WO2005013286A2 - Brennelement für einen druckwasserkernreaktor - Google Patents

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WO2005013286A2
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • the invention relates to a fuel assembly for a pressurized water nuclear reactor, as is known for example from DE 196 35 927 Cl.
  • Such a fuel assembly is exemplarily illustrated in FIG. 5.
  • a plurality of fuel rods 2 are guided parallel to one another in the rod direction (axially) through a plurality of spacers 4 which are axially spaced apart from one another, each of which forms a two-dimensional grid with a plurality of meshes 6 which are arranged in columns 8 and rows 10.
  • support tubes which do not contain any fuel and are provided for receiving and guiding control rods (so-called control rod guide tubes 12) are passed through the meshes 6 of this grid in addition to the fuel rods.
  • support tubes may also be present, which likewise do not contain any fuel and only serve to increase the stability (instrumentation tubes or structural tubes, neither instrument tubes nor structural tubes are provided in the fuel element 2 shown as an example). Unlike the fuel rods in the meshes 6, these support tubes are welded to the spacers 4, so that their stabilizing effect is ensured over the entire service life of the fuel assembly 2.
  • the spacers are therefore designed so that the expected shock loads do not lead to a major bulge or buckling of the spacer.
  • the invention is based on the object of specifying a fuel assembly for a pressurized water nuclear reactor in which, even after the action of transverse forces which exceed the buckling resistance of the spacers, i. H. after irreversible plastic deformation, the insertability of the control rods is improved compared to the known fuel elements.
  • a fuel assembly for a pressurized water nuclear reactor which contains a plurality of fuel rods, which are guided in a plurality of axially spaced spacers, each one
  • a support tube control rod guide tube or structural tube
  • the spacer is designed in such a way that when one is passed laterally onto the spacer effective limit force a deformation exclusively, ie due to the system due to the mechanical Structure (systematic) always begins in an area of the spacer, which is located outside of an inner area containing the control rod guide tubes.
  • the invention is based on the knowledge that the targeted introduction of the deformation (bulging or buckling) at the edge of the spacer ensures the integrity of the inner area, which is sensitive to the mobility of the control rods, even as the deformation progresses, since the plastic deformation is initially only in the Progresses in areas where it starts.
  • FIG. 6 and 7 each show a schematic representation of a customary spacer 4a, in the example a spacer with 17 x 17 stitches 6, on the opposite side edges of which a pressing force F perpendicular to the rows 10 (parallel to the columns 8) has been exerted , which lies above the buckling or buckling limit Fki t .
  • support tube sections were welded into the spacer 4 at the positions P a , at which control rod guide tubes 12 are located in the fuel assembly, and protrude about 10 mm on both sides from the spacer 4.
  • the spacer 4 was either thermally relaxed and each support tube-free mesh 6 with sections of fuel rod cladding that belong to the respective spacer type, or instead of the cladding tube sections normally provided for this spacer type, tube sections with a slightly smaller outer diameter were used in order to simulate the relaxation of the spacer 4 in this way.
  • the cladding tube sections also protrude above the spacer 4 and simulate the fuel rods that are spring-loaded in the meshes that are not penetrated by control rod guide tubes when the fuel element is completely configured.
  • Fig. 6 it can now be seen by way of example that when the buckling limit F kr ⁇ t is reached, a bump-like bulging or buckling of two middle rows 10 10 , 10n takes place.
  • An increase in the transverse force F can lead to the buckling of further rows 10 ⁇ , 10 2 , 10 7 , 10 8 , 10i 6 and 10 ⁇ 7 , as is illustrated in FIG. 7.
  • FIG. 8 A similar situation is shown in FIG. 8 with a conventional 16 x 16 spacer 4b, in which bulging also begins in the middle rows 10 8 , 10 9 , which are free of support or control rod guide tubes.
  • the invention is now based on the observation that a central bulge is far more problematic than a bulge on the edge, since the former leads to a mutual offset of the control rod guide tubes leads, as can be seen easily with reference to FIGS. 6-8.
  • the invention is based on the consideration that - by means of targeted constructive measures, in particular through a specifically weaker design of the edge zones of the spacer located outside the inner region, the start of the deformation can be systematically shifted to this. In this way, the integrity of the interior is maintained even when deformation begins.
  • the meshes of the spacer are formed preferably by arranged at the edge 'grid edge webs and internal grid webs, which in the following, the term grid bar both
  • Lattice webs can also designate lattice inner webs.
  • the edge zone in which such mechanical weakening is carried out is then formed from the inner grid bars located outside the inner area, the ends of the inner grid bars penetrating the inner area, and the grid edge bars.
  • At least one grating inner web penetrating the inner region has a higher strength than at least one grating inner web arranged outside this inner region.
  • Lattice webs are preferably connected to one another by welded connections, with at least some of the welded connections of the inner lattice webs outside the inner region having a lower strength than the welded connections the inner grid bars are made within the interior.
  • At least some of the inner grid webs have a material weakening in a web area lying outside the inner area compared to the web areas arranged inside the inner area, this material weakening in particular due to a smaller wall thickness (web width) of these inner web webs or specifically for weakening into the webs recesses is made.
  • FIG. 1 each show a spacer according to the invention in a schematic plan view after a deformation test has been carried out
  • FIG. 3 shows a perspective view of a section of a spacer in an edge area, in which different measures according to the invention for targeted weakening in this edge area are illustrated schematically
  • FIG. 4 shows a further embodiment of a spacer according to the invention in a schematic plan view, likewise after carrying out a deformation test
  • FIG. 5 shows a fuel assembly for a pressurized water nuclear reactor, as is known in the prior art
  • FIGS. 6-8 each have a known spacer in a schematic plan view after carrying out a deformation test.
  • FIG. 1 shows a 16 x 16 spacer 4, with an arrangement of the support tubes in positions P a , as they are also in the known spacer shown in Fig. 8.
  • all support tubes are control rod guide tubes 12. No further structural tubes are present in this exemplary embodiment.
  • the spacer 4 is made up of bars 14 ⁇ , - 14 ⁇ 7 , and 16 ⁇ - 16 17 , which are welded together at the crossing points.
  • the grid webs 14 ⁇ , 14 17 , 16 ⁇ and 16 ⁇ 7 form the edge of the grid and are referred to below as grid edge webs.
  • the lattice webs 14 2 - 14 16 and 16 2 - 16 ⁇ 6 run inside the lattice and are referred to below as lattice inner webs.
  • the control rod guide tubes 12 define an inner region 18 highlighted by hatching, which in the exemplary embodiment is formed by the square zone delimited by the inner grid webs 14 3 14 ⁇ 5 , 16 3 and 16 15 , which these inner grid webs 14 3 , 14 15 , 16 3 and 16 15 includes.
  • the points marked by a black dot that the welded connections 20 of the inner grid webs 14 2 , 14 16 , 16 2 , 16 ⁇ 6 located outside this inner region 18 with the grid inner webs 16 2 -i6 or 14 2 -i6 is weakened compared to the other welding points. This can be done by reducing the welding length, the diameter of the welding nodes or the number of welding points.
  • the welded connections of the lattice edge webs to one another and to the lattice inner webs can also undergo targeted weakening.
  • the weakenings made in the exemplary embodiment only on the inner web bars are particularly advantageous.
  • Fig. 2 the spacer 4 is gem.
  • Fig. 1 shown after carrying out a deformation test, in which, in contrast to the situation shown in Fig. 1, sliding on one of the side surfaces between which the force F> F kr ⁇ t is exerted has been prevented. It can be seen from the figure that in this case a deformation occurs which, unlike the point-symmetrical deformation according to FIG. 1, is mirror-symmetrical. In this case too, the integrity of the inner region 18 is retained.
  • FIG. 3 there is a grating inner web arranged outside the inner region, for example the grating inner web 14 2 with inner grating webs l ⁇ ⁇ i + , i +3 crossing with it in one shown perspective section.
  • a spacer is shown in the example, in which the inner lattice webs 14 2 , 16i, i + ⁇ ( ⁇ +3 are connected to one another with welding nodes 22a, b.
  • An alternative embodiment consists in reducing the number of welding nodes 22b per crossing point, but carrying them out identically to the welding nodes in the interior area (crossing point B).
  • a targeted weakening can also be achieved by making recesses 24 in the inner grid webs 14 2 , 16i, i +1 , ⁇ +3 in their web areas lying outside the inner region 18 (crossing point C).
  • the inner grid webs 1, 2.16 / 162.16 arranged outside the inner region 18 with a reduced wall thickness compared to the other grid webs (inner grid webs and outer grid webs).
  • the measures mentioned - reducing the diameter of the welding nodes, reducing the number of welding nodes, weakening the web plates - can also be combined with one another.
  • the lattice bridges can also be included in the measures mentioned.
  • the middle inner lattice webs 14 9 , 16 9 is designed to be stronger than the inner grid webs 14 ⁇ , 14 X6 , 16 ⁇ , 16 ⁇ 6 outside the inner region 18.

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Abstract

Ein Brennelement für einen Druckwasserkernreaktor enthält eine Vielzahl von Brennstäben, die in einer Mehrzahl von axial beabstandeten Abstandhaltern (4) geführt sind, die jeweils ein aus Gitterstegen (141-17, 161-17) aufgebautes quadratisches Gitter mit einer Vielzahl von Maschen (6) bilden, die in Reihen (10) und Spalten (8) angeordnet sind. Durch eine Anzahl dieser Maschen (6) ist jeweils ein Steuerstabführungsrohr (12) hindurchgeführt, wobei der Abstandhalter (4) konstruktiv derart ausgelegt ist, dass bei Überschreiten einer seitlich auf den Abstandhalter (4) wirkenden Grenzkraft eine Verformung aus schliesslich in einem Bereich des Abstandhalters (4) beginnt, der sich ausserhalb eines die Steuerstabführungsrohre (12) enthaltenden Innenbereiches (18) befindet.

Description

Besehreibung
Brennelement für einen Druckwasserkernreaktor
Die Erfindung bezieht sich auf ein Brennelement für einen Druckwasserkernreaktor, wie es beispielsweise aus der DE 196 35 927 Cl bekannt ist.
Ein solches Brennelement ist exemplarisch in Fig. 5 veranschaulicht. Bei einem solchen Brennelement sind eine Vielzahl von Brennstäben 2 in Stabrichtung (axial) parallel zueinander durch mehrere, voneinander axial beabstandete Abstandhalter 4 geführt, die jeweils ein zweidimensionales Gitter mit einer Mehrzahl von Maschen 6 bilden, die in Spalten 8 und Reihen 10 angeordnet sind. Durch die Maschen 6 dieses Gitters sind außer den Brennstäben auch an ausgewählten Positionen Stützrohre hindurch geführt, die keinen Brennstoff enthalten und zur Aufnahme und zum Führen von Steuerstäben (sog. Steuerstabfüh- rungsrohre 12) vorgesehen sind. Außerdem können noch Stützrohre vorhanden sein, die ebenfalls keinen Brennstoff enthalten und lediglich zur Erhöhung der Stabilität dienen (Instrumentierungsrohre oder Strukturrohre, im beispielhaft dargestellten Brennelement 2 sind weder Instrumentierungsrohre noch Strukturrohre vorgesehen) . Diese Stützrohre sind anders als die Brennstäbe in den Maschen 6 mit den Abstandhaltern 4 verschweißt, so dass ihre stabilisierende Wirkung über die gesamte Einsatzdauer des Brennelements 2 gewährleistet ist.
Während des Betriebs wirken auf die Brennelemente Kräfte, die zu einer Durchbiegung der Brennelemente führen können. Um eine solche Durchbiegung zu vermeiden oder zu begrenzen, ohne die Neutronenökonomie wesentlich zu verschlechtern, ist es aus der US 4,325,786 bekannt, Abstandhalter zu verwenden, bei denen ein Teil der Gitterstreben aus Stahl besteht.
Bei hypothetischen äußeren Störfällen, beispielsweise bei einem Erdbeben oder bei einem Kühlmittelverlust mit großem Bruch (LOCA - Loss Of Coolant Accident) können die Abstandhalter durch die benachbarten Brennelemente eine erhebliche Stoßbelastung erfahren. Die dabei auftretenden dauerhaften Verfor- mungen, die sich in der Regel als Ausknicken einzelner Reihen oder Spalten bemerkbar machen, dürfen zulässige Höchstwerte nicht überschreiten, um zu gewährleisten, dass die Steuerstäbe weiterhin in die Steuerstabführungsrohre eingeführt werden können, um so einen sicheren Weiterbetrieb oder ein sicheres Abschalten der Anlage zu ermöglichen. Während plastische Deformationen im begrenzten Umfang prinzipiell erlaubt sind, muss demzufolge ein größeres Ausbeulen, das zu einem signifikantem Versatz der im Brennelement angeordneten Steuerstabführungsrohre führt, vermieden werden. Hierzu ist es beispiels- weise aus der US 5,307,392 bekannt, die Randstege der Abstandhalter mit nach außen vorspringenden Ausformungen zu versehen, die Querkräfte abtragen, bevor sich diese auf die innenliegenden Gitterstege auswirken.
Die Abstandhalter werden demnach so ausgelegt, daß die zu erwartenden Stoßbelastungen nicht zu einem größerem Ausbeulen oder Ausknicken des Abstandhalters führen. In der Praxis wird als Entwicklungsziel eine Beulfestigkeit für frische, unbe- strahlte Abstandhalter (BOL (= Begin Of Life) -Abstandhalter) von ca. 20 kN angestrebt. Damit ist für BOL-Abstandhalter, die im Rahmen eines Störfalles (Erdbeben, LOCA) auftretende Stoß- belastung (flächig wirkende Querkraft) abtragbar, so lange diese kleiner als 20 kN ist.
Dennoch können insbesondere bei Abstandhaltern, die längere Zeit im Einsatz waren und am Ende ihrer Einsatzzeit (EOL = End Of Life) angelangt sind, in ungünstigen Situationen Kräfte auftreten, die größer sind als deren Beulfestigkeit, da diese im Vergleich zu neuen Abstandhaltern deutlich reduziert sein kann. Diese Verringerung der Beulfestigkeit ist dabei vom je- weiligen Abstandhaltertyp abhängig und kann mehr als 50 bis 60 % betragen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Brennelement für einen Druckwasserkernreaktor anzugeben, bei dem auch nach der Einwirkung von Querkräften, die die Beulfestigkeit der Abstandhalter überschreiten, d. h. nach erfolgter irreversibler plastischer Verformung, die Einführbarkeit der Steuerstäbe gegenüber den bekannten Brennelementen verbessert ist.
Die genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit einem Brennelement mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Gemäß diesen Merkmalen ist bei einem Brennelement für einen Druckwasserkernreaktor, das eine Vielzahl von Brennstäben enthält, die in einer Mehrzahl von axial beabstandeten Abstandhaltern geführt sind, die jeweils ein quadratisches Gitter mit einer Vielzahl von in Reihen und Spalten angeordneten Maschen bilden und bei dem durch eine Anzahl dieser Maschen jeweils ein Stützrohr (Steuerstabfuhrungsrohr oder Strukturrohr) hindurchgeführt ist, vorgesehen, dass der Abstandhalter konstruktiv derart ausgelegt ist, dass bei Überschreiten einer seitlich auf den Abstandhalter wirkenden Grenzkraft eine Verformung ausschließlich, d. h. systembedingt durch die mechanische Kon- struktion (systematisch) immer in einem Bereich des Abstandhalters beginnt, der sich außerhalb eines die Steuerstabführungsrohre enthaltenden Innenbereiches befindet.
Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, dass der Innenbereich auch bei Überschreiten der Beulgrenze keine bzw. eine allenfalls vernachlässigbare Verformung aufweist, so dass die ausschließlich in diesem Innenbereich befindlichen Steuerstabführungsrohre ihre Relativpositionen auch bei verformten Abstand- halter beibehalten und die Beweglichkeit der Steuerstäbe verbessert ist.
Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass durch gezieltes Herbeiführen des Einsetzens der Verformung (Ausbeulen oder Ausknicken) am Rand des Abstandhalters eine Integrität des für die Beweglichkeit der Steuerstäbe sensiblen Innenbereiches auch bei fortschreitender Verformung gewährleistet ist, da die plastische Deformation zunächst nur in den Bereichen fortschreitet, in denen sie beginnt.
Fig. 6 und 7 zeigen nun jeweils in einer schematischen Darstellung einen üblichen Abstandhalter 4a, im Beispiel ein Abstandhalter mit 17 x 17 Maschen 6, auf dessen gegenüberliegende Seitenkanten eine Presskraft F senkrecht zu den Reihen 10 (parallel zu den Spalten 8) ausgeübt worden ist, die oberhalb der Knick- oder Beulgrenze Fkit liegt. Für die entsprechenden Laborversuche wurden in den Abstandshalter 4 an den Positionen Pa, an denen sich im Brennelement Steuerstabführungsrohre 12 befinden, Stützrohrabschnitte eingeschweißt, die beidseitig etwa 10mm über den Abstandhälter 4 überstehen. Um die EOL-
Beulfestigkeit beurteilen zu können, wurde der Abstandhalter 4 entweder thermisch relaxiert und jede stützrohrfreie Masche 6 mit Abschnitten von Brennstabhüllrohren besetzt, die zu dem jeweiligen Abstandhaltertyp gehören, oder es wurden anstelle der für diesen Abstandhaltertyp normalerweise vorgesehenen Hüllrohrabschnitte Rohrabschnitte mit geringfügig kleinerem Außendurchmesser eingesetzt, um auf diese Weise das Relaxieren des Abstandhalters 4 zu simulieren. Auch die eingesetzten Hüllrohrabschnitte stehen über den Abstandhalter 4 vor und simulieren die bei komplett konfigurierten Brennelement in den nicht von Steuerstabführungsrohren durchsetzten Maschen fe- dernd gelagerten Brennstäbe.
In Fig. 6 ist nun beispielhaft zu erkennen, dass bei Erreichen der Beulgrenze Fkrιt ein schubartiges Ausbeulen oder Ausknicken von zwei mittleren Reihen 1010, 10n erfolgt. Eine Erhöhung der Querkraft F kann zu einem Ausknicken weiterer Reihen 10ι, 102, 107, 108, 10i6 und 10ι7 führen, wie dies in Fig. 7 veranschaulicht ist.
Zudem zeigen Fig. 6 und 7, dass das Ausbeulen zunächst in den Reihen 10 auftritt, die keinen fest mit dem Abstandhalter 4 verschweißten Stützrohrabschnitt enthalten (stützrohrfreie Reihe) .
Eine ähnliche Situation zeigt sich gemäß Fig. 8 bei einem üb- liehen 16 x 16-Abstandhalter 4b, bei dem ebenfalls das Ausbeulen in den stütz- oder steuerstabführungsrohrfreien mittleren Reihen 108, 109 einsetzt.
Die Erfindung beruht nun auf der Beobachtung, dass ein mitti- ges Ausbeulen weitaus problematischer ist als ein Ausbeulen am Rand, da ersteres zu einem gegenseitigen Versatz der Steuer- stabführungsrohre führt, wie es anhand der Fig. 6 - 8 unschwer zu erkennen ist.
Aufbauend auf dieser Beobachtung geht nun die Erfindung von der Überlegung aus, dass -durch gezielte konstruktive Maßnahmen, insbesondere durch eine gezielt schwächere Auslegung der außerhalb des Innenbereiches liegenden Randzonen des Abstandhalters, erreicht werden kann, den Beginn der Verformung systematisch auf diese zu verschieben. Auf diese Weise bleibt die Integrität des Innenbereiches auch bei einsetzender Verformung erhalten.
Die Maschen des Abstandhalters sind vorzugsweise durch am Rand angeordnete' Gitterrandstege und innenliegende Gitterinnenstege gebildet, wobei im Folgenden der Begriff Gittersteg sowohl
Gitterrandstege als auch Gitterinnenstege bezeichnen kann. Die Randzone, in der eine solche mechanische Schwächung vorgenommen wird, ist dann aus den außerhalb des Innenbereiches liegenden Gitterinnenstegen, den über den Innenbereich hinausra- genden Enden der den Innenbereich durchsetzenden Gitterinnenstege und den Gitterrandstegen gebildet.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist zumindest ein den Innenbereich durchsetzender Gitterinnensteg eine höhere Fes- tigkeit auf als zumindest ein außerhalb dieses Innenbereiches angeordneter Gitterinnensteg.
Vorzugsweise sind Gitterstege durch Schweißverbindungen .miteinander verbunden, wobei zumindest ein Teil der Schweißver- bindungen der Gitterinnenstege außerhalb des Innenbereiches mit einer geringeren Festigkeit als die Schweißverbindungen der Gitterinnenstege innerhalb des Innenbereiches ausgeführt ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist zumindest ein Teil der Gitterinnenstege in einem außerhalb des Innenbereich liegenden Stegbereich gegenüber den innerhalb des Innenbereiches angeordneten Stegbereichen eine Materialschwächung auf, wobei diese Materialschwächung insbesondere durch eine kleinere Wanddicke (Stegbreite) dieser Gitterinnenstege oder durch gezielt zur Schwächung in die Stege eingebrachte Ausnehmungen herbeigeführt ist.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnung verwiesen. Es zeigen:
Fig. 1, 2 jeweils einen Abstandhalter gemäß der Erfindung in einer schematischen Draufsicht nach der Durchführung eines Verformungsversuches, Fig. 3 einen Ausschnitt aus einem Abstandhalter in einem Randbereich in einer perspektivischen Darstellung, bei dem unterschiedliche erfindungsgemäße Maßnahmen zur gezielten Schwächung in diesem Randbereich schematisch veranschaulicht sind, Fig. 4 eine weitere Ausführungsform eines Abstandhalters gemäß der Erfindung in einer schematischen Draufsicht ebenfalls nach Durchführung eines Verformungsversuches , Fig. 5 ein Brennelement für einen Druckwasserkernreaktor, wie es im Stand der Technik bekannt ist, Fig. 6 - 8 jeweils einen bekannten Abstandhalter in einer schematischen Draufsicht nach der Durchführung eines Verformungsversuches . Fig. 1 zeigt einen 16 x 16 Abstandhalter 4, mit einer Anordnung der Stützrohre in Positionen Pa, wie sie auch bei dem bekannten und in Fig. 8 dargestellten Abstandhalter vorliegen. Im Ausführungsbeispiel sind alle Stützrohre Steuerstabführungsrohre 12. Weitere Strukturrohre sind in diesem Ausfüh- rungsbeispiel nicht vorhanden.
Der Abstandhalter 4 ist aus Gitterstegen 14χ, - 14χ7, und 16ι - 1617 aufgebaut, die an den Kreuzungsstellen miteinander verschweißt sind. Die Gitterstege 14χ, 1417, 16λ und 16ι7 bilden den Rand des Gitters und werden im folgenden als Gitterrandstege bezeichnet. Die Gitterstege 142 - 1416 und 162 - 16ι6 verlaufen im Inneren des Gitters und werden im folgenden als Gitterin- nenstege bezeichnet.
Die Steuerstabführungsrohre 12 legen einen durch Schraffur hervorgehobenen Innenbereich 18 fest, der im Ausführungsbei- spiel durch die von den Gitterinnenstegen 143 14ι5, 163 und 1615 begrenzte quadratische Zone gebildet wird, die diese Gitterinnenstege 143,1415, 163 und 1615 umfasst. In der Figur ist nun mit Hilfe der durch einen schwarzen Punkt gekennzeichneten Stellen veranschaulicht, dass die außerhalb dieses Innenbereiches 18 befindlichen Schweißverbindungen 20 der Gitterin- nenstege 142, 1416, 162, 16ι6 mit den sie kreuzenden Gitterinnenstegen 162-i6 bzw. 142-i6 gegenüber den anderen Schweißstellen geschwächt ist. Dies kann durch eine Verringerung der Schweißlänge, des Durchmessers der Schweißknoten oder der Anzahl der Schweißstellen erfolgen.
Diese gezielte Schwächung des Abstandhalters 4 im Randbereich führt nun bei Ausübung einer eine Grenzkraft (Beul- oder Knickgrenze Fkr t) überschreitende Querkraft dazu, dass ein Ausknicken nicht mehr wie in Fig. 8 in den Reihen 108 und 109 sondern in den außerhalb des Innenbereiches 18 liegenden Reihen 10χ, 102, 10ι5 und 1016 erfolgt. Ein unmittelbarer Vergleich der in Fig. 1 und 8 jeweils dargestellten Situationen lässt erkennen, dass die Konfiguration der Steuerstabführungsrohre 12 (im Beispiel sind alle Stützrohre Steuerstabführungsrohre) auch nach dem Ausknicken im Ausführungsbeispiel gem. Fig. 1 nahezu unverändert bleibt, so dass die Beweglichkeit der Steuerstäbe nicht oder in einem weitaus geringeren Ausmaß als in der in Fig. 8 dargestellten Situation behindert ist.
Grundsätzlich können auch zusätzlich oder alternativ die Schweißverbindungen der Gitterrandstege untereinander und mit den Gitterinnenstegen eine gezielte Schwächung erfahren. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die im Ausführungsbei- spiel nur an den Gitterinnenstegen vorgenommenen Schwächungen besonders vorteilhaft sind.
In Fig. 2 ist der Abstandhalter 4 gem. Fig. 1 nach der Durchführung eines Verformungsversuches dargestellt, bei dem im Unterschied zu der in Fig. 1 dargestellten Situation ein Gleiten an einer der Seitenflächen, zwischen denen die Kraft F > Fkrιt ausgeübt wird, verhindert worden ist. Der Fig. ist zu entneh- men, dass in diesem Fall eine Verformung eintritt, die anders als die punktsymmetrische Verformung gemäß Fig. 1 spiegelsymmetrisch ist. Auch in diesem Fall bleibt die Integrität des Innenbereiches 18 erhalten.
In Fig. 3 ist ein außerhalb des Innenbereiches angeordneter Gitterinnensteg, beispielsweise der Gitterinnensteg 142 mit sich mit ihm kreuzenden Gitterinnenstegen lδ^i+, i+3 in einem perspektivischen Ausschnitt dargestellt. Anhand der Figur sind beispielhaft und nicht abschließend verschiedene Möglichkeiten erläutert, wie in der Praxis eine gezielte Schwächung des Abstandhalters im Randbereich realisiert werden kann. Im Bei- spiel ist ein Abstandhalter dargestellt, bei dem die Gitterinnenstege 142, 16i,i+ι( ι+3 mit Schweißknoten 22a, b miteinander verbunden sind.
Eine Möglichkeit, eine gezielte Schwächung herbei zu führen, besteht nun darin, Schweißknoten 22a zu verwenden, deren
Durchmesser gegenüber dem Durchmesser der im Innenbereich verwendeten Schweißknoten 22b, die in der Figur gestrichelt dar- • gestellt sind, verringert ist, ohne deren Anzahl pro Kreuzungsstelle zu verringern (Kreuzungsstelle A) .
Eine alternative Ausführungsform besteht darin, die Anzahl der Schweißknoten 22b je Kreuzungsstelle zu verringern, diese aber identisch zu den Schweißknoten im Innenbereich auszuführen (Kreuzungsstelle B) .
Eine gezielte Schwächung kann auch durch das Einbringen von Ausnehmungen 24 in die Gitterinnenstege 142, 16i,i+1, ι+3 in ihren außerhalb des Innenbereiches 18 liegenden Stegbereichen erfolgen (Kreuzungsstelle C) .
Grundsätzlich ist es auch alternativ oder ergänzend hierzu möglich, die außerhalb des Innenbereiches 18 angeordneten Gitterinnenstege 1 2,16/ 162,16 πiit einer gegenüber den übrigen Gitterstegen (Gitterinnenstege und Gitteraußenstege) reduzierten Wanddicke auszuführen. Die genannten Maßnahmen - Verringerung des Durchmessers der Schweißknoten, Verringerung der Anzahl der Schweißknoten, Schwächung der Stegbleche - können auch miteinander kombiniert werden. Darüber hinaus können auch die Gitterrandstege in die genannten Maßnahmen mit einbezogen werden.
Im Ausfuhrungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist anstelle der in Fig. 1 bis 3 dargestellten, gezielten oder aktiven Schwächungen der Randzonen 8ι,2, 8ι5,ι6, , 10ι,2, 10ι5,ι6 eine relative Schwächung dieser Randzonen dadurch herbeigeführt, dass die in der Mitte angeordneten Gitterinnenstege 149 und 169 eine größere Wandstärke aufweisen. In diesem Ausfuhrungsbeispiel wird also keine aktive, direkte Schwächung der Randzone vorgenommen, sondern es wird diese indirekt relativ zum Innenbereich 18 ge- schwächt, in dem zumindest einer der diesen Innenbereich 18 durchsetzenden Gitterinnenstege, im Beispiel aus Symmetriegründen die mittleren Gitterinnenstege 149, 169, stärker ausgelegt ist, als die Gitterinnenstege 14ι, 14X6, 16ι, 16ι6 außerhalb des Innenbereiches 18.
Bezugszeichenliste
2 Brennelement
4;4a,b •Abstandhalter
6 Masche
8± Spalte
10i Reihe
12 Steuerstabfuhrungsrohr
14ι, 16± Gittersteg
18 Innenbereich
20 Schweißverbindung
22a, b Schweißknoten
24 Ausnehmung
F Presskraft
Pa Position SSFR
A,B,C Kreuzungsstellen

Claims

Ansprüche 1. Brennelement für einen Druckwasserkernreaktor, mit einer Vielzahl von Brennstäben, die in einer Mehrzahl von axial beabstandeten Abstandhaltern (4) geführt sind, die jeweils ein aus Gitterstegen (141_ι7, 16ι_ι7) aufgebautes quadratisches Gitter mit einer Vielzahl von Maschen (6) bilden, die in Reihen (10) und Spalten (8) angeordnet sind, und bei dem durch eine Anzahl dieser Maschen (6) jeweils ein Steuerstabfuhrungsrohr (12) hindurchgeführt ist, wobei der Abstandhalter (4) konstruktiv derart ausgelegt ist, dass bei Überschreiten einer seitlich auf den Abstandhalter (4) wirkenden Grenzkraft eine Verformung ausschließlich in einem Bereich des Abstandhalters (4) beginnt, der sich außerhalb eines die Steuerstabführungs- rohre (12) enthaltenden Innenbereiches (18) befindet.
2. Brennelement nach Anspruch 1, bei dem der Abstandhalter (4) außerhalb des Innenbereiches (18) mechanisch schwächer ausge-
_ legt ist als innerhalb des Innenbereiches (18) .
3. Brennelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Maschen (6) des Abstandhalters (4) durch am Rand angeordnete Gitter- randstege (14ι,ι7, 16ι, 7) und innenliegende Gitterinnenstege (142-i6/ I62-16-1 gebildet sind.
4. Brennelement nach Anspruch 3, bei dem zumindest ein den Innenbereich (18) durchsetzender Gitterinnensteg (149, 169) eine höhere Festigkeit aufweist als zumindest ein Gitterinnensteg (142, 14ι6, 162, 16ι6) außerhalb dieses Innenbereiches (18) .
5. Brennelement nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die Gitterstege (14ι-ιv, 16ι-ι7) durch Schweißverbindungen (20) miteinander verbunden sind, wobei zumindest ein Teil der Schweißverbindungen (20) der Gitterinnenstege (142-i6/ 162-i6) außerhalb des In- nenbereiches (18) gegenüber den innerhalb des Innenbereiches (18) befindlichen Schweißverbindungen (20) eine geringere Festigkeit aufweist.
6. Brennelement nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, bei dem zumindest ein Teil der Gitterinnenstege (142-i6/ 16 -i6) in einem außerhalb des Innenbereiches (18) liegenden Stegbereich eine Materialschwächung aufweisen.
7. Brennelement nach Anspruch 6, bei dem die außerhalb des In- nenbereiches (18) angeordneten Gitterinnenstege (142, 1416, 162,
16ι6) eine kleinere Wanddicke aufweisen als die den Innenbereich (18) durchsetzenden Gitterinnenstege (143-.15, I63-.15) .
8. Brennelement nach Anspruch 6 oder 7, bei dem zumindest ein Gitterinnensteg (142, 16j.+2) außerhalb des Innenbereiches (18) zur Materialschwächung mit einer Ausnehmung (24) versehen ist.
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