DE1514092C - Brenn und/oder Brutelement fur Kern reaktoren - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Brenn- und/oder der überraschenden Erkenntnis aus, daß die Wärme-Brutelement für Kernreaktoren, bei dem mit Kohlen- leitfähigkeit loser Schüttungen beschichteter Partikeln stoff, Karbiden oder Oxyden beschichtete Brenn- und/ dann erheblich höher ist, wenn bei sonst gleichen oder Brutstoffteilchen in loser Schüttung in einer Parametern an Stelle kugelschalenförmiger Beschichvakuumdicht verschlossenen metallischen Hülse ent- 5 tungen solche Beschichtungen auf die kugelförmigen halten sind, nach Patent 1 241 541. Die Hülse weist Kerne aufgebracht werden, bei denen die Umrißform dabei vorzugsweise einen zylindrischen oder ring- eines beliebigen Querschnitts polygonförmig ist. Beiförmigen Querschnitt auf. Der Durchmesser der spielsweise wurde bei Partikeln mit einem UC₂-Kern Brenn- und/oder Brutstoffpartikel beträgt einige mit einem Durchmesser von 315 bis 340 μ und einer 100 μ. ίο kugelschalenförmigen Beschichtung aus pyrolytischem

Bei diesen Brenn- und/oder Brutelementen bestehen Kohlenstoff mit einer durchschnittlichen Dicke

die beschichteten Partikeln aus einem inneren kugel- von 115 ± 3 μ eine Wärmeleitfähigkeit von

förmigen Brennstoff- oder Brutstoffkern, beispielsweise 0,0016 ± 0,0003 cal/cm°C see festgestellt. Dagegen

bekannten Uran- oder Thoriumverbindungen, wobei betrug unter sonst gleichen Bedingungen bei einer

vorzugsweise Oxyde oder Karbide Verwendung finden, 15 Beschichtung, bei der die Umrißform eines beliebigen

Diese Kerne sind mit einer etwa 30 bis 150 μ dicken Querschnitts eines Partikels polygonförmig war, die

Schicht aus pyrolytischem Graphit und/oder geeigne- Wärmeleitfähigkeit 0,0038 ± 0,0003 cal/cm⁰C see. Das

ten bekannten Oxyden oder Karbiden umhüllt. Durch bedeutet, daß bei Verwendung von beschichteten Par-

diese Beschichtung soll das schnelle Herausdiffundieren tikeln polyederartiger Form, bei denen diese in einer

insbesondere gasförmiger Spaltprodukte aus den Ker- 20 metallischen Umhüllung enthalten sind, eine wesent-

nen der Partikeln in die Umgebung verhindert werden. lieh höhere spezifische Oberflächenbelastung von Brenn-

Solche Beschichtungen der Brenn- und/oder Brutstoff- und/oder Brutelementen möglich ist.

kerne können bei sehr genauer Kontrolle ihre Dicke in Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird

Gestalt von geometrisch praktisch sauberen Kugel- daher — ausgehend von dieser Erkenntnis — bei einem

schalen auf Kerne aufgebracht werden. Es ist ferner 35 Brenn- und/oder Brutelement der obengenannten Art

bekannt, daß bei bestimmter Lenkung des Verfahrens dadurch gelöst, daß die Beschichtung des kugel-

die Beschichtung der kugelförmigen Kerne auch so auf- förmigen Brenn- und/oder Brutstoff kernes der Parti-

gebracht werden kann, daß die Umrißform eines belie- kein derart ausgebildet,ist, daß die Umrißform eines

bigen Querschnitts polygonförmig ist. Dabei wird die beliebigen Querschnitts polygonförmig ist.

r, , ,·.... , , ,, ■_..,. · Ad , _c . 30 Eine weitere Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit

Polygonalltat als das Verhältnis von . definiert, . . , . . , . _Ci ⁶ , , „ , .. ,.?

d · ist nach einem nicht zum Stande der Technik gehoren-

wobei Ad die jeweils auftretende Dickendifferenz den Vorschlag auch bei dem Brenn- und/oder Brutzwischen dickster und dünnster Beschichtungsstelle element gemäß der Erfindung dadurch erzielbar, daß und ä die mittlere Dicke der Beschichtung ist. Der- die in der losen Schüttung gebildeten Zwischenräume artig ausgebildete Beschichtungen wurden jedoch bis- 35 mit Heliumgas ausgefüllt sind, das unterAtmosphärenher für unzweckmäßig gehalten, da sie zwangläufig zu druck oder höherem Druck steht,
unterschiedlichen Dicken der Beschichtung führen, In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines woraus insbesondere die folgenden Nachteile ent- Brennelements gemäß der Erfindung schematisch darstehen : gestellt. Es zeigt

Es ist wesentlich schwieriger, bei solcherart be- 40 F i g. 1 die vergrößerte Wiedergabe einer beschichte-

schichteten Partikeln den Anteil an Brennstoff im ten Partikel,

fertigen Produkt zu messen. Ferner muß die dünnste F i g. 2 ein ringförmiges Brennelement mit bestelle der Beschichtung zur Erzielung der Diffusions- schichteten Brennstoffpartikeln mit polygonförmigen hemmung eine gewisse Mindestdicke haben, was Umriß.

zwangläufig dazu führt, daß an den dicksten Stellen der 45 Wie aus F i g. 1 hervorgeht, ist bei den in dem

Beschichtung mehr Beschichtungsmaterial aufgebracht Brenn- und/oder Brutelement gemäß der Erfindung

werden muß, als dies aus Gründen der Diffusions- enthaltenen Partikeln der sphärische oder nahezu

hemmung notwendig ist. Da außerdem die Feststellung sphärische Kern 1 der Partikel von einer Beschichtung!

der geringsten Dicke sehr schwierig ist, wird dadurch umhüllt, die diesen Kern so umgibt, daß die Umriß-

die Gefahr des Austritts von Spaltgasen erhöht. Daher 5° form eines beliebigen Querschnitts polygonförmig ist,

wurde bisher die Verwendung von in der erwähnten die Beschichtung insgesamt also einen unregelmäßigen

Art polygonal beschichteten Partikeln nicht für ratsam Vielflächner bildet. Diese Partikeln sind, wie aus dem

gehalten. in F i g. 2 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel eines

Beschichtete Partikeln werden nicht nur in Brenn- ringförmigen Brennelements hervorgeht, als lose und/oder Brutelementen für gasgekühlte Hochtempe- 55 Schüttung 3 in der Umhüllung 4 enthalten,
raturreaktoren verwendet, in denen.sie mit massivem Die Vorzüge des Brenn- und/oder Brutelements geGraphit oder Karbiden umgeben sind. Im Haupt- maß der Erfindung, die sich aus der hohen Wärmepatent ist bereits vorgeschlagen worden, beschichtete leitfähigkeit ergeben, sind so groß, daß dadurch die Partikeln in solchen Reaktoren zu verwenden, in denen Nachteile, die einer Verwendung von Partikeln mit der Brenn- und/oder Bruststoff in einer vakuumdichten 60 einer derartigen Beschichtung, bei der die Umrißform metallischen Umhüllung enthalten ist. Bei Elementen eines beliebigen Querschnitts polygonförmig ist, in der letztgenannten Art hängt die erzielbare maximale Brennelementen für gasgekühlte Hochtemperaturreak-Overflächenbelastung von der Wärmeleitfähigkeit der toren bisher entgegenstanden, bei weitem überkompenin der metallischen Umhüllung enthaltenen losen siert werden. Dadurch, daß die beschichteten Brenn-Schüttung beschichteter Partikeln ab. Dabei kommt es 65 stoffpartikeln in einer metallischen Umhüllung entdarauf an, die Wärmeleitfähigkeit solcher losen Schüt- halten sind, stellen an einzelnen etwa vorhandenen zu tungen zu erhöhen. dünnen Stellen solcher Beschichtungen gegebenen-

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von falls auftretende geringfügige Mengen gasförmiger

Spaltprodukte keine Gefahr dar, weil die beschichteten Partikeln in der metallischen Hülse eingeschlossen sind.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Brenn- und/oder Brutelement für Kernreaktoren, bei dem mit Kohlenstoff, Karbiden oder Oxyden beschichtete Brenn- und/oder Brutstoffteilchen in loser Schüttung in einer vakuumdicht verschlossenen metallischen Hülse enthalten sind, nach Patent 1 241 541, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung des kugelförmigen Brenn- und/oder Brutstoffkernes der Partikeln derart ausgebildet ist, daß die Umrißform eines beliebigen Querschnitts polygonförmig ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen