DE7623401U1 - BURNING, BODY OR ABSORBING ROD WITH OVERPRESSURE SAFETY - Google Patents
BURNING, BODY OR ABSORBING ROD WITH OVERPRESSURE SAFETYInfo
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Description
24.33-9.5 We/Di24.33-9.5 We / Tue
22.7.1976July 22, 1976
INTERATOMINTERATOM
Internationale Atomreaktorbau GmbH 506 BensbergInternationale Atomreaktorbau GmbH 506 Bensberg
Brenn-, Brut- oder Absorberstab mit ÜberdrucksicherungBurning, breeding or absorber rod with overpressure protection
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brenn-, Brutoder Absorberstab für Kernreaktoren mit einer in einer dichten Hülle eingeschlossenen Füllung von Spaltstoff oder neutronenabsorbierendem Material, z.B. Borkarbid, das unter Einwirkung von Strahlung Spaltgas, z.B. Helium freisetzt. Dieses Spaltgas wird in einem dazu vorgesehenen Raum des Stabes gesammelt und baut im Verlaufe der Betriebszeit im Reaktor einen erheblichen Innendruck in der Größenordnung von 300 Bar auf. Dieser Druckaufbau ist mit den derzeitig bekannten Stabkonstruktionen sicher beherrschbar. Gefahren treten jedoch dann auf, wenn die Temperatur im Reaktor infolg-e eines Störfalles über die Betriebshöhe ansteigt. Der sich dann infolge der Temperaturerhöhung weiter aufbauende Innendruck im Stab kann diesen aufreißen, wobei durch die Schockwirkung der dann austretenden Spaltgasblase auch benachbarte Brenn-, Brutoder Absorberstäbe in Mitleidenschaft gezogen werden können. Darüberhinaus muß damit gerechnet werden, daß durch die Kühlmittelströmung aus dem aufgerissenen Hüllrohr Spaltstoff oder neutronenabsorbierendes Material ausgesdrwemmt wird, wodurch die Abschaltwirkung eines Absorberstabes verringert und die Sicherheit des Reaktors gefährdet Avird. Ausgeschwemmtes Borkarbid kann ferner durch die Kühl-· mittelströmung z.B. in die Lager der Kühlmittelpumpen gelangen und diese infolge seiner schmirgelähnlichen Eigenschaften zerstören.The present invention relates to a fuel, breeder or absorber rod for nuclear reactors with one in one dense shell enclosed filling of fissile material or neutron absorbing material, e.g. boron carbide, which releases fission gas, e.g. helium, when exposed to radiation. This cracked gas is provided in a Collected space of the rod and builds a considerable internal pressure in the reactor over the course of the operating time of the order of 300 bar. This pressure build-up is safe with the currently known rod constructions manageable. However, dangers arise if the temperature in the reactor as a result of an accident over the Operating altitude increases. Which then as a result of the temperature increase The internal pressure that builds up in the rod can tear it open, whereby the shock effect of the then escaping cracked gas bubble can also affect neighboring fuel, brood or absorber rods. In addition, it must be expected that the coolant flow out of the torn cladding tube Fissile or neutron-absorbing material was washed out is, whereby the shutdown effect of an absorber rod is reduced and the safety of the reactor is endangered Avird. Boron carbide washed out can also get into the bearings of the coolant pumps through the coolant flow, for example and destroy them as a result of its emery-like properties.
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Aus der DT-AS 12 07 022 ist ein Kernreaktorbrennstab bekannt, bei dem durch eine besondere Konstruktion des Hüllrohres sichergestellt wird, daß bei einem plötzlichen Anstieg des Innendruckes, z.B. infolge eines Störfalles und damit einhergehender höherer Temperatur, die zur Abfuhr des Spaltgases in den Spaltgassammelraum dienenden Kanäle selbsttätig vergrößert werden. An dem insgesamt für die Aufnahme von Spaltgas zur Verfügung stehenden Volumen ändert sich jedoch hierdurch kaum etwas. Aus der DT-OS 19 38 646 ist ein Kernreaktorbrennstab bekannt, bei dem der Spaltgassammelraum innerhalb des Hüllrohres zusätzlich von einer dicht geschlossenen, balgartigen, metallischen Hülle umgeben ist, die bei Druckanstieg zumindestens teilweise zusammengedrückt und durch im Inneren derselben angeordnete mechanische Mittel durchstoßen wird. Hiermit wird einem Problem begegnet, das besonders bei solchen Kernreaktoren auftritt, deren Kühlmittel unter hohem Druck steht. Einerseits muß hier im Hüllrohr von Anfang an ein gewisser Innendruck herrschen, um ein Zusammendrücken der Hülle durch den Kühlmitteldruck zu verhindern, andererseits übersteigt im Verlaufe der Zeit der Spaltgasinnendruck den Kühlmittelaußendruck erheblich. Durch die unter Druck erfolgende Freigabe eines zusätzlichen Spaltgassammeiraumes wird der Zeitpunkt hinausgezögert, zu dem der Spaltgasinnendruck eine für die Festigkeit des Hüllrohres gefährliche Höhe erreicht. Auch hier bleibt jedoch der Stab als ganzes geschlossem und für das oben beschriebene Problem der plötzlichen Druckerhöhung bei Störfällen ist keine Vorsorge getroffen.A nuclear reactor fuel rod is known from DT-AS 12 07 022, in which it is ensured by a special construction of the cladding tube that in the event of a sudden Increase in internal pressure, e.g. as a result of an accident and the associated higher temperature, the for the removal of the cracked gas into the cracked gas collecting space serving channels are automatically enlarged. To the overall, however, the volume available for taking up cracked gas hardly changes as a result something. From DT-OS 19 38 646 a nuclear reactor fuel rod is known in which the fission gas collection space within of the cladding tube is additionally surrounded by a tightly closed, bellows-like, metallic shell, which at Pressure rise at least partially compressed and by mechanical arranged inside the same Means is pierced. This addresses a problem that occurs particularly in such nuclear reactors, whose coolant is under high pressure. On the one hand, there must be a certain internal pressure here in the cladding tube from the start prevail in order to prevent compression of the shell by the coolant pressure, on the other hand exceeds In the course of time, the internal cracking gas pressure increases the external coolant pressure considerably. By being under pressure If an additional gap gas collection space is released, the point in time at which the Fission gas internal pressure reaches a level that is dangerous for the strength of the cladding tube. Here too, however, remains the Rod as a whole closed and for the above-described problem of sudden pressure increase in the event of accidents no provision made.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Brenn-, Brutoder Absorberstab für Kernreaktoren, der den im normalen Betrieb zu erwartenden Spaltgasinnendrücken standhält, und bei außergewöhnlichen Betriebsbedingungen, die einenThe object of the present invention is a fuel, breeding or absorber rod for nuclear reactors, which in the normal Operation to withstand the expected internal cracking gas pressures, and in exceptional operating conditions that a
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zusätzlichen Druckanstieg im Stab verursachen diesen Überdruck in kontrollierter Weise abgeben kann, ohne daß dadurch Nachbarstäbe oder der Reaktor als ganzes gefährdet würden.additional pressure increase in the rod cause this overpressure can be released in a controlled manner without that this would endanger neighboring bars or the reactor as a whole.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, der der Brenn-, Brut- oder Absorberstab mit einer Abblasöffnung versehen ist, die mit einer Berstscheibe oder Platzmembran verschlossen ist, wobei der Ansprechdruck der Berstscheibe oberhalb des beim ordnungsgemäßen Betrieb des Stabes zu erwartenden Innendruckes in demselben, jedoch unterhalb des für die Hülle zulässigen Inndendruckes liegt. Beim Überschreiten des AusIegungsdruckes des Hüllrohres reißt die Berstscheibe auf und das Spaltgas entweicht kontrolliert in das Reaktorplenum, Die Berstscheibe wird dabei zweckmäßigerweise so am Absorberstab angeordnet, z.B. im oberen Endverschluß des Stabes, daß die entweichende Gasblase die benachbarten Stäbe'weder durch ihre Schockwelle noch etwa durch örtliche Temperaturerhöhung infolge Unterbrechung der Kühlmittelzufuhr gefährdet. Das Aufreißen der Berstscheibe tritt in jedem Falle erst nach Überschreiten der bei Normalbetrieb zu erwartenden Betriebsbedingungen ein, d,h. nur bei einem erheblichen Störfall im Reaktor, der ohnehin zu dessen Abschaltung und Außerbetriebsetzung für einen gewissen Zeitraum führen \iürde, innerhalb dessen im Verlaufe der dann sowieso notwendig werdenden Reparatur- und Kontrollierarbeiten auch der nunmehr zumindest teilweise mit dem Kühlmittel geflutete Stab ersetzt werden könnte. Die definierte Öffnungsstelle im Bereiche der Berstscheibe läßt sich auch unschwer so konstruieren, daß ein Ausschwemmen von Spaltstoff oder von neutronenabsorbierendem Material mit Sicherheit vermieden wird, so daß auch ein vorläufiges Weiterbetreiben des beschädigten Stabes möglich erscheint.The object is achieved according to the invention by which the burning, brood or absorber rod is provided with a blow-off opening with a rupture disc or Space membrane is closed, with the response pressure of the bursting disc above that during normal operation the internal pressure to be expected of the rod is the same, but below the internal pressure permissible for the casing located. When the design pressure of the cladding tube is exceeded The rupture disc tears open and the cracked gas escapes in a controlled manner into the reactor plenum, the rupture disc is expediently arranged on the absorber rod, e.g. in the upper end closure of the rod, so that the escaping Gas bubble the neighboring rods'neither by their shock wave still endangered by a local increase in temperature as a result of interruption of the coolant supply. The ripping In any case, the rupture disc only occurs after the operating conditions to be expected during normal operation have been exceeded a, d, h. only in the event of a significant incident in the reactor, which in any case leads to its shutdown and decommissioning for a certain period of time within which in the course of the repair and inspection work that will then become necessary anyway, also the now at least partially rod flooded with the coolant could be replaced. The defined opening point in the area of the rupture disc can also be easily constructed in such a way that fissile material or neutron-absorbing material is washed out Material is avoided with certainty, so that a temporary further operation of the damaged rod is possible appears.
In besonderer Ausgestaltung der Erfindung besitzt die Abblasöffnung im Stab die Form einer in einem Verschlußstopfen des Absorberstabes angeordneten Öffnung, deren Querschnitt so bemessen ist, daß die beim Aufreißen der Berstscheibe auftretende Spaltgasströir.ung aus dem InnenraumIn a special embodiment of the invention, the blow-off opening in the rod has the shape of an opening arranged in a stopper of the absorber rod, the cross-section of which is dimensioned such that the fission gas flow from the interior space which occurs when the rupture disk is torn open
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heraus unter die Schallgeschwindigkeit gebremst wird. Die Erzeugung von sich mit Schallgeschwindigkeit fortpflanzenden, bekanntermaßen unter Umständen zerstörend wirkenden Druckwellen wird so vermieden. Eine diesen Anforderungen genügende AbU las öffnung kann so geringe Abmessungen aufweisen (z.B. einen Durchmesser von o,1 mm), daß fertigungstechnische Schwierigkeiten auftreten. Für diesen Fall wird in weiterer Aufgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß zwischen Spaltgassammelraum und Abblasöffnung eine Drossel angeordnet ist, die es erlaubt, die Ausströmgeschwindigkeit auch bei größeren Abb lasöffnungen den Erfordernissen anzupassen.is braked out below the speed of sound. The generation of propagating at the speed of sound, As is known, pressure waves which may have a destructive effect are avoided in this way. An AbU read opening that meets these requirements can do so have small dimensions (e.g. a diameter of 0.1 mm) that manufacturing difficulties arise. For this case, it is proposed in a further embodiment of the invention that between the fission gas collecting space and the blow-off opening a throttle is arranged, which allows the outflow to be lasöffnungen even with larger Abb adapt to requirements.
In besonderer Ausgestaltung dieses Erfindungsgedankens wird vorgeschlagen, daß die Drossel aus einer in den Stopfen zwischen Spaltgassammelraum und Abblasöffnung eingedrehten Schranke besteht, deren Außengewinde so beschaffen ist, daß zwischen ihm und dem Innengewinde des Stopfens ein wendeiförmiger Spaltgassammelraum und Abblasöffnung miteinander verbindender Kanal gebildet wird.In a special embodiment of this inventive concept, it is proposed that the throttle consist of one in the stopper there is a screwed-in barrier between the fission gas collecting space and the blow-off opening, the external thread of which is such that between it and the internal thread of the plug a helical gap gas collecting space and blow-off opening with one another connecting channel is formed.
Soweit die üblichen Gewindetoleranzen noch keinen ausreichenden Querschnitt dieses Kanals ergeben, kann dieser beispielsweise durch Abdrehen des Außengewindes erzielt werden. Verschieden tiefes Eindrehen der Schranke in den Stopfen verändert die Länge des Kanals und damit die auf das ausströmende Spaltgas einwirkende Drosselstrecke und gestattet es, auf einfache Weise die Ausströmgeschwindigkeit und damit die Zeit bis zum Druckausgleich zu variieren.If the usual thread tolerances do not yet result in a sufficient cross section of this channel, this can, for example can be achieved by turning off the external thread. Different depths of screwing the barrier into the stopper changed the length of the channel and thus the throttle section acting on the outflowing cracked gas and allows it to easy way to vary the outflow speed and thus the time until pressure equalization.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß Berstscheibe und Hüllrohr aus dem gleichen Material gefertigt sind. Dies ist insbesondere im Falle von Stäben von Vorteil, die einer hohen Flußdichte ausgesetzt sind, um ein paralleles und gleichmäßiges Ermüden der beiden Stabteile und damit das richtige Verhältnis zwischen Ansprechdruck der Berstscheibe und dem für das Hüllrohr zulässigen Innendruck zu erhalten.In a further embodiment of the invention it is proposed that the rupture disc and cladding tube be made of the same material are made. This is particularly advantageous in the case of rods that are exposed to a high flux density a parallel and even fatigue of the two rod parts and thus the correct ratio between the response pressure of the rupture disc and the internal pressure permissible for the cladding tube to obtain.
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In einem durchgerechneten Beispiel eines Absorberstabes (Regeltrimmstab mit Absorbermaterial Borkarbid), der auf einen Spaltgasinnendruck von 14o bar zu Ende der Standzeit bei bestimmungsmäßigem Betrieb ausgelegt ist, beträgt der Ansprechdruck Pg der Berstscheibe 7 bei einer Membrandicke jIn a calculated example of an absorber rod (standard trim rod with absorber material boron carbide), which is based on an internal cracking gas pressure of 140 bar at the end of the service life is designed for normal operation, the response pressure Pg of the rupture disc 7 is j at a membrane thickness
von S0 = o,5 mm und einem freien Durchmesser von D = 12,5 mm | für eine Notkühl-Störfalltemperatur von 82o C0 , Pß = 255 bar. fof S 0 = 0.5 mm and a free diameter of D = 12.5 mm | for an emergency cooling fault temperature of 82o C 0 , Pß = 255 bar. f
Bei einer Spaltgasinnendruckbelastung unter Störfallbedingungen von 23o bar beträgi/für die Membran die Zeit bis zum Erreichen einer Kriechschädigung von £ = o,2 % 47 Minuten. Das Absorberstabhüllrohr 1 ist auf eine Wandstärke von 1,5 mm ausgelegt. Wird für Berstscheibe 7 und Hüllrohr 1 gleiches Material mit gleichem metallurgischen Zustand zugrunde gelegt, so erreicht das Hüllrohr unter gleichen Bedingungen die zulässige Kriechschädigung von £ = ο,2 % erst nach 4 Stunden.With a cracked gas internal pressure load under accident conditions of 23o bar, the time for the membrane to reach creep damage of £ = 0.2 % is 47 minutes. The absorber rod cladding tube 1 is designed for a wall thickness of 1.5 mm. If the same material with the same metallurgical condition is used as a basis for rupture disc 7 and cladding tube 1, the cladding tube only reaches the permissible creep damage of £ = ο.2% after 4 hours under the same conditions.
Die Kriechschädigung von Membran und Hüllrohr bei be.stimmungsgemäßem Betrieb ist vernachlässigbar. ■The creep damage to the membrane and cladding tube if it is used as intended Operation is negligible. ■
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Diese zeigt in einem gegenüber der natürlichen } An embodiment of the invention is shown in the drawing. This shows in an opposite to the natural }
Größe stark vergrößerten Maßstab einen Axiallängsschnitt durch den oberen Teil eines Absorberstabes. Dieser besteht aus einem Hüllrohr 1, beispielsweise aus rostfreiem Stahl mit ein Füllung 2 aus neutronenabsorbierendem Material, vorzugsweise B4C. Ein Teil des Innenraumes des Stabes wird durch einen Spaltgassammelraum 3 eingenommen, in dem die beim Zerfall des neutronenabsorbierenden Materials unter Neutronenbeschuß gebildeten Spaltgase gespeichert werden. Der Stab ist mit einem angeschweißten Stopfen 4 verschlossen, der eine mit dem Spaltgassammelraum 3 in Verbindung stehende Bohrung 5 aufweist, die in einer kleinen Abblasöffnung 6 endet. Diese ist durch eine ebenfalls angeschweißte Berstscheibe oder Platzmembran 7 : aus dem gleichen Material wie das Hüllrohr 1 verschlossen, die beim Überschreiten des für das Hüllrohr 1 zulässigen Inndendruckes aufreißt und den im Spaltgassammelraum 3 angesammelten Gasen den Weg nach außen freigibt. Um die Berstscheibe 7 einerseits während der Handhabung des Absorberstabes gegenSize greatly enlarged scale an axial longitudinal section through the upper part of an absorber rod. This consists of a cladding tube 1, for example made of stainless steel with a filling 2 made of neutron-absorbing material, preferably B4C. Part of the interior of the rod is occupied by a fission gas collecting space 3 in which the fission gases formed when the neutron-absorbing material decays under neutron bombardment are stored. The rod is closed with a welded-on stopper 4, which has a bore 5 which is in communication with the cracked gas collecting space 3 and which ends in a small blow-off opening 6. This is by a likewise welded rupture disc or rupture diaphragm 7 sealed from the same material as the cladding tube 1, which tears open when exceeding the rated value of the cladding tube 1 Inndendruckes and accumulated in the cracked gas collecting space 3 gases opens the way to the outside. To the rupture disk 7 on the one hand during the handling of the absorber rod against
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Beschädigungen zu schützen, und andererseits um zu verhindern, daß bei einem Ab- statt einem Aufreißen die Scheibe oüer Teile von ihr weggeblasen werden, ist eine Schutzhaube 8 mit Entlastungsbohrungen 9 vorgesehen, die zugleich bewirken, daß das Kühlmittel in dem Zwischenraum zwischen Berstscheibe 7 und Schutzhaube 8 zirkuliert und so erstere vor z.B. strahleninduzierter Überhitzung schützt.To protect damage and, on the other hand, to prevent the The pane with parts blown away from it is a protective cover 8 provided with relief bores 9, which at the same time cause the coolant in the space between Rupture disc 7 and protective hood 8 circulate and thus protect the former from e.g. radiation-induced overheating.
In die Bohrung 5 ist eine Madenschraube 1o eingedreht, deren Außengewinde 12, wie in der vergrößert heraus gezeichneten Einzelheit gezeigt, so abgeflacht ist, daß zwischen ihm und dem Innengewinde 11 der Bohrung 5 ein wendeiförmiger Kanal entsteht. Dieser Kanal, dessen Länge durch Ein- oder Ausdrehen der Schraube 1o fast beliebig verändert werden kann, wirkt durch Reibung, Verwirbelung usw. stark verzögernd auf die nach einem Aufreißen der Berstscheibe 7 auftretende Spaltgasströmung. A grub screw 1o is screwed into the bore 5, the external thread 12 of which, as shown in the enlarged drawing Detail shown is so flattened that between it and the internal thread 11 of the bore 5 is a helical channel arises. This channel, the length of which can be changed almost at will by turning the screw 1o in or out, is effective by friction, turbulence, etc., strongly retarding the fission gas flow that occurs after the rupture disc 7 has ruptured.
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Claims (5)
dadurch gekennzeichnet,2. rod according to claim 1,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,3. rod according to claim 2,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,4. rod according to claim 3,
characterized,
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE7623401U DE7623401U1 (en) | 1976-07-24 | 1976-07-24 | BURNING, BODY OR ABSORBING ROD WITH OVERPRESSURE SAFETY |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE7623401U DE7623401U1 (en) | 1976-07-24 | 1976-07-24 | BURNING, BODY OR ABSORBING ROD WITH OVERPRESSURE SAFETY |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE7623401U1 true DE7623401U1 (en) | 1978-03-23 |
Family
ID=6667725
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE7623401U Expired DE7623401U1 (en) | 1976-07-24 | 1976-07-24 | BURNING, BODY OR ABSORBING ROD WITH OVERPRESSURE SAFETY |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE7623401U1 (en) |
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1976
- 1976-07-24 DE DE7623401U patent/DE7623401U1/en not_active Expired
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