DE1852863U

DE1852863U - FUEL ELEMENT FOR LIQUID OR GAS-COOLED HETEROGENIC ATOMIC REACTORS.

Info

Publication number: DE1852863U
Application number: DES31986U
Authority: DE
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens Corp
Priority date: 1959-09-18
Filing date: 1959-09-18
Publication date: 1962-06-07

Description

Brennelement für flüssigkeits-oder gasgekühlte heterogene Atomreaktoren Bei heterogenen Kernreaktoren befinden sich die den Spaltstoff enthaltenden Brennelemente innerhalb von Kühlkanälen und geben die in ihnen erzeugte Wärme an ein entsprechendes flüssiges oder auch gasförmiges Kühlmittel ab. Die zulässige Leistungsdichte im Spaltstoff ist dabei durch die zulässige Heizflächenbelastung begrenzt. Aus diesem Grunde ist es üblich, den Spaltstoff in Form von dünnen Stäben, Hohlrohren oder Platten anzuordnen, unter Umständen sogar mit Anbringung zusätzlicher, die Oberfläche vergrößernder Kühlflächen. Die Herstellung dieser Bauformen ist oftmals mit Schwierigkeiten verbunden. Außerdem begrenzen die Abbrandeffekte die Einsatzdauer dieser Brennelemente oft stark. Fuel element for liquid or gas-cooled heterogeneous nuclear reactors In the case of heterogeneous nuclear reactors, the fuel elements containing the fissile material are located inside cooling channels and give the heat generated in them to a corresponding one liquid or gaseous coolant. The permissible power density in Fissile material is limited by the permissible heating surface load. For this Basically, it is common to use the fissile material in the form of thin rods, hollow tubes or To arrange panels, possibly even with the attachment of additional, the surface enlarging cooling surfaces. The manufacture of these designs is often difficult tied together. In addition, the burn-up effects limit the service life of these fuel elements often strong.

Die vorliegende Neuerung vermindert diese Nachteile und schlägt ein neuartiges Brennelement aus ummanteltem, drahtförmige und spulenartig gewickeltem Spaltstoffmaterial für flüssigkeits-oder gasgekühlte heterogene Atomreaktoren vor. Neuerungsgemäß ist es dadurch gekennzeichnet, daß es durch stellenweise Verbindung der Spulenwindungen untereinander oder mit einem Tragkörper zu einem im wesentlichen in sich starren Körper mit regelmäßigem geometrischem Aufbau verfestigt ist.The present innovation reduces these disadvantages and works New type of fuel element made of jacketed, wire-shaped and coiled-wound Fissile material for liquid- or gas-cooled heterogeneous nuclear reactors. According to the innovation, it is characterized in that it is connected in places of the coil turns with each other or with a support body to one essentially is solidified in itself rigid body with a regular geometric structure.

Die Figuren 1 bis 5 zeigen Beispiele verschiedener Aufbaumöglichkeiten, an denen das Wesen der vorliegenden Neuerung näher erläutert werden soll.Figures 1 to 5 show examples of different construction options, where the essence of the present innovation is to be explained in more detail.

Gegenüber gebräuchlichen Formen von Spaltstoffen, die meistens in Stab-, Rohr-oder Plattenform Verwendung finden, wird bei dieser Neuerung von einem Urandraht ausgegangen. Dieser kann aus Uranmetall oder aus einer Uranlegierung bestehen und wird nach den üblichen Verfahren hergestellt. Dabei kann vorteilhaft gleichzeitig eine metallische Ummantelung mit aufgebracht werden, um während des Betriebes entstehende Spaltprodukte zurückzuhalten und den Spaltstoff selbst gegen Korrosion zu schützen. Ähnlich wie bei den Drahtherstellungsverfahren für andere Metalle kann auch hier der Überzug mit dem Urankern gemeinsam dem Ziehprozeß unterworfen werden. Ebenfalls sind anschließende Wärmebehandlungen zweckmäßig, um eventuelle Ziehtexturen zu beseitigen. Die weitere Verarbeitung des Drahtes zu den eigentlichen Brennelementen kann gewissermaßen von der Trommel aus erfolgen.Compared to common forms of fissile material, which are mostly in Rod, tube or plate form use is used in this innovation by one Run out of uranium wire. This can consist of uranium metal or a uranium alloy and is manufactured according to the usual methods. It can be advantageous at the same time a metallic sheathing can be applied to prevent damage occurring during operation To hold back fission products and to protect the fission material itself against corrosion. Similar to the wire production process for other metals can also be used here the coating with the uranium core are subjected to the drawing process together. Likewise Subsequent heat treatments are appropriate to remove any drawing textures. The further processing of the wire to the actual fuel elements can to a certain extent be done from the drum.

In einer anderen Ausführungsform kann der Brennstoffdraht aus einer dünnen plastisch biegbaren Hülle bestehen, in welche nichtmetallischer Spaltstoff (z. B. UO2) eingepreßt ist. Die Herstellung kann erfolgen, indem man loses Pulver in dünne Rohre eines etwas größeren Durchmessers einfüllt, und Durchmesser und Wandstärke unter gleichzeitiger Verdichtung des keramischen Brennstoffes durch Rundhämmern reduziert.In another embodiment, the fuel wire can consist of a thin, plastically bendable sheath, in which non-metallic fissile material (e.g. UO2) is pressed in. Manufacture can be done by getting loose powder filled into thin tubes of a slightly larger diameter, and diameter and wall thickness with simultaneous compression of the ceramic fuel by rotary hammering reduced.

Figur 1 zeigt nun einen derartigen Brennelementaufbau. Dabei bildet der Spaltstoffdraht 1 eine zylindrische Wicklung um einen Spulenkörper, der aus den in einem Sechseck angeordneten Staben 2, die beispielsweise auch hohl sein können, sowie den Stegen 3 besteht.Figure 1 now shows such a fuel assembly. It forms the carbon wire 1 a cylindrical winding around a bobbin, which is made of the bars 2 arranged in a hexagon, which can also be hollow, for example, as well as the webs 3 consists.

Die Figur 2 ist ein Längsschnitt durch eine derartige Spulenanordnung. Hierin ist ersichtlich, daß die Urandrähte 1 mit Abstand gewickelt sind, um den Durchtritt des Kühlmittels zwischen den Windungen und damit eine bessere Kühlwirkung zu ermöglichen. FIG. 2 is a longitudinal section through such a coil arrangement. It can be seen here that the uranium wires 1 are wound with a spacing around the Passage of the coolant between the windings and thus a better cooling effect to enable.

Dies wird weiter unterstützt durch das Strömungsleitrohr 4, das in Verbindung mit der Innenwandung des Kühlkanals 5 für eine dichte Führung des Kühlmittels entlang der Windungen sorgt. Zur Halterung der Windungen auf dem vorgesehenen Abstand werden diese wenigstens teilweise an den Berührungspunkten mit den Stäben 2 verbunden, beispielsweise verlötet. Die offenen Enden des Drahtes am Anfang und am Ende einer derartigen Brennelementspule werden durch Aufdampfen eines geeigneten Metalles oder durch Auflöten einer entsprechenden Kapsel abgedichtet.This is further supported by the flow guide tube 4, which is shown in FIG Connection to the inner wall of the cooling channel 5 for a tight guidance of the coolant along the turns. To hold the turns at the intended distance these are at least partially connected to the bars 2 at the points of contact, for example soldered. The open ends of the wire at the beginning and end of one Such fuel assembly coil are by vapor deposition of a suitable metal or sealed by soldering a corresponding capsule.

Figur 3 zeigt schematisch einen Weg zur elastischen Gestaltung des Tragkörpers. Hier werden die Stege 3 aus federndem Material in vorgespannter Form mit den Längsstegen 2 verbunden und ermöglichen somit bei einer Längsausdehnung des Drahtes eine Durchmesservergrößerung der Spule.Figure 3 shows schematically a way of elastic design of the Support body. Here, the webs 3 are made of resilient material in a prestressed form connected to the longitudinal webs 2 and thus enable a longitudinal expansion of the wire an enlargement of the diameter of the coil.

Eine andere Möglichkeit zeigt Figur 4. Die gelenkigen Stege werden in ihren Mittelpunkten durch Stäbe mit zwischengehalteræn Zugfedern 7 verbunden, die aufgrund der Hebelübersetzung eine Durchmesservergrößerung des Tragkörpers bei sich längenden Spaltstoffdrähten ermöglichen. Es sind natürlich noch andere Konstruktionen denkbar, um den Tragkörper elastisch nachgiebig zu gestalten.Another possibility is shown in Figure 4. The articulated webs are connected in their centers by rods with intermediate tension springs 7, which, due to the leverage, increases the diameter of the support body allow elongated fissile material wires. There are of course other constructions conceivable to make the support body elastically resilient.

Eine andere Möglichkeit des Brennelementaufbaues, jedoch ohne Tragkörper, besteht darin, dem Brennelement die Gestalt einer Kreuzwickelspule zu geben, deren Windungen an den Berührungsstellen fest miteinander verbunden, z. B. verlötet, sind. Eine derartige Brennelementanordnung ist im Querschnitt in Figur 5 dargestellt. Das Wickeln dieses Elementes erfolgt über die Wikkelstege 9. Anschließend erfolgt die Verbindung der Drähte an den Berührungsstellen 8 beispielsweise durch Lötung. Dadurch erhält der gesamte Körper eine derartige Festigkeit, daß sich die Wickelstege 9 erübrigen und herausgezogen werden können. Bei dieser Brennelementform. die hier fünfeckig angenommen wurde, kann sich ebenfalls ein Strömungsleitzylinder 4 als zweckmäßig erweisen. Diese Anordnung ist zwar gegenüber den vorbeschriebenen etwas komplizierter, hat aber drei große Vorteile : 1. der Draht kann ohne Abstand dicht an dicht gewickelt werden, 2. durch die sich im Kühlungsmittel kreuzenden Drähte wird in diesem eine größere Turbulenz hervorgerufen, was mit einer besseren Kühlwirkung verbunden ist, 3. in der Volumeneinheit kann wesentlich mehr Spaltstoffmaterial untergebracht werden, was gleichbedeutend ist mit einer kompakteren Aufbaumöglichkeit des gesamten Reaktors.Another possibility of assembling the fuel assembly, but without a support body, consists in giving the fuel assembly the shape of a cross-wound coil, whose Windings firmly connected to one another at the points of contact, e.g. B. are soldered. Such a fuel assembly is shown in cross section in FIG. The winding of this element takes place via the winding webs 9. This then takes place the connection of the wires at the contact points 8, for example by soldering. This gives the entire body such a strength that the winding webs 9 are superfluous and can be pulled out. With this fuel element shape. this one was assumed pentagonal, a flow guide cylinder 4 can also be as prove expedient. This arrangement is somewhat compared to the one described above more complicated, but has three major advantages: 1. The wire can be tight without a gap wound tightly, 2. through the wires crossing each other in the coolant a greater turbulence is created in this, which leads to a better cooling effect is connected, 3. in the volume unit can be significantly more fissile material housed, which is synonymous with a more compact design option of the entire reactor.

Selbstverständlich ist eine derartige Kreuzwickelspule nicht auf einen fünfeckigen Aufbau beschränkt. Auch können die um die zylindrische Oberfläche gewickelten Drahtpartien gewölbt sein, um der Spule das äußere Bild einer mehr kreiszylindrischen Anordnung zu geben. Diese Anordnung hat außerdem den Vorteil, die unterschiedliche Längenausdehnung zwischen diesen Drahtpartien an der Peripherie und im Inneren der Kreuzwickelspule ohne Schwierigkeiten aufzufangen.Of course, such a cross-wound bobbin is not on one pentagonal structure limited. They can also be wound around the cylindrical surface Wire sections be arched to give the coil the outer appearance of a more circular cylindrical shape To give arrangement. This arrangement also has the advantage of being different Linear expansion between these wire sections on the periphery and inside the cross-wound bobbin to catch without difficulty.

Der Stromungsleitzylinder im Inneren derartiger spulenförmiger Brennelemente kann-falls er überhaupt erforderlich ist-selbstverständlich auch mit zusätzlichen Wirbel-und Strömungsleitflächen versehen sein, auch in seiner Querschnittsform kann er der jeweiligen Brennelementspule angepaßt werden.The flow guide cylinder inside such coil-shaped fuel assemblies can - if it is necessary at all - of course also with additional Vortex and flow guide surfaces can be provided, also in terms of its cross-sectional shape he can be adapted to the respective fuel assembly coil.

In gleicher Weise können selbstverständlich auch Brutelemente z. B. aus Thorium gestaltet werden, insbesondere dann, wenn diese ohne Zwischenaufbereitung nach Abschluß der Konvertierung als Brennelemente weiter verwendet werden sollen.In the same way, of course, breeding elements z. B. made of thorium, especially if this is done without intermediate processing are to be used as fuel assemblies after the conversion has been completed.

Diese Beispiele erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit, es sind noch viele andere Wickelformen denkbar. So wäre es z. B. auch möglich, den Spaltstoffdraht in Längsrichtung des Brennelementes zu wickeln.These examples are by no means exhaustive, they are many other winding forms are also conceivable. So it would be B. also possible, the carbon wire to wind in the longitudinal direction of the fuel assembly.

6 Schutzansprüche 4 Figuren6 claims for protection 4 figures

Claims

Claims for protection 1. Fuel element from jacketed, wire-shaped and Coil-like wound fissile material for liquid- or gas-cooled heterogeneous Nuclear reactors, characterized in that it is connected in places by the Coil turns with one another or with a support body to one essentially is solidified in itself rigid body with a regular geometric structure.

2. Fuel assembly according to claim 1, characterized in that there is a has cylindrical cross-winding-like coil shape.

3. Fuel element according to claim 1, characterized in that the winding wire applied to an elastic support body and fastened, for example soldered, is.

4. Fuel assembly according to claim 1, characterized in that it is the Has the shape of a supporting body-free cross-wound bobbin, the turns of which on the Contact points firmly connected to one another, e.g. B. are soldered.

5. Fuel element according to claim 1, characterized in that the coil is wound from tubular wire.

6. Fuel assembly according to claim 1, characterized in that are located in the interior of the coil flow guide.