der Erfindung;

Fig.18,

20 u.22 Endansichten der Brennmaterialpellets der Figuren 17,

19 bzw. 21;

Fig.23 eine Ansicht eines Teils eines Kernbrennstabs, bei der die Wiederausrichtkräfte dargestellt sind, die erforderlich sind, um herkömmliche Brennmaterial -pellets gerade aus-^zu richten, die innerhalb der Hülle gekippt sind;

Fig.2h eine Ansicht eines Teils eines Kernbrennstabs, bei

dem erfindungsgemäße Pellets verwendet werden, wobei die Wiederausrichtkräfte dargestellt sind, die er -forderlich sind, um gekippte Brennmaterialpellets gerade aus/zu--richten.

In den Figuren 1 und 2 sind Kernbrennelemente dargestellt, die eine Vielzahl von Kernbrennmaterialpellets 1 enthalten, die aus Vereinfachungsgründen hier als Kreiszylinder gezeigt sind und in einer Säule Ende an Ende innerhalb einer Rohrhülle 2 angeordnet sind. Ein ringförmiger Spalt 3 ist zwischen den Pellets 1 und der Hülle oder dem Überzug 2 vorhanden. Der ringförmige Spalt 3 ist vorgesehen, um Vorsorge für das Anschwellen der Pellets während der Bestrahlung aufgrund der Erzeugung von Spaltprodukten, des größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Pellets und der höheren mittleren Temperatur der Pellets bezüglich der Hülle Vorsorge zu tragen.

Die Brennmaterialpellets besitzen eine Durchschnittstemperader

tür, die größer als die/Hülle ist, da die Hülle direkt durch das Reaktorkühlmittel umgeben und gekühlt ist. Der Spalt 3

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schafft ferner Raum für die notwendigen Zusammenbautoleranzen. Der ringförmige Raum 3 ermöglicht es jedoch auch den Pellets, stochastisch oder in Zufallsverteilung während des Zusammenbaus in der HUlIe gestapelt zu werden· Eine stochastische Stapelung der Brennmaterialpellets kann einfach in axial fehlausgerichteten Pellets resultieren, die eine zufällige Versetzung der Mittellinie besitzen, vergleiche Figur 1, oder sie kann bewirken, daß die Pellets innerhalb der Hülle gedreht oder gekippt sind, vergleiche Figur 2, oder daß die Pellets beiden Einflüssen unterliegen. Selbst wenn die stochastische Stapelung während des Zusammenbaus der Brennelemente in gewisser Weise auf ein Minimum reduziert wird, rufen die kumulativen Auswirkungen von Vibration, Anschwellung und Rißbildung der Pellets während der Bestrahlung eine stochastische Stapelung der Brennmaterialpellets hervor.

Wenn die Brennmaterialpellets Stellungen mit versetzten Mittellinien einnehmen, wie durch die Pellets 4 und 5 in Figur 1 dargestellt ist, oder wenn sie gekippte Lagen einnehmen, wie durch die Pellets 7 und 8 in Figur 2 dargestellt ist., rufen diese axial fehlausgerichteten Pellets eine Erhöhung der Hüllenbeanspruchung hervor. Dies rührt daher, daß diese Pellets virtuell in axial fehlausgerichteten Stellungen aufgrund der Reibung an den unter Druck stehenden Grenzflächen 9 festgesetzt werden. Eine Druckbelastung der Pelletgrenzfläche 9 resultiert von der Federbelastung der Pelletsäule, dem Ge -wicht der Pellets und, am wichtigsten, von der Reibung zwischen den Seiten der Pellets und der Wände der Hülle her, wenn die Pelletsäule sich während der Bestrahlung axial ausdehnt. Sofern Pellets in axial fehlausgerichteten Stellungen festgesetzt werden, bewirkt eine nachfolgende Anschwellung der Brennmaterialpellets während einer Leistungszunahme eine Pellet-Hüllenwechselwirkung, die die Hülle mechanisch be -lastet und beschädigt.

Eine mechanische Belastung der Hülle oder des Überzugs

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aufgrund der Pellet-Hüllenwechselwirkung ist am ernstesten zu nehmen, wenn zwei benachbarte Brennmaterialpellets, z.B. 4 und 3 in Figur 1, in Kontakt mit entgegengesetzten Seiten der rohrförmigen Hülle 2 stehen. Es wird nun auf Figur 3 Bezug genommen. Wenn die Pellets 4 und 5 aufgrund einer Leistungszunahme sich ausdehnen, werden Ausrichtkräfte F auf die Pellets an den Pellet-Hüllenwechselwirkungsbereichen 1o und 11 ausgeübt. Da die Brennmaterialpellets wesentlich heißer in ihrer Mitte sind, verursachen thermisch hervorgerufene Beanspruchungen in dem Pellet radiale Risse 13» die in den Pellets während der Bestrahlung auftreten. Die radialen Risse, die in der Nähe des Pellet-Hüllenwechselwirkungsbereiche 10 und 11 auftreten, bewirken Beanspruchungskonzentrationen, die die Hüllenbeanspruchung in diesen Bereichen weiter vergrößern. Schließlich können diese Beanspruchungen eine plastische Deformation der Hülle bewirken, die zu Durchlöcherungen in der Hülle und der Abgabe der Spaltprodukte an das Reaktorkühlmittel führen. Die Kräfte der Pellet-Hüllenwechselwirkung rufen ferner höhere HUllenbeanspruchungen in den Nichtkontaktbereichen hervor, und die Hülle besitzt dann eine größere Empfindlichkeitsdauer für Korrosionsbeanspruchungsrißbildung sowohl in den Nichtkontakt- als auch in den Kontaktbereichen.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß die Pellet-Hüllenwechselwirkung Ausrichtkräfte erzeugt, die zur Wiederausrichtung der Pellets ohne ernsthafte Beanspruchung der Hülle groß genug sind, wenn die zur Verursachung einer plastischen Deformation der Pellets an den Pelletgrenzflächen 9 vorhandene Kraft verringert wird.

Gemäß der Erfindung werden die zur plastischen Deformation an den Pelletgrenzflächen erforderlichen Kräfte dadurch verringert, daß eine kleinere Pelletkontaktfläche in der Mitte des Pellets angeordnet ist. Da das Pellet zur Mitte hin wesentlich heißer ist, ist die mittlere Temperatur des Kontaktbereichs wesentlich höher. Die Zunahme der mittleren Temperatur

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des Kontaktbereichs verringert die Festigkeit und den Fließwiderstand des Kontaktbereichs, wodurch das Maß an Pelletdeformation im Kontaktbereich erhöht wird und die erforderlichen Ausrichtkräfte verringert werden. (Der Belastungswert, bei dem ein Material sich plastisch deformiert, ist in der Werkstoff-Wissenschaft allgemein als Fließwiderstand (flow stress) des Materials bekannt.) Die kleinere Pelletkontaktfläche erhöht ebenfalls die Scherbelastung an den Pellet/Pelletgrenzflächen, wodurch ebenfalls eine raschere Pelletdeformation herrührt.

Ein kleinerer Pelletkontaktbereich wird dadurch verwirklicht, daß ein Brennmaterialpellet vorgesehen ist, von dem mindestens ein Ende einen zentral angeordneten erhabenen Bereich allgemein konvexer Gestalt besitzt. Die optimale Höhe und Fläche dieses erhabenen Teils des Pellets läßt sich analytisch schwierig bestimmen, wenn eine analytische Bestimmung nicht sogar unmöglich ist. Gemäß den Figuren 4 und 5 besitzen jedoch praktische AusfUhrungsformen der Erfindung einen zentral angeordneten erhabenen Bereich, dessen Höhe h auf die Höhe H des Pellets bezogen folgender Bedingung genügt :

0.01 i ^ i 0.2

Die in den Figuren 4 und 5 dargestellten AusfUhrungsformen der Erfindung besitzen zentral angeordnete erhabene Bereiche 14 und 15t die eine im allgemeinen halbkugelförmige Gestalt besitzen. Figur 4 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der der zentral angeordnete erhabene Bereich 14 nur einen Teil der Endoberfläche 16 des Pellets 17 bedeckt. Figur 5 zeigt eine AusfUhrungsform der Erfindung, bei welcher der zentral angeordnete erhabene Bereich 15 im wesentlichen die gesamte Endoberfläche des Pellets 18 bedeckt. AusfUhrungsformen der Erfindung, die an einem Ende einen zentral angeordneten erhabenen Bereich besitzen, der im allgemeinen halbkugelförmig

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ausgebildet ist, können an einem gegenüberliegenden Ende
einen zentral angeordneten erhabenen Bereich besitzen, oder das entgegengesetzte Ende kann eben sein (wie in Figuren 4
und 5 gezeigt), oder es kann mit einer zentral angeordneten Vertiefung versehen sein, die eine Tiefe besitzt, die kleiner als die Höhe h des zentral angeordneten erhabenen Bereichs ist.

Gemäß den Figuren 6 und 7 ist in den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ein zentral angeordneter erhabener Bereich 19 vorgesehen, der mit einer zentral angeordneten ebenen Oberfläche 20 versehen ist, die orthogonal zur Längs achse des Pellets verläuft und eine Fläche A besitzt, die
zur seitlichen Querschnittsfläche A des Pellets in folgendem Verhältnis steht :

A
0.0004 < ■£ < 0.5

Eine Grenze für den minimalen Wert des Verhältnisses von
A /A stellt der kleinste Wert dar, der sicherstellt, daß
sich benachbarte Pellets noch untereinander auf einer ebenen Oberfläche bei maximaler Versetzung bei einem Ringspalt von 25 x AO cm (10 mils) berühren. Eine weitere Grenze bezüglich des minimalen Werts dieses Flächenverhältnisses stellt die Festigkeit dar, die von dem erhabenen Bereich gefordert wird, um einem Zerquetschen oder Zusammendrücken bei erhöhten Druckbelastungen und bei erhöhten Betriebstemperaturen zu
widerstehen. Die obere Grenze für das Verhältnis von A /A
wird als das größte Flächenverhältnis angesehen, welches
durch Anwendung dieser Erfindung noch nützliche Vorteile liefert.

Pellets, die einen zentral angeordneten erhabenen oder er höhten Bereich mit einer ebenen, zentral angeordneten Oberfläche besitzen, die orthogonal zur Längsachse des Pellets
liegt, werden bevorzugt, da die ebene und zentral angeordnete

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Oberfläche dabei hilft, das Kippen und stochastische Stapeln der Pellets zu verringern.

Bei einem bestimmten Beispiel eines Brennmaterialpellets, welches gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut war, wurden folgende Verhältnisse verwendet :

h A

H ⁼ °·⁰³⁵ τ- ' 0.0625

^AP

Das Verhältnis der Höhe h des zentral angeordneten erhabenen Bereichs zur Höhe H des Pellets wurde zu 0,035 gewählt, da dieses Verhältnis einen Brennmaterial-Volumenverlust von ungefähr 3 % liefert, der dem Brennmaterial-Volumenverlust bekannter PelletausfUhrungen mit schalenförmigen Enden ent -spricht und von daher als hinnehmbarer Brennmaterial-Volumenverlust bekannt ist.

Das Verhältnis der Fläche A der zentral angeordneten ebenen Oberfläche zur Querschnittsfläche A_ des Pellets wurde zu 0,0625 gewählt, da dieser Wert eine praktische Ausf Uhrungsform der Erfindung darstellt, bei dem die Hüllenbelastungen bedeutend verringert werden, während ausreichende Festigkeit vorhanden ist, um einer Zerquetschung des erhabenen Bereichs unter der Druckbelastung der Kammerfeder und des Brennsäulengewichts bei einer erwarteten Betriebstemperatur zu wider -stehen.

Die Kernbrennmaterialpellets, die in den weiteren Figuren gezeigt sind, stellen Ausf Uhrungsformen der Erfindung dar, die mindestens an einer Endoberfläche einen zentral angeordneten erhabenen Bereich besitzen, der im allgemeinen eine konische Gestalt besitzt. Die erfindungsgemäßen AusfUhrungsformen, die einen zentral angeordneten erhabenen Bereich mit allgemein konischer Gestalt aufweisen, können einen zentral angeordneten erhabenen Bereich besitzen, der die gesamte oder nur einen

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Teil der Endoberfläche des Pellets bedeckt.

In den Figuren 8 und 9 ist ein Kernbrennmateii alpellet 31 dargestellt, dessen eines Ende 32 teilweise mit einem zentral angeordneten erhabenen Bereich 33 bedeckt ist, der im allgemeinen eine konische Form besitzt. Der zentral angeordnete erhabene Bereich 33 besitzt die Gestalt eines Kegel stumpfes und ist mit einer kreisförmigen, ebenen und zentral angeordneten Oberfläche 34 versehen, die senkrecht zur Längsachse des Pellets zum Kontakt mit einem benachbarten Brennmaterialpellet in einem Brennelement liegt. In der AusfUh rungsform der Erfindung nach den Figuren 8 und 9 wird die zentral angeordnete ebene Oberfläche 34 von einem ringförmigen Bereich 35 umgeben, der kegelförmig von der Kante 36 der kreisförmigen ebenen, zentral angeordneten Oberfläche 34 zu einer Kante 37 auf dem Ende 32 des Pellets 31 verläuft. Der restliche Teil der Endoberfläche des Pellets enthält eine ebene Oberfläche 38, die senkrecht zur Längsachse des Pellets angeordnet ist. Diese Struktur wird im folgenden als Knopf bezeichnet. Pellets mit einem Knopf können ein gegenüberliegende Ende 39 aufweisen, welches eben ist. Alternativ können Pellets mit einem Knopf einen zentral angeordneten Knopf an beiden Enden des Pellets besitzen, wie in Figur 10 dargestellt ist, in der ein Pellet 31' mit zentral angeordneten ansteigenden Oberflächen an jedem Ende in Form von Knöpfen 33' gebildet wird. Ein Vorteil der Brennmaterialpellets, die eine Knopfform verwenden, besteht gegenüber anderen Ausführungsformen der Erfindung darin, daß der Knopf eine relativ kleine Kontaktfläche mit einem benachbarten Pellet beibehält, wenn es einer axialen Deformation unterworfen ist.

Es wird nun auf die Figuren 11 und 12 Bezug genommen. Um die stochastische Stapelung der Brennmaterialpellets während des Zusammenbaus eines Kornbrennelements weiter zu verringern, kannjein Pellet 41 mit einem zentral angeordneten Knopf 42 an

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einem Ende des Pellets eine zentral angeordnete, einen Knopf aufnehmende Ausnehmung oder Vertiefung 44 auf der gegenüberliegenden Seite des Pellets besitzen. Die zentral angeordnete Vertiefung 44 besitzt eine Gestalt, die im allgemeinen der Gestalt des Knopfes ähnlich oder konform ist, deren Tiefe Jedoch kleiner als die Höhe des Knopfes ist.

Es wird nun auf Figur 13 Bezug genommen. Die Pellets 45 und 46 besitzen eine Gestalt, die dem Pellet 41 der Figuren 11 und 12 entspricht, und diese Pellets besitzen sowohl einen Knopf als auch eine einen Knopf aufnehmende Vertiefung. Wenn die Pellets 45 und 46 Ende an Ende innerhalb einer rohrförmigen Hülle 47 eines Brennelements gestapelt werden, hindert ein Spalt 48 die Endoberflächen 49 und 50 der Pellets an einer Berührung, und ein Last aufnehmender Kontakt zwischen den Pellets wird auf den Teil der Oberfläche des erhabenen Bereichs 42 begrenzt, der senkrecht zur Längsachse des Pellets angeordnet ist. Da die Berührung zwischen den Pellets auf den kleinen zentral angeordneten erhabenen Bereich 42 reduziert ist, wird die mittlere Temperatur und die Scherbeanspruchung der Pelletgrenzflächen wesentlich erhöht. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit stark erhöht, daß der erhabene Bereich 42 sich plastisch verformt oder schert, um die Ausrichtung der Pellets in dem Stapel zu ermöglichen und die Hüllenbelastung zu verringern. Das nach der Erfindung aufgebaute ineinandergreifende Pellet unterscheidet sich daher von bekannten Strukturen mit ineinandergreifenden männlichen und weiblichen Enden dadurch, daß der Kontaktbereich auf einen kleinen erhabenen Bereich reduziert ist und daher die plastische Deformation der Pellets an den Pelletgrenzflächen erhöht und nicht erniedrigt wird.

In den Figuren 14 und 15 ist ein Kernbrennmaterialpellet 52 dargestellt, dessen eine Endoberfläche die Gestalt eines abgeschnittenen Kegels über im wesentlichen das gesamte Ende des Pellets aufweist, um einen erhabenen Endbereich 54 zu schaffen, der eine zentral angeordnete kreisförmige ebene

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Oberfläche 55 besitzt, die senkrecht zur Längsachse des Pellets angeordnet ist. Die zentral angeordnete ebene Oberfläche 55 wird durch einen ringförmigen Bereich 56 umgeben, der sich kegelförmig von der Kante 57 der kreisförmigen ebenen Oberfläche 55 zur Seitenwand des Pellets 58 erstreckt. Pellets mit dieser Endstruktur werden im folgenden als Pellets mit einer Krone bezeichnet. Bei dem Pellet nach den Figuren 14 und 15 ist das gegenüberliegende Ende eben. Alternativ kann gemäß Figur 16 ein Brennmaterialpellet mit Kronen 54' an beiden Enden ausgebildet werden.

Ein Vorteil bei der Ausbildung eines Brennmaterialpellets mit einer allgemein konvexen halbkugelförmigen oder kronenförmigen Gestalt, die den größten Teil oder die gesamte Endoberfläche des Pellets bedeckt, besteht in einer verbeserten Druckverteilung während des Pulverpressverfahrens, welches zur Herstellung der Brennmaterialpellets verwendet wird. Die bekannte Aspirin-Tablettengestalt der Pellets mit halbkugelförmigen oder kronenförmigen Enden wird dadurch verwirklicht, daß speziell geformte konkave Stempel verwendet werden, die die Endkappenprobleme bei Pellets eliminieren, die oftmals bei Pulvern einer geringen Grünstandfestigkeit auftreten. Dieser Aufbau liefert ferner ein Pellet mit einer gleichförmigeren Dichte als Ergebnis erhöhter Druckkräfte an den Kanten des Pellets, welche die Reibung zwischen dem Pulver und den Wänden der Gesenkgrav^ur kompensieren.

Ein zusätzlicher Vorteil der Pellets mit halbkugelförmigen oder kronenförmigen Enden, die im wesentlichen die gesamte Endoberfläche der Pellets bedecken, besteht darin, daß die Verwendung eines Brennmaterialpellets mit einem derartigen Ende und einem ebenen gegenüberliegenden Ende (wie z.B. das in Figur 14 gezeigte Pellet) den Volumenverlust an Brennmaterial auf ein Minimum reduziert, der aufgrund der Hinzu -fUgung des zentral angeordneten erhabenen Bereiches auftritt.

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Dies stellt einen Vorteil dar, da es oftmals wünschenswert ist, ein Brennelement so voll wie möglich zu füllen, um die Brennmaterialladung zu maximieren.

Bei allen Darstellungen der verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung, insbesondere bei dem in Figur 8 dargestellten Pellet mit einem einzigen Knopf ist ersichtlich, daß die Kanten 61 und 62 beider Enden der Pellets abgeschrägt oder gebrochen sind, um die Möglichkeit einer Beschädigung der Hülle aufgrund eines Punktkontakts zwischen den Kanten der Pellets und der Hülle zu verringern.

Es wird nun auf die Figuren 17 bis 22 Bezug genommen, in denen verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden erfindungsgemäßen Pellets dargestellt sind, die eine koaxiale Bohrung 65 aufweisen, die die Zentraltemperatur des Pellets auf ein Minimum reduziert und dabei die thermischen Beanspruchungen im Pellet verringert. Jede der erfindungsgemäßen Ausführungsformen läßt sich mit einer derartigen koaxialen Bohrung versehen.

Es wird erneut auf Figur 3 Bezug genommen. Durch Reduzierung der Kontaktfläche an den Pelletgrenzflächen auf eine kleinere Fläche, die durch die gestrichelten Linien 70 dargestellt ist, werden die Ausrichtkräfte F über eine kleinere Kontaktfläche konzentriert. Dadurch wird der Belastungswert an den Pelletgrenzflächen erhöht, und es befindet sich die Kontaktfläche in der Nähe des heißesten Teils des Pellets, wodurch die Ausrichtkräfte F wesentlich reduziert werden.

Es wird nun auf die Figuren 2 und 23 und 24 Bezug genommen, in denen dargestellt ist, daß die Gestalt oder Geometrie eines Pellets, welches erfindungsgemäß ausgebildet ist, ebenfalls die Ausrichtkräfte bedeutend reduziert, die zur axialen Ausrichtung von Pellets, z.B. den Pellets 7 und 8 der Figur 2, erforderlich sind, welche innerhalb der Brennmaterialhülle

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gekippt und festgesetzt sind.

Figur 23 zeigt ein herkömmliches Brennmaterialpellet 80, welches in seiner Hülle 81 gekippt ist und festliegt. Da das Pellet 80 während der Bestrahlung anschwillt, werden Ausricht kräfte F₂ auf das Pellet in den Pellet-Hüllenwechselwirkungsbereichen ausgeübt. Diese Ausrichtkräfte erzeugen ein Rückstellmoment, welches danach trachtet, das Pellet wieder auszurichten, wobei das Rückstellmoment ungefähr durch das Moment Fd ange nähert werden kann. Normalkräfte 82 und 83, die aufgrund der Druckbelastung der Pelletgrenzflächen auftreten, und Reibungskräfte 84 und 85 an den Pelletgrenzflächen widersetzen sich der Wiederau richtung des Pellets 80. Die Vektorsummen der Normal- und der Reibungskräfte lassen sich durch die als F₁ dargestellten Kräfte annähern. Das der Wiederausrichtung des Pellets 80 entgegenstehende Moment läßt sich dann durch das Moment F₁A annähern. Unter der Annahme eines statischen Gleichgewichts lassen sich Momente summieren, so daß gilt :

F₂ D = F₁A (1)

F₁A
^F2 ⁼

Die Wiederausrichtkräfte Fp sind folglich direkt proportional zur Abmessung A und den Vektorsummen F₁ aus Normal- und Reibungskräften an den Pelletkrenzflachen.

Es wird nun insbesondere auf Figur 24 Bezug genommen, in der diejenigen Kräfte dargestellt sind, welche auf ein Pellet 90 mit einem Knopf 91 an einem Ende wirken. Die Kräfte und die Abmessungen entsprechen denjenigen der Figur 23 und sind mit derselben alphanumerischen Bezeichnung versehen. Wie in Figur 23 sind die Ausrichtkräfte F₂ direkt proportional zur Abmessung A und der Vektorsummen F₁ aus Normal- und Reibungskräften an den Pelletgrenzflächen. In Figur 24 wird jedoch durch den Zusatz des Knopfes 91 sowohl die Vektorsumme F₁ als

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2VbA 196

auch die Abmessung A erheblich reduziert. Die Vektorsumme F₁ auf dem Knopf in Figur 2h ist kleiner als die Vektorsumme F₁ in Figur 23, da der Knopf sich deformiert und den Wert von F₁ verringert. Dies hat seine Ursache darin, daß die Vektorsumme F₁ auf dem Knopf in Figur 24 Über einen wesentlich kleineren und heißeren (und daher schwächeren) Bereich des Brennmaterialpellets wirkt. Die Abmessung A ist fUr das Pellet der Figur wesentlich kleiner, da der Knopf 91 die Kontaktfläche näher an das Zentrum oder die Mitte des Pellets verlagert. Gemäß Gleichung (2) hat eine Abnahme entweder von F₁ oder A eine proportionale Abnahme der Ausrichtkräfte Fp zur Folge.

Es wurde gezeigt, daß die Ausgestaltung von Brennmaterial -pellets mit Knöpfen oder Kronen an ihren Enden die Kräfte erheblich verringert, die zur Wiederausrichtung eines Pellets erforderlich sind, welches in einer BrennelementhUlle entweder gekippt oder axial versetzt ist.

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ORIGINAL INSPECTfp

Claims

447 3-

General Electric Company

Patentansprüche

Brennmaterialpellet zur Verwendung in einem Kernbrennelement, mit einer allgemein zylindrischen und axial ausrichtbaren Gestalt, einer gegebenen Endoberfläche und einer gegenüberliegenden Endoberfläche, wobei eine Vielzahl der Pellets Ende an Ende in einer Säule innerhalb einer rohrförmigen Hülle des Brennelements stapelbar ist, wobei die gegebenen Endoberflächen der Pellets an den gegenüberliegenden Endoberflächen benachbarter Pellets des Stapels anliegen,

dadurch gekennzeichnet, daß die gegebene Endoberfläche des Pellets (1; 7, β; 4, 5; 17; 18; 31; 31'; 52; 52', 41) mit einem zentral angeord -neten erhabenen Bereich (14; 15; 19; 33; 54; 42) allgemein konvexer Gestalt versehen ist, und daß die gegenUberlie -gende Endfläche des Pellets eine derartige Gestalt aufweist, daß der unter Last stehende Kontakt zwischen den Pellets

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ORIGINAL INSPECTED

in dem Stapel auf einen Teil der Oberfläche des zentral angeordneten erhabenen Bereichs (14; 15; 19; 3 ; 5 ; 42) der gegebenen Endfläche begrenzt ist, der orthogonal zur Längsachse des Pellets angeordnet ist.

2. Kernbrennmaterialpellet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zentral angeordnete erhabene Bereich (14; 33; 42) einen begrenzten Teil der Endoberfläche des Pellets (17; 31; 41) einnimmt.

3. Kembrennmaterialpellet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zentral angeordnete erhabene Bereich (14; 15) eine allgemein halbkugelförmige Gestalt aufweist.

4. Kembrennmaterialpellet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zentral angeordnete erhabene Bereich (19; 33; 5⁴; 42) eine zentral angeordnete ebene Oberfläche (20; 34; 55; 42) aufweist.

5. Kembrennmäterialelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zentral angeordnete erhabene Bereich (33) die Gestalt eines Kegelstumpfes besitzt und eine zentral angeordnete ebene Oberfläche (34) aufweist. .

6. Kembrennmaterialpellet nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zentral angeordnete erhabene Bereich eine Höhe h besitzt, die bezogen auf die Höhe H des Pellets folgende Bedingung erfüllt :

0.01 <. Jjl 0.2

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7. Kernbrennmaterialpellet nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Höhe des zentral angeordneten erhabenen Bereichs zur Höhe des Pellets beträgt :

g - 0.035

8. Kernbrennmaterialpellet nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zentral angeordnete ebene Oberfläche eine Fläche A_r besitzt, die bezogen auf die in Querrichtung verlaufende Querschnittsfläche A des Pellets folgende Beziehung erfüllt:

0.0004 <_ Jt £ 0.5 P

9. Kernbrennmaterialpellet nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Fläche der zentral angeordneten ebenen Oberfläche zur in Querrichtung verlaufenden Querschnittsfläche des Pellets beträgt :

τρ · 0.0625 P

10. Kernbrennmaterialpellet nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der zentral angeordnete erhabene Bereich (33) einen begrenzten Teil der Endoberfläche des Pellets (31) einnimmt.

11. Kernbrennmaterialpellet nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegende Endoberfläche des Pellets (41) eine zentral angeordnete Vertiefung (44) besitzt, die eine Tiefe aufweist, die kleiner als die Höhe des zentral an-

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geordneten erhabenen Bereichs (43) ist.

12. Kernbrennmaterialpellet nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die zentral angeordnete ebene Oberfläche (34) kreisförmig ausgebildet ist.

13. Kernbrennmaterialpellet nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß eine koaxiale Bohrung (65) vorgesehen ist.

14. Kernbrennmaterialpellet nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Kanten beider Endoberflächen des Pellets abgeschrägt sind.

15. Kernbrennmaterialpellet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die gegebene Bndoberfläche als auch die gegenüberliegende Endoberfläche jedes Brennmaterialpellets (31', 52') der Vielzahl von Brennmaterialpellets einen zentral angeordneten erhabenen Bereich (33'; 54·) mit einer allgemein konvexen Gestalt aufweist, wodurch der Pellet -Pelletkontakt auf die erhabenen Bereiche benachbarter Pellets in dem Stapel begrenzt ist.

16. Kernbrennmaterialelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß Jeder zentral angeordnete erhabene Bereich (33¹) einen begrenzten Teil der entsprechenden Endoberflächen der Pellets (31') aufweist.

17. Kernbrennmaterialelement nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß jeder zentral angeordnete erhabene Bereich (54) im

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wesentlichen die entsprechenden gesamten Endoberflächen der Pellets (52*) einnimmt.

18. Kernbrennmaterialelement nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß der zentral angeordnete erhabene Bereich (54¹) eine zentral angeordnete ebene Oberfläche besitzt.

19. Kernbrennmaterialelement nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß der zentral angeordnete erhabene Bereich im allgemeinen eine konische Gestalt einschließlich einer zentral angeordneten ebenen Oberfläche aufweist.

20. Kernbrennmaterialelement nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß Jeder zentral angeordnete erhabene Bereich eine Höhe h besitzt, die bezogen auf die Höhe H des Pellets folgende Beziehung erfüllt :

0.01 < £ < 0.2

21. Kernbrennmaterialelement nach Anspruch 20, dadurch gekennzeic h η e t , daß das Verhältnis der Höhe des zentral angeordneten erhabenen Bereichs zur Höhe des Pellets lautet :

I * 0.Ό35

22. Kernbrennmaterialelement nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß Jede zentral angeordnete ebene Oberfläche eine Fläche A_r besitzt, die bezogen auf die in Querrichtung laufende Querschnittsfläche A_ des Pellets folgende Beziehung erfüllt ί Α

0.0004 < γ-± 0.5

P 809824/0729

23. Kernbrennmaterialelement nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Fläche der zentral angeordneten ebenen Oberfläche zur in Querrichtung verlaufenden Querschnittsfläche des Pellets lautet :

/· - 0.0625 ^AP

24. Kernbrennmaterialelement nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der zentral angeordnete erhabene Bereich einen begrenzten Teil der entsprechenden Endoberfläche des Pellets bedeckt.

25. Kernbrennmaterialelement nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß alle zentral angeordneten ebenen Oberflächen kreisförmig ausgebildet sind.

26. Kernbrennmaterialelement nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Brennmaterialpellet eine koaxiale Bohrung (63) enthält.

27· Kernbrennmaterialelement nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß alle äußeren Kanten (61, 62) der Brennmaterialpellets

(31) abgeschrägt sind.

28. Allgemein zylindrisches und axial ausrichtbares Kernbrennmaterialpellet, welches Ende an Ende innerhalb einer rohrförmigen Hülle stapelbar ist, dadurch gekennzeichnet,

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daß ein Endteil des Pellets die Form eines Kegelstumpfes (33, 5*0 einschließlich einer zentral angeordneten ebenen Oberfläche (34; 55) aufweist, und daß die gegenüberliegende Endoberfläche des Pellets (31: 52) eben ist.

29. Kernbrennmaterialpellet nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der kegelstumpfföraige Endbereich eine Höhe h besitzt, die bezogen auf die Höhe K des Pellets folgende Beziehung

erfüllt : .

0.01 <g< 0.2

30. Kernbrennmaterialpellet nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Höhe des kegelstumpfförmigen Endteils zur Höhe des Pellets beträgt :

{} - 0.035

31. Kernbrennmaterialpellet nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die zentral angeordnete ebene Oberfläche eine Fläche A_r besitzt, die bezogen auf die Querschnittsfläche A des Pellets folgende Beziehung erfüllt :

0.0004 < -τ- < 0.5

32. Kernbrennmaterialpellet nach Anspruch 31» dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Fläche der zentral angeordneten ebenen Oberfläche zur in Querrichtung verlaufenden Querschnittsfläche des Pellets lautet :

A_r

/· » 0.0625

^AP

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33. Kembrennmaterialpellet nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß eine koaxiale Bohrung vorgesehen ist.

34. Kembrennmaterialpellet nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Kanten (61, 62) beider Endoberflächen des Pellets (31) abgeschrägt sind.

35. Allgemein zylindrisches und axial ausrichtbares Kernbrennmaterialpellet, welches Ende an Ende innerhalb einer rohrförmigen Hülle stapelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Endbereich des Pellets die Form eines Kegelstumpfes oder abgeschnittenen Kegels einschließlich einer zentral angeordneten ebenen Oberfläche aufweist.

36. Kembrennmaterialpellet nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß der kegelstumpfförmige Endbereich eine Höhe h besitzt, die bezogen auf die Höhe H des Pellets die folgende Be Ziehung erfüllt : ,

0.01 <.{}<. 0.2

37. Kembrennmaterialpellet nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Höhe des kegelstumpfförmigen Endbereichs zur Höhe des Pellets lautet :

{■- = 0.035

38. Kernbrennmaterialpellet nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die zentral angeordnete ebene Oberfläche eine Fläche A

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besitzt, die bezogen auf die Querschnittsfläche A des Pellets folgende Beziehung erfüllt :

A_r

0.0004 < -τ- £ 0.5 ^AP

39. Kernbrennmaterialpellet nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Fläche der zentral angeordneten ebenen Oberfläche zur in Querrichtung verlaufenden Querschnittsfläche des Pellets lautet :

T- ■ 0.0625

40. Kernbrennmaterialpellet nach Anspruch 35» dadurch gekennzeichnet, daß eine koaxiale Bohrung vorgesehen ist.

41. Kernbrennmaterialpellet nach Anspruch 35» dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Kanten (61, 62) beider Endoberflächen des Pellets (31) abgeschrägt sind.

42. Allgemein zylindrisches und axial ausrichtbares Kernbrennmaterialpellet, welches Ende an Ende innerhalb einer rohrförmigen HUlIe stapelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß Jeder Endbereich des Pellets einen zentral angeordneten erhabenen Bereich besitzt, der eine allgemein halb -kugelförmige oder hemisphärische Gestalt mit einer zentral angeordneten ebenen Oberfläche aufweist.

43. Kernbrennmaterialpellet nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß jeder zentral angeordnete erhabene Bereich eine Höhe h besitzt, die bezüglich der Höhe H des Pellets in folgender

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275A196

- ίο -

Beziehung steht :

0.Ol <_ j} <_ 0.2

44. Kernbrennmaterialpellet nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Höhe des zentral angeordneten er habenen Bereichs zur Höhe des Pellets lautet :

£ = 0.035

45. Kernbrennmaterialpellet nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß jede zentral angeordnete ebene Oberfläche eine Fläche A besitzt, die zur Querschnittsfläche A des Pellets in folgender Beziehung steht :

0.0004 <_ j- <_ 0.5

46. Kernbrennmaterialpellet nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Fläche der zentral angeordneten ebenen Oberfläche zur in Querrichtung verlaufenden Querschnittsfläche des Pellets lautet :

A_r

J- =» 0.0625

^AP

47. Kernbrennmaterialpellet nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß eine zentral angeordnete axiale Bohrung vorgesehen ist.

48. Kernbrennmaterialpellet nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Kanten (61, 62) beider Endoberflächen des Pellets (31)abgeschrägt sind.

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