DE1040712B

DE1040712B - Brennstoffelementeinheit fuer Kernreaktoren

Info

Publication number: DE1040712B
Application number: DEU4808A
Authority: DE
Inventors: John M West; James F Schumar
Original assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Current assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Priority date: 1956-09-28
Filing date: 1957-09-27
Publication date: 1958-10-09
Also published as: BE561141A; GB840753A; FR1182966A; US2838452A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffelementeinheit für Kernreaktoren, bestehend aus einer Mehrzahl von Metallplatten, deren Seitenkanten durch Befestigungselemente miteinander verbunden sind, welche die Platten parallel und im Abstand voneinander halten.

Es bietet Vorteile, bei Leistungsreaktoren, bei welchen z. B. Wasser zwecks Gewinnung von Dampf erhitzt wird und dieses ferner als Moderator dient, den Kernbrennstoff in Oxydform zu verwenden, weil das Oxyd wärmebeständig ist, nach Verbrauch leicht aufgearbeitet werden kann, unter der Strahlungswirkung keine wesentlichen Änderungen erfährt und das Brennstoffelement nicht zerreißt, wenn im Falle eines Mantelbruches Wasser eindringt.

Brennstoffelemente aus Oxyden, insbesondere Thoriumoxyd mit einer kleinen Menge Uranoxyd, sollen die Form runder zylindrischer Spaltstoffstücke haben, da die schlechte Wärmeleitfähigkeit der Oxyde bei nicht runden Brennstoffelementformen zu starken thermischen Beanspruchungen führt und weil eine Formung von Brennstoffelementen aus den in Pulverform vorliegenden Oxyden in anderer Weise als durch Pressen in runde zylindrische Spaltstoffstücke nicht zweckmäßig ist. Da wegen der schlechten Wärmeleitfähigkeit der Oxyde der Durchmesser dieser Spaltstoffstücke klein sein muß, besitzen auch die einzelnen Rohre, die bisher zur Aufnahme der Spaltstoffstücke dienten, einen kleinen Durchmesser und eine ziemlich geringe mechanische Festigkeit, so daß sie auf ihrer Länge in verschiedenen Zonen gestützt werden müssen.

Wenn die die Brennstoffelemente enthaltenden Rohre sich nicht direkt aneinander abstützen, bedingen die gesonderten Stützelemente eine Herabsetzung der Brennstoffmenge, die in einem Reaktor gegebener Größe verwendet werden kann. Diese Stützelemente sind ferner kostspielig in der Fertigung; sie erzeugen heiße Stellen im Reaktor und absorbieren außerdem Neutronen.

Diese Nachteile werden gemäß der Erfindung dadurch beseitigt, daß jede Platte der Brennstoffelementeinheit eine Mehrzahl sich parallel im Abstand voneinander in Längsrichtung erstreckender Ausstülpungen aufweist, in welchen Kernbrennstoffelemente angeordnet sind. Bei einer derart aufgebauten Brennstoffelementeinheit bleibt zwischen den Platten reichlich Raum für das strömende flüssige Medium, das im Wärmeaustausch mit den Brennstoffelementen steht. Die thermische Verbindung der Brennstoffelemente mit den in den Platten befindlichen Ausstülpungen erfolgt mittels einer Bleifüllung, wodurch die Ausstülpungen und die Brennstoffelemente nicht mehr auf genaues Maß gearbeitet werden müssen.

Brennstoffelementeinheit
für Kernreaktoren

Anmelder:

United States Atomic Energy Commission, Washington, D. C. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Abitz, Patentanwalt,
München 27, Gaußstr. 6

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 28. September 1956

John M. West, Ozona, Fla.,

und James F. Schumar, Hinsdale, 111. (V. St. Α.),

sind als Erfinder genannt worden

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 die erfindungsgemäße Brennstoffelementanordnung im Aufriß, teilweise geschnitten,

Fig. 2 im Querschnitt nach Linie 2-2 von Fig. 1 die Anordnung der Brennstoffelemente und Platten und Fig. 3 im Längsschnitt nach Linie 3-3 von Fig. 2 eine Säule von Brennstoffelementen, die sich in einer einzelnen Ausstülpung einer Platte befindet.

Die Anordnung 10 besteht aus den Platten 11, den in ihnen befindlichen Spaltstoffstücken 12, den die Platten 11 miteinander verbindenden und im Abstand voneinander haltenden Seitenteilen 13, einem oberen Träger 14, einem unteren Träger 15 und einem Halter 16.

Jede Platte 11 kann aus einer Legierung aus 1 % Ni, 0,4 bis 0,5%> Fe, 0,1 bis 0,2% Si, 0,1 bis 0,2% Cu, Rest Al bestehen und durch Strangpressen in der dargestellten Form erhalten werden, mit der Ausnahme, daß die Flansche 17 an den Seitenkanten beim Pressen in der allgemeinen Ebene der Platte liegen.

Jede der stranggepreßten Platten 11 weist rohrförmige Teile 18 und dieselben verbindende Teile 19 auf. Die rohrförmigen Teile 18 erstrecken sich parallel und in Abständen voneinander in Längsrichtung der Platte 11 und stehen über die Teile 19 miteinander in Verbindung. Die Verbindungsteile 19 haben geringere Dicke als die rohrförmigen Teile 18. Die Dicke jedes Verbindungsteils 19 beträgt 2,223 mm. Jedes rohrförmige Teil 18 besitzt einen Innendurchmesser von 6,50 mm und einen Außendurchmesser von 7,531 mm.

839 657/374

Jede Platte 11 ist mit acht rohrförmigen Teilen 18 versehen, deren Abstände voneinander, von Mitte zu Mitte gemessen, 11,89 mm betragen. Die Anordnung 10 weist sechs Platten 11 auf, deren Abstände voneinander, von Mitte zu Mitte gemessen, 15,34 mm betragen. Die Außenmaße der Anordnung 10 betragen, quer zu den Seitenteilen 13 gemessen, 98,43 mm und längs derselben gemessen, 97,23 mm.

Jedes rohrförmige Teil 18 enthält eine Vielzahl keramischer Spaltstoffstücke 12, die aus einem Gemisch von ThO₂ und UO₂ geformt sind, das an ²³⁵U so angereichert ist, daß 0,0555 g ²³³U auf 1 g ThO. entfallen. Jedes Spaltstoffstück besitzt einen Durchmesser von 5,72 mm. In jedem rohrförmigen Teil 18 werden die Spaltstoffstücke 12 bis zu einer Gesamthöhe 62.87 cm aufeinandergelegt. Nachdem der Innendurchmesser des rohrförmigen Teils 18 6,50 mm 1>eträgt. ergibt sich um jedes Spaltstoffstück 12 herum ein Ringgebiet von 0,394 mm Breite, das mit einer Bleischicht gefüllt wird. Diese Bleischicht stellt eine thermische Verbindung zwischen dem rohrförmigen Teil 18 und dem Brennstoffelement her. Auch der Raum zwischen dem untersten Spaltstoffstück 12 und dem unteren Ende 21 des rohrförmigen Teils 18, das zusammengequetscht ist und in einer Lot- oder Schweißverbindung 22 endet, ist mit Blei 20 gefüllt (Fig. 3). Auf die Säule der Spaltstoffstücke 12 ist in jedem rohrförmigen Teil 18 ein Aluminiumpfropfen 23 der gleichen Materialzusammensetzung wie bei der Platte 11 aufgesetzt und mit dem Innern des rohrförmigen Teils 18 mechanisch so verbunden, daß die Säule der Spaltstoffstücke zusammengehalten wird und die Spaltstoffstücke nicht in dem Blei schwimmen, das sich in dem rohrförmigen Teil 18 befindet, wenn das Blei beim Betrieb des Kernreaktors schmilzt. Das obere Ende 24 jedes rohrförmigen Teils 18 ist ebenfalls zusammengequetscht und durch eine Lot- oder Schweißverbindung 25 verschlossen. Der Pfropfen 23 besitzt einen Durchmesser von 6,160 mm und eine Länge von 12,7 mm.

Bei einer Ausführungsform sind beispielsweise 72 Brennstoffelementeinheiten parallel nebeneinander so angeordnet, daß sie, im Querschnitt gesehen, im allgemeinen einen Kreis von 1,02 m Durchmesser ausfüllen. Um diese 72 Einheiten herum wird ein Wasserreflektor von 15,2 cm Dicke angeordnet. Die 72 Einheiten sollen 25,05 kg ²³³U enthalten. In Längsrichtung der Einheiten 10 soll Wasser unter Druck fließen, um die Wärme von ihnen abzuziehen und das Wasser in Dampf zu verwandeln.

Im Rahmen der Erfindung sind über die obige spezielle Ausführungsform hinausgehend weitere Ausführungsformen möglich.

Claims

Patentansprüche:

1. Brennstoffelementeinheit für Kernreaktoren, bestehend aus einer Mehrzahl von Metallplatten, deren Seitenkanten durch Befestigungselemente miteinander verbunden sind, welche die Platten parallel und im Abstand voneinander halten, dadurch gekennzeichnet, daß jede Platte eine Mehrzahl sich parallel im Abstand voneinander in Längsrichtung erstreckender Ausstülpungen aufweist, in weichen Kernbrennstoffelemente angeordnet sind.

2. Brennstoffelementeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks thermischer Verbindung zwischen den Brennstoffelementen und den Platten in den Ausstülpungen ein Metall vorgesehen ist.

3. Brennstoffelementeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten aus Aluminium bestehen, ihre Ausstülpungen zylindrisch geformt sind und in denselben zylindrische Kernbrennstoffelemente aus Thoriumoxyd und Uranoxyd angeordnet sind.

4. Brennstoffelementeinheit nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das die thermische Verbindung zwischen den Brennstoffelementen und den Platten bildende Metall Blei ist.

5. Brennstoffelementeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke jeder Platte im Bereich ihrer Ausstülpungen größer als in den zwischen diesen befindlichen Zonen ist.

6. Brennstoffelementeinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Brennstoffelement 0,0555 g ²³⁵U je g Thoriumoxyd enthält.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Nuclear Power«, Vol. 1 (1956), S. 129.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen