DE1079230B

DE1079230B - Fuel element provided with protective cover

Info

Publication number: DE1079230B
Application number: DED30547A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Wolfgang Junkermann
Original assignee: Deutsche Babcock and Wilcox Dampfkesselwerke AG
Current assignee: Deutsche Babcock and Wilcox Dampfkesselwerke AG
Priority date: 1955-08-26
Filing date: 1959-04-27
Publication date: 1960-04-07

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft ein mit Schutzhülle versehenes Brennstoffelement für Kernreaktoren nach Patent 1 004744, bei,dem der Brennstoff oder die Schutzhülle oder beide mit gegeneinandergerichteten Abstandhaltern versehen sind.The invention relates to a fuel element provided with a protective cover for nuclear reactors according to Patent 1 004744 in which the fuel or the Protective cover or both are provided with opposing spacers.

Nach der Lehre des Hauptpatents wird der von einer Hülle umgebene: Brennstoffstab mit Abstandhaltern versehen, um ein Anliegen des Brennstoffes an der Hülle und damit deren Zerstörung auszuschließen. Der grundsätzliche Vorteil der Brennstoffelemente nach dem Hauptpatent bestand darin, daß ein Anliegen des Brennstoffes-an der Hüllenoberfläche nicht mehr notwendig war und infolgedessen eine Zerstörung des Cannings durch ungleichmäßiges Anliegen und damit ungleichmäßige Beheizung und ortliehe Überhitzung desselben oder durch ein mit der Spaltung verbundenes Schwellen des Brennstoffes nicht zu befürchten war. Auch geringe Verbiegungen durch einseitige Neutronenbeaufschlagung führten zu keinen Schäden. Nachdem man jedoch immer mehr dazu ao übergeht, als Material für den Brennstoff für Hochtemperaturreaktoren keramische Stoffe zu verwenden, entsteht die Gefahr, daß diese durch Temperaturspannungen infolge der vorhandenen Temperaturunterschiede Spannungsrisse erhalten und in kleine Stücke zerbrechen. Da außerdem bei großen Wärmeübergängen im allgemeinen mit Gasen unter hohem Druck gearbeitet wird, entsteht die weitere Gefahr, daß die Umhüllung von außen eingedrückt wird. Der letztgenannte Nachteil dürfte dann auszuschalten sein, wenn ein keramisches Canning, wie beispielsweise Sinteraluminiumoxyd, Verwendung findet. Trotzdem läßt sich dadurch nicht vermeiden, daß der Brennstoffstab brechen und somit eine Zerstörung der Hülle herbeigeführt werden kann.According to the teaching of the main patent, the one surrounded by a cover is: fuel rod with spacers provided in order to exclude a contact of the fuel on the shell and thus its destruction. The fundamental advantage of the fuel elements according to the main patent was that a concern of the fuel on the shell surface was no longer necessary and consequently destruction of canning due to uneven contact and thus uneven heating and local Overheating of the same or due to a swelling of the fuel associated with the splitting was not to be feared. Slight bending due to one-sided exposure to neutrons also led to no damage. But after one goes more and more to it, as a material for the fuel for high-temperature reactors Using ceramic materials, there is a risk that they will be caused by temperature stresses as a result of the existing temperature differences, stress cracks are preserved and in small ones Break pieces. Since, moreover, in the case of large heat transfers, generally with gases under high Pressure is worked, there is a further risk that the envelope will be pressed in from the outside. Of the The latter disadvantage should be eliminated when ceramic canning, such as Sintered aluminum oxide, is used. Nevertheless, it cannot be avoided that the fuel rod break and thus a destruction of the shell can be brought about.

In Weiterbildung des Gegenstandes des Hauptpatents wird deshalb erfindungsgemäß vorgeschlagen, den feinkörnigen oder stabförmigen oder in anderer Form vorhandenen Brennstoff bei einem solchen Brennstoffelement in an sich bekannter Weise in einen Körper aus Graphit oder einem keramischen Moderatormaterial zu lagern und den mit Graphit umhüllten Brennstoff vom Canning zu umgeben. Dadurch entsteht ein Graphitstab mit einer Bohrung, innerhalb deren sich der Brennstoff beispielsweise als Uranoxyd oder Urankarbid oder als keramischer Reaktorbrennstoff, wie Plutonium oder einem Gemisch von Uran oder Thorium mit Plutonium, in keramischer Form befindet, wobei der keramische Brennstoff in einem Stück, in Pellets oder auch als Staub eingefüllt werden kann. Dieser Brennstoff wird sich durch die hohen Temperaturen und andere Beanspruchungen bis zu einem gewissen Grad ändern. Er wird beispielsweise innen flüssig werden und Risse erhalten, oder Mit Schutzhülle versehenes
BrennstoffelementIn a further development of the subject matter of the main patent, it is therefore proposed according to the invention to store the fine-grained, rod-shaped or other fuel in such a fuel element in a manner known per se in a body made of graphite or a ceramic moderator material and to add the graphite-coated fuel from canning surround. This creates a graphite rod with a bore, within which the fuel is, for example, as uranium oxide or uranium carbide or as a ceramic reactor fuel, such as plutonium or a mixture of uranium or thorium with plutonium, in ceramic form, with the ceramic fuel in one piece, in pellets or can be filled in as dust. This fuel will change to a certain extent due to the high temperatures and other stresses. For example, it will liquefy inside and get cracks, or it will be covered with a protective cover
Fuel element

Zusatz zum Patent 1 004 744Addendum to patent 1 004 744

Anmelder:Applicant:

Deutsche Babcock & Wücox-Dampfkessel-Deutsche Babcock & Wücox steam boiler

Werke Aktien-Gesellschaft,
Oberhausen (RhId.), Duisburger Str. 375Works Aktien-Gesellschaft,
Oberhausen (RhId.), Duisburger Str. 375

Dr.-Ing. Wolfgang Junkermann,Dr.-Ing. Wolfgang Junkermann,

Mülheim/Ruhr-Speldorf,
ist als Erfinder genannt wordenMülheim / Ruhr-Speldorf,
has been named as the inventor

es werden infolge der innen auftretenden Risse und des inneren Flüssigwerdens in seinem Inneren Hohlräume entstehen. Der Zusammenhang des Brennstoffes und seine örtliche Festigung wird jedoch in an sich bekannter Weise durch die Graphithülse gegeben, die infolge ihrer guten Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit gegen ungleichmäßig starke Hitzeeinwirkung auf ihren inneren Umfang verhältnismäßig unempfindlich ist. Es ist erfindungsgemäß möglich, dem Graphitstab Formen zu geben, durch die ein gleichmäßiger Wärmeübergang in erster Linie durch Strahlung an die empfindlichen Umhüllungswerkstoffe sichergestellt wird.there are cavities in its interior due to the cracks occurring inside and the internal liquefaction develop. The connection of the fuel and its local consolidation is, however, in itself known way given by the graphite sleeve, due to its good strength and thermal conductivity relatively insensitive to unevenly strong heat effects on their inner circumference is. It is possible according to the invention to give the graphite rod shapes through which a more uniform Heat transfer primarily ensured by radiation to the sensitive covering materials will.

Es ist bereits bekannt, den Brennstoff in Kugelform zu pressen und in die Moderatormasse einzubetten, ebenso wie es bekannt ist, die Moderatorelemente mit Umhüllungen aus Metall und anderen Stoffen zu umgeben. Eine solche Ausbildung weist jedoch den Nachteil unzulässig hoher Temperaturbeanspruchungen auf, die durch die vorliegende Erfindung vermieden werden. Sie besitzt außerdem den Vorteil billigster Herstellung und ist besonders unempfindlich gegen alle bisher nicht beherrschbaren Veränderungen im Brennstoff und der Umhüllung mit einem Material, welches bei hohen Temperaturen wesentlich gasundurchlässiger ist als Metall. Die Verwendung einer Hülse aus anderem Material als Sinteraluminiumoxyd, wie beispielsweise aus Quarz oder auch aus hitzebeständigen Metallen, ist nicht ausgeschlossen. Als Haltematerial für den Brennstoff lassen sich auchIt is already known to press the fuel into spherical form and embed it in the moderator mass, just as it is known to surround the moderator elements with enclosures made of metal and other substances. However, such a design has the disadvantage of impermissibly high temperature loads, which are avoided by the present invention. It also has the advantage of being inexpensive to manufacture and is particularly insensitive to all changes in the fuel that were previously not controllable and the casing with a material which is significantly more gas-impermeable at high temperatures is as metal. The use of a sleeve made of a material other than sintered aluminum oxide, such as for example made of quartz or also of heat-resistant metals, is not excluded. as Holding material for the fuel can also be used

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andere Moderatormaterialien, wie beispielsweise Berylliumoxyd, verwenden.use other moderator materials such as beryllium oxide.

Die Zeichnung stellt den Gegenstand der Erfindung beispielsweise und vereinfacht dar. Es zeigtThe drawing represents the subject matter of the invention in an exemplary and simplified manner. It shows

Abb. 1 ein Brennstoffelement mit Führungsrippen und mit in seinem Inneren gelagerten Graphitkörper, in dessen Höhlung der Brennstoff untergebracht ist,Fig. 1 a fuel element with guide ribs and with a graphite body mounted in its interior, in the cavity of which the fuel is housed,

Abb. 2 eine weitere Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoffelementes,Fig. 2 a further embodiment of a fuel element according to the invention,

Abb. 3 einen Querschnitt entlang der Linie a-b der Abb. 2 undFig. 3 shows a cross section along the line from Fig. 2 and

Abb. 4 eine andere Verspannungsart am Ende des Brennstoffelementes.Fig. 4 shows another type of tension at the end of the fuel element.

Der Brennstoff 1 ist von einer Graphithülse 2 umgeben, der mit Nocken 3 und 4 in der Hülle 5 lagert. Diese weist Rippen 6 und 7 zur Führung im Brennstoffkanal auf. Der Brennstoff wird in der Graphithülse 2 durch einen Stopfen 8, der zweckmäßigerweise ebenfalls aus Graphit besteht, gehaltert.The fuel 1 is surrounded by a graphite sleeve 2, which is supported by cams 3 and 4 in the casing 5. This has ribs 6 and 7 for guidance in the fuel channel. The fuel is in the graphite sleeve 2 held by a stopper 8, which is also expediently made of graphite.

Bei der in Abb. 2 und 3 gezeigten Ausbildungsform ist die Graphithülse 2 mit drei Ansätzen 9, 10 und 11 zur Zentrierung versehen. Diese Ansätze sind so reichlich bemessen, daß die Graphithülse 2 nur unter Aufwendung einer gewissen Kraft in die Hülle 5 des Brennstoffelementes eingeschoben werden kann. Dabei verformt sie sich etwas, wie es deutlich aus der Abb. 3 zu ersehen ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß der innere Teil des Brennstoffelementes fest mit der Hülse 5 verspannt wird und nicht klappern kann, falls sich der Reaktor in einem Fahrzeug befindet, das Erschütterungen ausgesetzt ist.In the embodiment shown in FIGS. 2 and 3, the graphite sleeve 2 has three lugs 9, 10 and 11 provided for centering. These approaches are so generously dimensioned that the graphite sleeve 2 only under Can be inserted into the shell 5 of the fuel element using a certain force. Included if it deforms somewhat, as can be clearly seen in Fig. 3. In this way it is achieved that the inner part of the fuel element is firmly clamped to the sleeve 5 and cannot rattle, if the reactor is in a vehicle that is subject to vibrations.

Eine andere Art der Verspannung am Ende des Brennstoffelementes ist in Abb. 4 gezeigt. Sie entsteht dadurch, daß das Endstück der Graphithülse 2 mit einem kleineren Radius 12 ausgeführt ist als die Umhüllung 5.Another type of bracing at the end of the fuel element is shown in FIG. It arises in that the end piece of the graphite sleeve 2 is designed with a smaller radius 12 than the envelope 5.

Die in Abb. 2 dargestellte Form des Brennstoffkörpers 1 zeigt eine Anspitzung 13 und 14 an beiden Enden. Diese soll bewirken, daß sich die Brennstoffenden trotz des auf Grund des Winkelverhältnisses vorhandenen größeren Neutroneneinfalles nicht stärker als der mittlere Teil des Brennstoffes erhitzen.The shape of the fuel body 1 shown in Fig. 2 shows a point 13 and 14 on both End up. This is intended to cause the fuel ends to move in spite of the angular relationship Do not heat any larger neutron incidence than the middle part of the fuel.

Claims

Patent claims:

1. Covered fuel element for nuclear reactors in which the fuel or the protective cover or both are provided with spacers facing each other, according to Patent 1 004 744, characterized in that the fine-grained or rod-shaped or in other Form existing fuel in a known manner in a body made of graphite or a ceramic moderator material is stored.

2. Fuel element according to claim 1, characterized in that the protective cover made of sintered aluminum oxide, Quartz or other heat-resistant materials.

1 sheet of drawings