DE1175804B - Brennstoffelement fuer gasgekuehlte Kernreaktoren - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: G 21

Deutsche KL: 21g-21/20

Nummer: 1175 804

Aktenzeichen: U 4969 VIII c / 21 g

Anmeldetag: 30. November 1957

Auslegetag: 13. August 1964

Die Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffelement für gasgekühlte Kernreaktoren, dessen Brennstoff innerhalb eines praktisch gasundurchlässigen röhrenförmigen, aus Moderatormaterial bestehenden Behälters angeordnet ist.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, Kernbrennstoff in Behältern unterzubringen, welche Moderiereigenschaften haben. So ist bekannt, einen Brennstoffstab in einem Behälter mit einer Innenauskleidung aus moderierendem Material anzuordnen und ein Kühlmittel über den Stab zu leiten. Weiterhin ist ein Graphitbehälter bekannt, in den Kernbrennstoff in Form von stranggepreßten Stäben, Pellets oder Pulver dicht eingeschlossen ist. Auch Brennstoffelemente mit hohlen Zylindern aus Kernbrennstoff, die in einer Zirkonhülle angeordnet sind, sind bekannt.

Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer gegenüber den bekannten Vorschlägen vorteilhafteren Anordnung des Kernbrennstoffes in einem Brennstoffelement, so daß bei höheren Betriebstemperaturen gearbeitet werden kann.

Bei dem Brennstoffelement nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß ein aus Moderatormaterial bestehender Stab mittels mehrerer am Stab vorgesehener Flansche im rohrförmigen Behälter zentriert gelagert wird, so daß zwischen benachbarten Flanschen ein Ringraum verbleibt, und daß mehrere aus Spaltstoff-Moderatormaterial bestehende hohle Brennstoffhülsen auf dem Moderatorstab im besagten Ringraum lose aufgestapelt sind.

Ein Vorteil des Brennstoffelements nach der Erfindung besteht darin, daß sehr hohe Wärmefreigabegeschwindigkeiten und Oberflächentemperaturen möglich sind. Die Wärme wird vom Kernbrennstoff nach seinem Behälter durch Strahlung übertragen und dann durch Wärmeleitung über den Behälter nach einem Kühlmittel weitergeleitet. Da die Wärme durch Strahlung vom Kernbrennstoff nach der Schutzhülle übertragen wird, besteht nicht die Notwendigkeit eines engen Wärmeleitungskontaktes zwischen diesen, und der Kernbrennstoff kann lose sitzend innerhalb der Schutzhülle oder des Behälters untergebracht werden, wodurch eine Beschädigung und eine Verformung des Kernbrennstoffs stattfinden kann, ohne daß der Reaktorbetrieb beeinflußt wird. Außerdem wirkt der Behälter sowohl als Schutzhülle als auch als Moderator.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand eines Ausführungsbeispiels gemäß der Zeichnung näher erläutert werden, und zwar zeigt

F i g. 1 eine aufgeschnittene Perspektivansicht eines Brennstoffelement für gasgekühlte Kernreaktoren

Anmelder:

United Kingdom Atomic Energy Authority,

London

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Schubert,

Patentanwalt, Siegen, Oranienstr. 14

Als Erfinder benannt:

Peter Fortescue,

George Edward Lockett, London

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 30. November 1956

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Kernbauteilabschnitts gemäß der Erfindung, während

Fig. 2 einen lotrechten Schnitt durch die Mitte eines abgeänderten Kernbauteils in einem größeren Maßstab wiedergibt.

Gemäß der Zeichnung besteht der Behälter des Kernbauteilabschnitts aus einem Graphitrohr 3 von sechseckigem Querschnitt, das eine kreisförmige Bohrung von beispielsweise 38 mm Durchmesser besitzt. Jedes Rohr 3, welches etwa 1,8 m lang ist, wird durch Graphitstöpsel verschlossen.

In jedem Rohr 3 befindet sich ein Brennstoffhaltestab 14 aus Graphit, welcher in Abständen mit ringförmigen Nuten ausgebildet ist, in die Graphitsprengringe 15 eingeführt sind. Zwischen je zwei Sprengringen befindet sich eine lose sitzende Hülse 16, welche Spaltmaterial enthält und den Kernbrennstoff bildet. Ein Abstandsbauteil 17 ist an jedem Ende zwischen dem Stab 14 und einem oberen Endstopfen 4 und einem unteren Endstopfen vorgesehen. Es wird darauf hingewiesen, daß diese Abstandshalter 17 und die Ösen und Schenkelkreuze, welche sich über diesen befinden, neutronenreflektierende Bauteile bilden.

In F i g. 2 ist eine vorzugsweise verwendete Konstruktion für den Brennstoffhaltestab veranschaulicht. Der Stab besteht aus einer Mehrzahl von Abschnitten 40 aus Graphit, von denen jeder einen

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Flansch 41 aufweist, aus einem Sockel 42 an seinem unteren Ende und aus einem Zapfen 43 an seinem oberen Ende. Der Durchmesser des Flansches 41 ist so gewählt, daß der Flansch mit losem Sitz innerhalb der kreisförmigen Bohrung des Graphitrohres 3 a sitzt. Zum Beispiel ist, um Herstellungstoleranzen zu gestatten, ein Spielraum von 0,05 bis 0,18 mm vorgesehen bei einem Durchmesser von 38 mm für die Bohrung.

Eine Mehrzahl von Graphithülsen 16 a, welche etwa 1 Atom Spaltmaterial in 1000 Atomen Moderatormaterial enthalten, wird auf jeden Abschnitt 40 aufgebracht, und zwar ehe die Abschnitte Ende am Ende zusammengebaut und in das Rohr 3 a eingesetzt werden. Die Hülsen 16 α sitzen lose über den Stababschnitten; sie sitzen jedoch noch loser innerhalb der Bohrung des Rohres 3 a, wobei ein Mindestspielraum von etwa 1,02 mm verbleibt. Somit besteht, wenn die höchstmögliche addierte Außermittigkeit sowohl der Hülsen als auch des Stabes angenommen wird, immer noch ein wesentlicher Spielraum zwischen den Hülsen und der Bohrung des Rohres.

Bei einer Rohrbohrung von etwa 38 mm Durchmesser, wobei jeder Stababschnitt 40 eine Länge von etwa 152 mm haben kann, können etwa 12 Brennstoffhülsen 16 a über jeden Abschnitt gestapelt werden. So können beispielsweise bei einer Rohrlänge von 1,8 m zehn Stababschnitte 40 und ein Abstandsbauteil 17 (F i g. 1) an jedem Ende vorgesehen sein. Ein wesentlicher Spielraum (welcher etwa der Hälfte einer Hülsenlänge 16 a entspricht) wird dabei zwischen dem oberen Ende eines jeden Stapels und dem Flansch 41 des Stababschnitts, welcher darüberliegt, gestattet.

Die Hülsen 16 a können dadurch hergestellt werden, daß eine innige Mischung aus einem einen hohen Reinheitsgrad aufweisenden synthetischen Gra-

phit- (»Kernreaktor-Graphit«-) Staub und einem staubförmigen Spalt- und/oder Brutmaterial kaltgepreßt wird.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Brennstoffelement für gasgekühlte Kernreaktoren, dessen Brennstoff innerhalb eines praktisch gasundurchlässigen röhrenförmigen, aus Moderatormaterial bestehenden Behälters angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus Moderatormaterial bestehender Stab mittels mehrerer am Stab vorgesehener Flansche im rohrförmigen Behälter zentriert gelagert ist, so daß zwischen benachbarten Flanschen ein Ringraum verbleibt, und daß mehrere aus Spaltstoff-Moderatormaterial bestehende hohle Brennstoffhülsen auf dem Moderatorstab im besagten Ringraum lose aufgestapelt sind.

2. Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanschstücke als radial gespaltene Ringe ausgebildet sind, die in Ringnuten im Stab eingreifen.

3. Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab eine Mehrzahl von mit den Enden aneinanderstoßenden Stababschnitten aufweist, wobei jeder Abschnitt mit einem Flansch einstückig ausgebildet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 286 658;
britische Patentschrift Nr. 754 183;
»Reactor Handbook Engineering«, 1955, S. 451; »Nucleonics«, Vol. 14, Nr. 3, März 1956,
S. 34 bis 41;

»Proceedings of the International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy«, Vol. 3, 1955, S. 106/107; 137/138; 297 bis 300; 332 bis 338.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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