DE1278028B

DE1278028B - Converter fuel element for nuclear reactors

Info

Publication number: DE1278028B
Application number: DES97281A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Karl Janner; Dr Heinz Stehle
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1964-11-26
Filing date: 1965-05-25
Publication date: 1968-09-19

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.rInt. Cl.r

Deutsche KL:German KL:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:Number:
File number:
Registration date:
Display day:

G21hG21h

H02nH02n

21g -21/30 21g -21/30

21b-29/0021b-29/00

P 12 78 028.8-33 (S 97281)P 12 78 028.8-33 (S 97281)

25. Mai 1965May 25, 1965

19. September 196819th September 1968

Gegenstand des Patents 1242 768 ist ein thermionisches Konverterbrennelement für Kernreaktoren, bestehend aus einer Reihenschaltung thermionischer Dioden, bei denen der Kernbrennstoff in die Emitterelektroden eingebettet und vom Emittermaterial beabstandet ist und bei dem Spaltstoffteilchen aus beispielsweise keramischem Spaltstoff in ein Metall eingelagert sind, demgegenüber sie einen größeren Ausdehnungskoeffizienten der Temperatur aufweisen und welche durch einen Tempervorgang vor dem Einsatz im Emitter einen Ausdehnungsraum zwischen ihrer Oberfläche und dem Grundmetall haben.The subject of patent 1242 768 is a thermionic Converter fuel element for nuclear reactors, consisting of a series connection of thermionic Diodes in which the nuclear fuel is embedded in the emitter electrodes and spaced from the emitter material is and in the case of the fissile material particles from, for example, ceramic fissile material in a metal are embedded, on the other hand, they have a greater coefficient of expansion of the temperature and which by a tempering process before use in the emitter an expansion space between their surface and the base metal.

Im Zuge der Weiterentwicklung des Spaltstoffaufbaues wurde erfindungsgemäß gefunden, daß es besonders günstig ist, wenn die Spaltstoffteilchen einen Durchmesser aufweisen, der kleiner als 1 μ ist. Dies hat den Vorteil, daß die beim Tempervorgang im Grundmetall entstehenden blasenförmigen Hohlräume infolge ihrer Oberflächenspannung in der Lage sind, den Spaltgasdruck praktisch ohne Verformung aufzunehmen. Selbstverständlich wird es aber auch hier mit zunehmender Betriebsdauer möglich sein, daß Spaltgase durch das Grundmetall hindurchdiffundieren. Es ist in diesem Zusammenhang dann zweckmäßig, die den Brennstoff umgebende Hülle mit Öffnungen bzw. Ableitrohren zu versehen, so daß die ausdiffundierenden gasförmigen Spaltprodukte entweichen können.In the course of the further development of the structure of fissile materials it was found according to the invention that it is particularly advantageous if the fission material particles have a diameter that is smaller than 1 μ. This has the advantage that during the tempering process bubble-shaped cavities that arise in the base metal due to their surface tension are to absorb the cracked gas pressure with practically no deformation. But of course it will Here, with increasing operating time, it may be possible for fission gases to diffuse through the base metal. In this context, it is then expedient to place the envelope surrounding the fuel to be provided with openings or discharge pipes, so that the gaseous fission products diffusing out can escape.

Bei Konverterbrennelementen, die zur Stromversorgung von Raumfahrzeugen eingesetzt sind, ist es zweckmäßig, diese Ableitrohre direkt in den freien Raum ausmünden zu lassen. Bei Konverterbrennelementen jedoch, die in stationären erdgebundenen Reaktoren eingesetzt sind, besteht diese direkte Möglichkeit nicht, es müßten noch entsprechende Filtereinrichtungen vorgesehen werden. Es können jedoch die radioaktiven Spaltgase ohne größere Bedenken in den Konverterspalt zwischen Emitter- und Kollektorelektrode eingelassen werden. Erst wenn die Konzentration zu stark werden sollte, ist es zweckmäßig, den Spalt mit Caesiumdampf zu spülen. Es wird genügen, diesen Vorgang nur einige Male während eines Betriebsjahres durchzuführen und sein Einsetzen durch entsprechend eingestellte Langzeitglieder zu steuern. Der mit radioaktiven Gasen verunreinigte Caesiumdampf kann durch Kondensation des Caesiums gereinigt werden, so daß bei diesem Vorgang keine Caesiumverluste einzutreten brauchen. Sollte bei Konverterbrennelementen in Raumfahrzeugen keine Ableitung der Spaltgase in den freien Raum möglich sein, so ist selbstverständlich auch hier eine Caesiumdampfspülung des Konverterspaltes durchführbar. Es Konverterbrennelement für KernreaktorenIn the case of converter fuel elements, which are used to supply power to spacecraft, it is expedient to let these drainage pipes open out directly into the free space. With converter fuel elements however, which are used in stationary terrestrial reactors, this direct possibility exists not, appropriate filter devices would have to be provided. It can, however the radioactive fission gases into the converter gap between the emitter and collector electrodes without any major concern be admitted. Only when the concentration becomes too strong is it advisable to use the Rinse the gap with cesium vapor. It will be enough to do this only a few times during a year of operation to be carried out and its onset to be controlled by appropriately set long-term members. The cesium vapor contaminated with radioactive gases can be purified by condensation of the cesium so that no cesium losses need to occur during this process. Should be at Converter fuel elements in spacecraft do not allow the fission gases to be diverted into free space cesium vapor purging of the converter gap can of course also be carried out here. It Converter fuel element for nuclear reactors

Zusatz zum Patent: 1 242 768Addendum to the patent: 1 242 768

Anmelder:Applicant:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München,Siemens Aktiengesellschaft, Berlin and Munich,

8520 Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 508520 Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Dipl.-Phys. Karl Janner,Dipl.-Phys. Karl Janner,

Dr. Heinz Stehle, 8520 ErlangenDr. Heinz Stehle, 8520 Erlangen, Germany

ist in diesen Fällen lediglich notwendig, für die Spülungs- und Kondensationstechnik Ventile vorzusehen, bei denen keine gleitende Reibung zwischen Metallteilen notwendig ist. Solche Ventile können z. B. aus keramischen oder glasartigen Stoffen hergestellt sein, wobei die Bewegung des Ventilkörpers durch die Wärmedehnung entsprechend beheizter oder gekühlter metallischer Bauteile erfolgen kann.In these cases it is only necessary to provide valves for the flushing and condensation technology, where there is no need for sliding friction between metal parts. Such valves can z. B. made of ceramic or vitreous materials, the movement of the valve body can take place through the thermal expansion of correspondingly heated or cooled metallic components.

Claims

Patent claims:

1. Thermionic converter fuel element for nuclear reactors, consisting of a series connection thermionic diodes, in which the nuclear fuel is embedded in the emitter electrodes and is at a distance from the emitter material and in the case of the fissile material particles, for example of ceramic Fissile material embedded in a metal, on the other hand, has a greater coefficient of expansion the temperature and which by a tempering process before use in the Eimtter an expansion space between their surface and the base metal

809 617/437809 617/437

according to patent 1242 768, characterized in that the fission material particles a Have a diameter that is less than 1 μ.

2. converter fuel element according to claim 1, characterized in that the expansion cavities in the base metal are at least partially in communication with channels that carry the radioactive Fission gases either directly in the external

space or in the space between the emitter and collector electrodes.

3. A method for operating a converter fuel element according to claim 2, characterized in that that to remove larger amounts of radioactive fission gases, the space between the emitter and collector electrodes periodically with Cesium vapor is purged.