DE1121238B

DE1121238B - Kernreaktor-Brennstoffelement

Info

Publication number: DE1121238B
Application number: DEH36839A
Authority: DE
Inventors: Andre Huet
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1957-08-16
Filing date: 1959-07-06
Publication date: 1962-01-04
Also published as: US3098849A; US3098809A; FR1206300A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

H 36839 VIII c/21g

ANMELDETAG:

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT:

6. J U LI 1959

4. JANUAR 1962

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kernreaktor-Brennstoffelement in Kugel- oder Sphäroidform, das mit einer Umhüllung versehen ist.

Bei einem bekannten Reaktor werden die kugeligen Brennstoffelemente durch den Druck eines in die die Brennstoffelemente enthaltende Kammer eingeführten Kühlmittels in Abstand voneinander gehalten. Das den Reaktor durchströmende Kühlmittel muß daher stets unter einem vorbestimmten Mindestdruck stehen, um die in dem Reaktor auftretenden beträchtliehen Druckverluste ausgleichen zu können. Die Brennstoffelemente dieses bekannten Kernreaktors weisen außerdem eine glatte Oberfläche auf, so daß der Wärmeaustausch zwischen den Brennstoffelementen und dem Kühlmittel verhältnismäßig ungünstig ist. Bei stabförmigen Brennstoffelementen ist es bekannt, die Oberfläche zur Verbesserung des Wärmeaustausches aufzurauhen bzw. mit Rippen zu versehen.

Zur Vermeidung der obengenannten Nachteile ist gemäß der Erfindung die Umhüllung des kugel- oder spähroidförmigen Brennstoffelementes aus mehreren Teilen zusammengesetzt, deren abgebogene Umfangsränder zur vollständigen Umschließung des Spaltmaterials miteinander verschweißt und derart ausgeschnitten und mehr oder weniger stark abgebogen sind, daß sie rund um jedes Element Flügel bilden. Auf diese Weise werden um jedes Brennstoffelement herum einfache oder sich kreuzende Ringe gebildet, die die Brennstoffelemente in Abstand voneinander halten und die zugleich als Ablenkflächen für das die Brennstoffelemente umspülende Kühlmittel dienen, wodurch der Wärmeaustausch zwischen den Brennstoffelementen und dem Kühlmittel verbessert wird.

Um zu verhindern, daß innerhalb der einzelnen Brennstoffelemente kritische Verhältnisse oder überhöhte Temperaturen entstehen, können die Brennstoffelemente in ihrem Zentrum einen von Spaltmaterial freien Raum aufweisen, der von einer Hohlkugel oder einer gegebenenfalls Neutronen reflektierenden Kugel eingenommen wird.

Bei einem Atomreaktor der eingangs genannten Art wird der Druck des Kühlmediums zur Steuerung der Reaktivität des Reaktors verwendet. Bei erhöhtem Druck werden die Brennstoffelemente in größerem Abstand voneinander gehalten und damit die Reaktivität vermindert, während bei verringertem Druck sich die Brennstoffelemente einander nähern und damit die Reaktivität des Reaktors erhöht wird. Diese Steuerung mittels Druckerhöhung oder Druck-Verminderung des in den Reaktor eintretenden Kühlmediums ist verhältnismäßig schwer durchführbar.

Kernreaktor-B rennstoffelement

Anmelder:
Andre Huet, Paris

Vertreter: Dr. W. Schalk, Dipl.-Ing. P. Wirth,

Dipl.-Ing. G. E. M. Dannenberg

und Dr. V. Schmied-Kowarzik, Patentanwälte,

Frankfurt/M., Große Eschenheimer Str. 39

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 9. Juli 1958 (Nr. 769 942)

Andre Huet, Paris,
ist als Erfinder genannt worden

So ändert sich z. B. die Dichte dieses Kühlmittels mit seiner Temperatur, so daß sich der Abstand der Brennstoffelemente voneinander schon durch Temperaturschwankungen innerhalb des Kühlmittelstromes ändern kann.

Hingegen kann mit den Brennstoffelementen nach der Erfindung die Steuerung der Reaktivität des Reaktors dadurch vorgenommen werden, daß diese Elemente in korbähnlichen Behältern gelagert werden, deren gegenseitiger Abstand durch bekannte Mittel verändert wird. Diese Behälter sind für das Kühlmittel durchlässig ausgebildet. Diese Maßnahme ermöglicht eine zuverlässige Steuerung der Reaktivität des Reaktors.

Das Kühlmittel kann einen Moderator oder einen Spaltstoff, Spaltrohstoff oder Brutstoff enthalten, wodurch die Reaktivität des Reaktors in Abhängigkeit davon vermindert oder erhöht wird, je nachdem, welche Mengen und welche Stoffe dem Kühlmittel in Suspension beigefügt werden.

Die Erfindung ist an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert, und zwar zeigt

Fig. 1 im Schnitt ein Brennstoffelement nach der Erfindung in Form eines Sphäroids,

109 758/45S

Fig. Ib einen Teilschnitt nach Fig. 1 in größerem Maßstab, aus dem die Schweißstelle der Umhüllung zu ersehen ist,

Fig. 2 in Draufsicht ein Sphäroid mit Rippen,

Fig. 3 eine andere Ausführungsform eines Brenn-Stoffelementes nach der Erfindung in einer Ansicht entsprechend Fig. 2, dessen Hülle aus vier Teilen zusammengesetzt ist,

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform, bei der der Sphäroid mit über die Oberfläche verteilten Unebenheiten versehen ist,

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform, bei der die Mitte des Sphäroids von einer Hohlkugel eingenommen wird, die von spaltbarem Material frei ist,

Fig. 6 in schematischer Darstellung die Anordnung von Sphäroiden im Innern von zylindrischen Körben, deren Abstand veränderbar ist.

Wie Fig. 1 zeigt, werden die Brennstoffelemente, die z. B. ein Agglomerat oder ein Preßling aus Uran oder Uran und Graphit sein können, in Form einer ao Vielzahl von kleinen Kugeln oder Sphäroiden α verwendet. Der Spaltstoff ist mit einer dünnwandigen Umhüllung b aus einem für Neutronen durchlässigen Metall versehen. Der Durchmesser der Kugeln beträgt etwa 2 bis 3 cm. Die Umhüllung kann z. B. as aus einem austenitischen Stahl bestehen, und ihre Dicke kann in der Größenordnung von ⁵/ioo mm liegen.

Diese Umhüllung b kann, wie Fig. 1 zeigt, aus zwei Teilen b^l, b² zusammengesetzt sein, von denen jeder die Form eines halbkugelförmigen Näpfchens besitzt, dessen Ränder c¹, c- abgekröpft bzw. im rechten Winkel abgebogen sind. Die beiden Ränder c¹, c² sind bei m entlang dem von ihnen gebildeten Äquator der Kugel α verschweißt (s. Fig. 1 b), wodurch der Preßling vollständig eingeschlossen ist.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, besitzt diese Ausführungsform den Vorteil, daß mittels der abgebogenen Ränder c¹, c² das Spaltmaterial mit einer gewissen Elastizität umschlossen wird, so daß das Spaltmaterial während des Arbeitern des Reaktors sich ausdehnen kann, ohne daß die Schweißnaht m aufgeht.

Die Ränder c¹, c² können außerdem, wie bei d in Fig. 2 gezeigt ist, ausgeschnitten sein, und jedes Flächenstück der ausgeschnittenen Ränder ist, wie ebenfalls aus Fig. 2 ersichtlich ist, derart umgebogen, daß rund um jeden Preßling flügelähnliche Gebilde entstehen. Diese Flügel übertragen die Wärme auf das die Brennstoffelemente umströmende Medium. Andererseits halten diese Flügel die einzelnen in dem Reaktor angeordneten Preßlinge α auf den erforderlichen Abstand, wodurch eine günstigere Durchströmung des Brennstoffsatzes erreicht wird als bei Brennstoffsätzen mit Kugeln mit lediglich glatten Oberflächen.

Die Umhüllung kann statt aus zwei halbkugelförmigen Teilen b¹, b² auch aus vier Teilen, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, zusammengesetzt sein, derart, daß die Flügel auf zwei Meridianen angeordnet sind, die sich im rechten Winkel schneiden. Der eine Meridian von Flügeln ist mit c¹ bezeichnet, der andere, der in Fig. 3 in Draufsicht zu sehen ist, mit e¹ und e². Dieser zweite Meridian ist ebenfalls ausgeschnitten, um Schütze/ zu bilden; jeder Randteil ist profiliert bzw. abgeschrägt, so daß ein diskontinuierlicher Linienzug entsteht, der in Fig. 3 in Draufsicht zu sehen ist.

Die Oberfläche der Umhüllung b kann außerdem, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, mit Spitzen oder Stäbchen g versehen sein, die im Ganzen Unebenheiten darstellen, die über die Oberfläche des Sphäroids verteilt sind.

Der innere Bereich der Kugeln α kann, wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, einen von Spaltmaterial freien Raum Λ aufweisen. Dies kann dadurch geschehen, daß dieser Raum h von einer Graphitkugel gebildet wird oder von einer Hohlkugel, die z. B. aus Metall hergestellt sein kann, dessen Oberfläche gegebenenfalls Neutronen reflektiert.

Die kugelförmigen Brennstoffelemente α können, statt einfach im Innern des Reaktors angehäuft oder gestapelt zu sein, in durchbrochenen Rohren oder Körben / (Fig. 6) angeordnet sein, deren Achsrichtung z. B. lotrecht verlaufen kann. Diese Behälter / bestehen aus einem für Neutronen durchlässigen Metall und sind im übrigen derart durchlässig, daß sie von dem im Innern des Reaktors befindlichen Kühlmedium durchströmt werden können. Diese Körbei können z. B. in Achsrichtung an Tragelementen / befestigt sein, die auf einem Querstab k verschiebbar und untereinander durch Parallelogrammlenker I verbunden sind, wodurch der Abstand A zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Körben / verändert werden kann. Auf diese Weise ist die Reaktivität des Reaktors dadurch veränderbar, daß man die Körbe i mehr oder weniger weit voneinander entfernt.

Eine andere Möglichkeit der Steuerung der Reaktivität des Reaktors besteht in der Änderung der pro Zeiteinheit durch die Brennstoffsätze strömenden Kühlmittelmenge. Auch kann diesem Medium zur Steuerung der Reaktivität des Reaktors ein Bremsmittel, etwa in Form von Cadmiumteilchen oder ein die Reaktivität erhöhendes Medium, etwa in Form von Spaltstoffteilchen, beigefügt werden.

In der Zeichnung sind die die Brennstoffelemente bildenden Preßlinge als Kugeln dargestellt, jedoch kann deren Formgebung auch von der Kugelgestalt abweichen, und sie können eine ovale Gestalt, Birnenform oder längliche, zeppelinartige Gestalt aufweisen.

Weitere Ausführungsformen von Brennstoffelementen, die in Einzelheiten von den dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen abweichen, sind im Rahmen des Erfindungsgedankens möglich.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Kernreaktor-Brennstoffelement in Kugeloder Sphäroidform, das mit einer Umhüllung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese Umhüllung aus mehreren Teilen (b¹, ft²) zusammengesetzt ist, deren abgebogene Umfangsränder (c¹, c²) zur vollständigen Umschließung des Spaltmaterials miteinander verschweißt und derart ausgeschnitten und mehr oder weniger stark abgebogen sind, daß sie rund um jedes Element Flügel (d, e, f) bilden.

2. Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in seinem Zentrum ein von Spaltmaterial freier Raum vorgesehen ist, der von einer Hohlkugel (A) oder einer gegebenenfalls Neutronen reflektierenden Kugel eingenommen wird (Fig. 5).

3. Kernreaktor mit Brennstoffelementen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffelemente (α) in korbähnlichen Behältern (/) gelagert sind, deren gegenseitiger Abstand durch bekannte Mittel (/, k, I) verändert werden kann.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 952 919; deutsche Auslegeschrift Nr. 1 023 156; britische Patentschriften Nr. 754 183, 771 111, 790 688;

belgische Patentschrift Nr. 563 535.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen