DE1793400U

DE1793400U - FUEL ELEMENT FOR NUCLEAR REACTORS.

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Publication number: DE1793400U
Application number: DE1957S0022704
Authority: DE
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1957-01-24
Filing date: 1957-01-24
Publication date: 1959-08-13

Description

Brennstoffelement tUr Kernreaktoren EsIst bekannte daßa bei heterogenen Reaktoren durch Resonanzabsore- tion in einer relativ dünnen Oerfichensehteh ey Brenasteffeleaente Im wesentlichen Plutonium bzw. Uran 233 in verhultnismüssig hoher Kon- zentration gebildet wird. Die Bildung spaltbaren Plutoniums bzw. Urans aus den Substanzen Uran 238 zw. Thorium S32 dureh SeutroneneinfaQg (Konversion) ist insofern erwünseht, als auf diese Weise neben der Energieerzeugungdurch den Kernspaltungegrozea zugleich neuer Brenn- stoff gewonnen werden kann, Ist der Zuwachs an neu gewMmenem Brexmstof grSsser as an Syemistoff verbrauchtworden st so sppeht man von *bräten andernfalls von konvertieren*. Wenn im folgenden nur von konvertierbaren Substanzen die Rede lst so ist damt aatSrIlch deren Eigesschaft bratbar zu ßet auageachlosssw Um daß in der Obertlãchenschieht des Brennstoffelementes gebildete spaltbare Material in mbgliehst konzentrierter Form gewinnen zu kn- nen, geht man so vor daes man die berfläehensehicht der unbrauchbar gewordenenBretuastoj*felemente meohanisch ablSt z<B. durch Abdrehen oder Abhobeln. Anaohlleenend wird dau aogedrehte flaterial und der Ubrig gebliebenBren=tortkern In ßetrennten Verfahren aufbereitet, Dieses Verfahren ist insofern kostspielig und sehr kompliziert, als alleArbeitsvorglnge hinter entzprechenden AbzehlzzirurZen vorgenotzen und ferngesteuert werden Küssen (paljL und toxieo Verseuhmg derArbe1tsr ? iume durch Metallstaub). Hinzu kommt dass sich die Brenn- stoffelemente 1m Betrleb meist verworfen haben oder brUchig ge-1orden sind, so dass beim Abhobeln der Oberflaehenschlcht. wenn dies nerhaut noch möglich is auch Teile des stark"vergifteten fernes at abge- tragen werden msen. adureh verschlechtert sieh i@ irtsehaftlieh* k3. t. des beretungsvrtahres dean der erreichbare Geina. an spalte bareai Materlal"z. B. an","llutonlikni Jat = zo Zri3azer"je dunner die ab- jgedreht ScihLc st ? esn ameh dr Sewins. an nzeatrat a Ite er insgesamt aus dieser SseM erzelbarsa p'stuameBg ebt geârehte Scht h der Ge e us} ffi*aarat au5 a ChzGt Ein weiterer Gesichtspunkt Ist er ass öie azutgesde gelMie&e SeweS ou Ck uM r A jeweils VOM Xweek üS öep Art r BpeEnstoffafereltMa abSsEgt. e gEsdg et ist so&h wird von Fall Fall eine ändere Schichtrlicko die wirtschaftlich günstigste sein. Sohlie$sllch 1st noch zu beachten. dass die Sehieht- diek, o von der Position es Bressteffelesentes ia. Seaktor abhaesa. ann. Bc mit. dem ocegenane Vcrfay samsenhsenea SeMerßketen sindd SgesaB F NepHBg VOR voRßyea saageseslte< a. n erhS nehr mX zu ht erhãl t vielmehr m !. t BUcke1ebt auf das anzuwendende Auf : berl tung$ver : fab.- ren und den erz1elbarenGewlnn an konvertiertem spaltbarem Mawr1al mit einfachsten Kitteln gSastigste Ifetnisse wesn das Brenasteffele- ï :. lent gell : ies der-Neuerung zwei vecrseb1edene Zonen aufweist, nämlich. in lannzos die im wesentlehen & ? Eernspaltaasp&zess beteiligt eine Innenzone Kne n ey im Mesenilehsn er Kenwersiensprxess stattfindet. Zone"In der im wesentlichen der K*nversionsprrozeas rtattriteet. ZurGewiRnung des vert-een Nerials in ar Santelzone kaxm me. sich je nach der Art und der AabriagaBg desseles pssli-scher oderchemischer ßegeenenfals aeh beider Sittel ene. Is egen< satz zu dem ekannten Verfahren ist dabei aber die Bildung radioakti- ven bZW. texischen Stau7oes u. dgl. vemieden. In der Zeichnung sind in den Piguren 1 bis 3 des neuenBrennstoffelementeß darßestellt. Beim Brennstoffelement gemäss Fig. t ist die is wesentiichen äs Sern- spaltungsprozeasbeelgte Isneszeae 3. sit r s öünne Seicht auf- gebrachtenund ablösbaren"Im wesentlichen amkonversionsprozese betei- Xlgten fiianteS ns ligtenKantelzone 2 ulgeien. Tr der dzlnneii ist l. ic-r nicht der Kern des Brennstoffelementes selber'., sondern eine zur Mantel- zonegeh3rende SUIse 3 die-Qer den ern gezogen use mit mechanischen Mitteln leicht. ablßsbar ist. Wennman drch onpreende Bemeasung der cbichtsrke dafHr sorgt, daa e mltlere Konzentration an konvertiertesißeTal ia eines gUnSHgenVerhlltnis zur lnsgesfflt gewonnenen Plutoniumenge steht. « so erEasat N&R ia ; bosn der Haise gHgleieh ismer gerade dejage OberflßheBSchieht eises verglehrn, geshnisen BreanstoffeleBea tes bei der das AMfereitungsvepfahren af jeden Fall rtschaftlieh ist. Die Bedeutung der Neuerung liegt weiter darin, daas die Gewinnung undAufbereitung dieser Scbieht hier t ; erkstatteobnisch erheblich e111- faher genauer und uaetShrliher vor sieh eht, BezüglicherBesessuagdepSehietit-stSrewhlt ztecnässi s. B. f en Pal< dass eine möglichst grasse iMoaiüoseag bei möglichst hdhey hiittleyer JSonsentration eoaen werden sa-13. als SrieriMm das höher iittlerer Kon-. entration v, 1,-erdee--1 zoll a'. s l,, ri-terium d*. ts Produkt us der Mittleren Inonuaossntaton und <d In der Schicht gMeteR. PloNg'esaMtseHjge. Bas. wrtehaflee KoxNMs er SsMeht-' dicke erhz'Ilt man dann leicht nach der Formel2.... D ; : 1,, 25. in derder tüakrorpkoplealie und D die Schichtdicke Beim Brennstoffelement gsss Fig. l sind die Inneazone 1 und <Sie Mn- telzone-a.M chemischgleichartigreagierendenapalt-kaertier- barren Materialien zB< ans n&tSrlicbes raa. aufgebaut. MShIt san Jedoch tUr beide Xone chemisch verschiedenartig reairede-SM- stanzen"so so st-aaeh de lsug es Hancisscylse Meekmssig sit che ! Biscn Mittern vorzihs-en jßa. solches Bimstoffement iet n F : ts. 2 daraestilt. Gem : ! ss Fig.. 21st die Innenzone 4. die aus Uranoxyd a'"afgebaut sein kann. direkt ml t einer dünnen Schicht metallischen Urans 5 fiberzogen. Zur Aufbereitung dßy Santelsshißht 3L8st man diess in eines LBsuagsittel A w der Mmtelxch ST rB z.B. inS. m'en&nf und-erhalt-ese LSsang die eise esestlsa hShepe Pluteriiumkonzentratio--i als die =eh Iruwj :,. 7, eno des Breu-nstoti-"- elementes enthält NachEinern"MerRoysclgepNeersgam 1 tSUtes Bren3stoffeemßßen s. s HlLeemateri x. B. AiHmlnls oäey ym zugleich mit koMFrtierbaa&a Ssaazen lgipes dep lese in jPö3 ? m vonj5inechiasaen, z. B. metallischem Uran Sranoxyden, Karbiden usw. unter da. Hüllenmaterlal mischen. Ein Brennstof'felement der setzt- genannten Art Ist In Fig. 3 dargestellt. ie InexOR 6 es SymmtoffeINentes Ist m ey Eallisoen HUlle 7 umgeben, die den Kembrennstott-z. . metallIsches Uran oder Uranoxyd vor Korrosion durch àas KUbl-oder f ! 1oderatom1ttel sehUtzt. ure YO h 4 el tzt Se ist mUt sehr oder'wemge fes verteilten ran-oer ThorlBeis- schlüssendurehsetzt, die dureh die vell agelegten Teile a er Hlse 7 angedeutetsind. Zur Aufbereitung des in Fig. 3 dargestelltes SyesnsteffLesentes wird e HUlle T cechanisch entfernt und chemisch weiter behandelt. Se $st ch auch mit emsche tten die dss übrige nicht angrei- ten,. vom Brennatottkern ab16ee1h Dabei mUssen nicht notwendig d1e konvertlerbarenLegierungsbestandtelle bzw. die entsorechenden Ein- sohlusser4 : tt aurgelöst werden, Sie können vielriehr sofort als feste Bestandteilein der Lösung zurückbleiben. Anstattdie Mantelzonevondelasenzone slsenkatm selbstver- stündlich auch umgekehrt verfahren* Die Neuerag ist auch nicht auf dien den Pjguren dargeelte ZyliRderfrm des Brennstofelementes nochauf Brennstoftelemente Ubecbaupt beschpakt* Sa ans vielmehr von ihr d n Prozessn ebraueb machen i enen ein rc chssi sehe oder physikalische Prozesse verwanàel tes Material in bober Konzen- t, ratioli in einer insöesonciere in deren eoerf lachen- schichten, gewonnen werden zoll. Voraussetzun fy die Anendbarkei der eaissen ufbereitungsver- fahren ist natUr11ob"dass ein merk11cl1er Unterschied der Lösbarkeit zsce eat ern des Breassoffßleaeaes URd aessea NantelSHbsaz in eluem spezltisehen U1ttel geGeben ist. 5chutzansprUohe 3Figuren Fuel element for nuclear reactors It is known that in heterogeneous reactors by resonance absorbers tion in a relatively thin Oerfichensehteh ey Brenasteffeleaente Essentially plutonium or uranium 233 in relatively high con- centering is formed. The formation of fissile plutonium or uranium from the substances uranium 238 and thorium S32 by seutron input (Conversion) is desirable insofar as in this way alongside the Energy generation through the nuclear fission grozea at the same time new fuel substance can be extracted, Is the increase in newly created Brexmstoff greater than in Syemistoff has been consumed, you can see from * roasts, otherwise from convert*. If in the following only from convertible substances the speech is so that at that time their properties can be roasted ßet auageachlosssw To that formed in the Obertlãchenschicht of the fuel element obtain fissile material in as much concentrated form as possible. nen, you go so before that you remove the surface layer of the unusable Bretuastoj * f elements that have become meohanically ablSt z <B. by turning or planing. Anaohlleenend is permanently turned flaterial and the rest remainedBren = pie core prepared in separate processes, This method is costly and very complicated in that all work processes behind corresponding countdowns and remotely controlled kisses (paljL and toxieo Verseuhmg the worker? iume by metal dust). In addition, the focal Most of the material elements have been discarded or brittle in the area so that when planing off the surface if this is the skin parts of the heavily poisoned distant area are still possible. will have to carry. adureh worsened see i @ irtsehaftlieh * k3. t. of the consultation process dean the attainable Geina. at column bareai Materlal "z. B. an", "llutonlikni Jat = zo Zri3azer" the thinner the rotated ScihLc st? esn ameh dr Sewins. at nzeatrat a Ite he altogether from this SseM erelbarsa p'stuameBg ebt turned sheath of the Ge e us} ffi * aarat au5 a ChzGt Another point of view is he ass öie azutgesde gelMie & e SeweS ou Ck uM r A from Xweek uS öep Art r BpeEnstoffafereltMa. e gEsdg et is so & h a different shift will be the economic one, depending on the case be cheapest. Sohlie $ sllch is still to be observed. that the sight- diek, o from the position es Bressteffelesentes ia. Seaktor abhaesa. ann. Bc with. the ocegenane Vcrfay samsenhsenea SeMerßketen sindd SgesaB F NepHBg VOR voRßyea saageseslte <a. n your more mX to ht rather gets m!. t BUcke1ebt on the applicable revision $ ver: fab.- and the achievable gains in converted fissile mawr1al the simplest smocks, the greatest knowledge of what the Brenasteffele- ï:. lent gell: this innovation has two vecrseb1edene zones, namely. in lannzos the essential loan &? Eernspaltaasp & zess involved an inner zone Kne n ey in the Mesenilehsn he Kenwersiensprxess takes place. Zone "In which essentially the K * nversionsprrozeas rtattriteet. To obtain the vert-een nerial in ar Santelzone kaxm me. depending on the type and pattern of the pssli-scher or chemical damage is wrong in both ways. Is egen < The mainstay of the known process is the formation of radioactive ven or avoid texical traffic jams and the like. In the drawing are in Piguren 1 to 3 des new fuel elements. In the case of the fuel element according to FIG. Isneszeae 3. brought and removable "essentially involved in the conversion process Xlgten fiianteS ns ligenKantelzone 2 ulgeien. Tr the dzlnneii is l. ic-r not the core of the fuel element itself, but a shell zoned SUIse 3 die-Qer den ern pulled use with mechanical Means easy. is removable. If one takes care of this through the specific dimensioning of the report thickness, the middle concentration of converted white valley generally one Incremental ratio to the amount of plutonium obtained from insfflt. « so erEasat N&R ia; bosn der Haise gHgleieh ismer straight dejage Surface lifts ice cream, sanitized BreanstoffeleBea tes in which the preparation process af in any case relatives is. The importance of the innovation lies in the fact that it is the extraction and preparation of this sheet here t; Obviously substantial e111- be more precise and take a closer look at Regarding the ownership statusepSehietit-stSrewhlt ztecnässi s. B. f en Pal <that the greatest possible iMoaiüoseag with as possible hdhey hiittleyer JSonsentration eoaen be sa-13. as SrieriMm that higher middle class. entration v, 1, -erdee - 1 inch a '. sl ,, ri-terium d *. ts Product us of the Middle Inonuaosntaton and <d In the stratum gMeteR. PloNg'esaMtseHjge. Bas. wrtehaflee KoxNMs he SsMeht- ' thickness can then easily be obtained according to formula 2 .... D; : 1 ,, 25. in derder tüakrorpkoplealie and D the layer thickness In the fuel element as shown in Fig. 1, the inner zone 1 and <You Mn- telzone-aM chemically similarly reacting apalt-kaertier- barren materials e.g. <ans n & tSrlicbes raa. built up. MShIt san However, for both Xones chemically different reairede-SM- punch "so so st-aaeh de lsug es Hancisscylse Meekmssig sit che! Until midnight vorzihs-en jßa. such a pumice element is n F: ts. 2 daraestilt. Gem:! ss Fig. 21st the inner zone 4. which can be built up from uranium oxide a '". coated directly with a thin layer of metallic uranium. To the Preparation of the Santelsshißht 3L8st this is in a Lsuagsmittel A w der Mmtelxch ST rB e.g. inS. m'en & nf and-get-ese LSsang die eise esestlsa hShepe Pluteriiumkonzentratio - i als die = eh Iruwj:,. 7, eno des Breu-nstoti - "- element contains According to a "MerRoysclgepNeersgam 1 tSUtes Fuel measurements see cover materials. B. AiHmlnls oäey ym at the same time with komFrtierbaa & a Ssaazen lgipes dep read in jPö3? m vonj5inechiasaen, e.g. B. metallic uranium, sranium oxides, carbides, etc. under there. Mix the casing material. A fuel element that sets mentioned type is shown in Fig. 3. he InexOR 6 es SymmtoffeINentes ist m ey Eallisoen Surround 7, the Kembrennstott-z. . metallic uranium or Uranium oxide from corrosion by àas KUbl or f! 1or atomic protection. ure YO h 4 eletzt It has to be very or very well distributed. The key goes through the well laid parts of the sleeve 7 are indicated. For the preparation of the SyesnsteffLesentes shown in FIG. 3 the cover is mechanically removed and chemically treated further. Do not attack the rest of the th ,. vom Brennatottkern ab16ee1h It is not necessary to d1e convertible alloy constituents or the corresponding income sohlusser4: tt be resolved, you can be much more immediate as a fixed Components remain in the solution. Instead of the coat zone Proceed in reverse every hour * The Neuerag is not open either The cylinders of the fuel element are shown to the figures nor on fuel elements Ubecbaupt beschpakt * Sa ans rather Brewing the process from her make me a rc chssi see or physical processes transformed material into bober concentration t, ratioli in an insöesonciere in whose eoerf laugh - layers, won customs. The prerequisite for the availability of the external processing Driving is of course whether there is a noticeable difference in solvability zsce eat ern des Breassoffßleaeaes URd aessea NantelSHbsaz is given in eluem special U1ttel. 5 protection requirements 3 figures

Claims

SchutsnsrHehe . Well No

es fuel element fS Kersyeetorn asrc. eennseiehaet, ass there are two different zones one: t = enzone., the essentially on! Keynspltagsprssess involved & s nd a this a. ls ässepe Sehih mea sls & ay Hantelsae in <gey liri at least that

2. Fuel element according to claim 1, characterized in that rzekeimzeichnotg the layer thickness of the jacket zone with regard to the economic possibility of processing & vfahßns is optimally measured, and according to dey PaymelL D 13. swar ¢ twa

}. Fuel element according to claim 111 dad "ùreh öekennzeiehnet.". that i XBnen un. ie sntesose as hsadseh verseheenPtg rea- grenen Sutsne aMfess ind, so-aa. ss se st. eEseHea. Funds are separate from each other.

4-FUEL ELEMENT MWh An- 4 * t) rufah 1, characterized in that dch z c> n men ft sichZKiscen er Imen "ss. @p aatelzane a se'elma. lssh a. b- 13a $ bar sleeve is located which is used as 'Ger dey Santelseheht'.

5. Fuel element according to claim! Kc & i. ssit SchmtzhHe dadu'c ge G denotes da ss smiamatepal sit spat-bM. coavert released substances or in the form of substances ßetzt; tstt so daas the Shx fe S