DE2032030C3 - Brennelementstab für einen natriumgekühlten Reaktor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Brennelementstab mit Natrium-Bindung für einen natriumgekühlten Reaktor, mit einer Stabhiille, die Kernbrennstofftabletten enthält und die am kopfseitigen Stabende eine öffnung aufweist

Ein derartiger Brennelementstab ist aus der GB-PS 10 39 941 bekannt Derartige Brennelementstäbe weisen bei natriumgekühlten Reaktoren besondere Vorteile auf, da sie einerseits eine einfache Lösung des Schwellproblems des Brennstoffes und andererseits hohe Stableistungen ermöglichen.

Bei dem bekannten Brennelementstab ist ein freier Natriumspiegel der Bindung vorhanden in Verbindung mit einem großen Gasplenum. Die öffnung am Kopfende des Stabes ermöglicht einen Druckausgleich zum umgebenden Natriumkühlmittel, so daß das Stabinnere unter einem gewissen Unterdruck steht da der Kühlmitteldruck am Kernaustritt geringer ist als am Kerneintritt Der innere Unterdruck bewirkt zwar, daß Natrium der Bindung bei Undichtigkeiten auf keinen Fall aus dem Stab verloren geht jedoch ist bei diesem Brennelementstab durch den erniedrigten Innendruck eine niedrige Siedetemperatur des Natriums der Bindung bedingt so daß ein unbehinderter Verlust der Natriumbindung bei Überschreiten der Siedetemperatur auftritt

Aus der BE-PS 7 17 568 ist auch bereits ein Brennelementstab für einen natriumgekühlten Reaktor, bekannt mit einer Stabhülle, welche Kernbrennstofftabletten enthält wobei am kopfseitigen Stabende sowie am Stabfuß jeweils eine öffnjng vorgesehen ist durch die ein Druckausgleich zwischen dem Stabinneren und dem Kühlmittel hergestellt wird und wobei am kopfseitigen Ende des Brennstabes vor der Öffnung ein gasdurchlässiger Drosselkörper eingesetzt ist, der für flüssiges Natrium einen sehr hohen, für Gase einen sehr niedrigen Strömungswiderstand darstellt. Bei diesem Brennelement ist der Zwischenraum zwischen Hülle und Brennstofftabletten nicht mit Natrium ausgefüllt, d. h. es liegt kein Natriumbindung vor. Außerdem kann bei diesem Brennelementstab bei lokalen Kühlstörungen ein Sieden der Natrium-Bindung vor einem Sieden des Kühlmittels auftreten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Brennelementstab der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein Verlust des Bindungs-Natriums zuverlässig verhindert wird und daß bei lokalen Kühlungsstörungen ein Sieden der Natrium-Bindung vor einem Sieden des Kühlmittels unterdrückt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die den Anspruch 1 kennzeichnenden Merkmale gelöst

Bei dem erfindungsgemäßen Brennelementstab wird somit der gewünschte innere Überdruck durch Druckausgleich des Stabinneren mit dem Kühlmittel am

Stabfuß erreicht Der erzielbare Überdruck an den

primär gefährdeten Stellen ist überproportional zur jeweiligen Stableistung und kann bei Vollast einige

Atmosphären betragen. Der Drosselkörper, der am oberen Ende des Stabes

eingesetzt ist sorgt dafür, daß die Gase relativ ungehindert den Bindungsraum verlassen können, während er das Abströmen des Natriums nach oben hin weitgehend unterbindet

Durch das Rückschlagventil wird die Verbindung der

2ϊ Natrium-Bindung zum Kühlmittel am Stabfuß kontrolliert so daß in Verbindung mit dem Drosselkörper bei einer starken Volumzunahme im Stabinneren durch Natriumsieden und thermische Dehnungen sich sofort ein Druck aufbaut der das Natriumsieden wiederum unterdrückt Diese Siedekontrolle ist umso wirksamer, je weniger Gas im aktiven Stabteil vorhanden ist Ein eignes Gaspolster entfällt aber, da die Spaltgase mit dem Kerndruckabfall als treibende Kraft viel leichter durch das Filter gepreßt werden als das flüssige Natrium.

Der erfindungsgemäße Brennelementstab weist folgende Vorteile auf:

Bei Undichtigkeiten wird die Natrium-Bindung vom Elementfuß her ständig vom Kühlmittel her erneuert

Die Natrium-Bindung kann wegen Fehlens eines Gasplenums und wegen des hohen Abströmwiderstandes nur sehr langsam durch Sieden verlorengehen, so daß die Kerninstrumentierung mit größerer Wahrscheinlichkeit rechtzeitig eingreifen kann, da die

t5 Schadensausbreitung langsam vor sich geht bzw. bei Kühlungsstörungen das Kühlmittel evtl. früher zum Sieden kommt

Auch ist bei dem erfindungsgemäßen Brennelementstab eine blasenfreie Natriumfüllung von unten in den

so fertigen, trockenen, mit Brennstoff gefüllten Stab leichter möglich, als das bisherige bekannte Einfüllen von oben. Zum anderen dürfte die zwar geringe, aber doch vorhandene, durch den Abfluß von Natrium aus dem Drosselkörper verursachte Natriumströmung im Spalt von unten nach oben dazu helfen, Blasen nach oben zu transportieren und ein Festsetzen von größeren Blasen im Spalt zu erschweren.

Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist das Rückschlagventil am Brennelementfuß mit einem Überdruckventil versehen, um den thermischen Dehnungen des Natriums vom kalten bis zum heißen Betriebszustand Rechnung zu tragen, falls das über den Drosselkörper in geringen Mengen abströmende Natrium nicht schnell genug einen unzulässigen inneren

^far' Überdruck abbauen kann.

\nhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher erläutert. Das Brennelement besieht aus der Hülle 1, in dem

der Brennstoff in Form von Pellets 2 eingebracht ist Im Spaltraum 3 zwischen Hülle und Brennstoff befindet sich Natrium für die Natrium-Bindung. Der Brennelementstab weist eine obere öffnung 4 und ehe unter öffnung 5 auf, die nach der Fertigung, d. h, nach dem FülleE des Brennelementstabes mit Natrium durch eine geeignete Dichtung vorläufig bis zum Einsatz im Reaktor verschlossen sind. Zwischen dem Brennstoff und der oberen öffnung befindet sich ein Drosseikörper 6, der für Gase leicht, für Natrium dagegen schwer durchdringbar ist An dem Drosselkörper schließt sich eine Tauchglocke 7 an.

Im Stabfuß ist ein Rückschlagventil 8 vorgesehen, das gewährleistet, daß im Normalfall nur Natrium von außen nach innen in den Stab eintreten kann. Das Rückschlagventil enthält weiterhin ein kugelförmiges federbelastetes Oberdruckventil 9, das bei einem zu hohen Innendruck im Stab in Funktion tritt und Natrium aus dem Stab heraustreten läßt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Brennelementstab mit Natrium-Bindung für einen natriumgekühlten Reaktor, mit einer Stabhülle, die Kernbrennstofftabletten enthält und die am kopfseitigen Stabende eine öffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise am Stabfuß ebenfalls eine öffnung vorgesehen ist, durch die ein Druckausgleich zwischen dem Stabinneren und dem Kühlmittel am Stabfuß hergestellt wird, daß in gleichfalls bekannter Weise am kopfseitigen Ende des Brennelementstabes vor der öffnung (4) ein gasdurchlässiger Drosselkörper (6) eingesetzt ist, der für flüssiges Natrium einen sehr hohen, für Gase einen sehr niedrigen Strömungswiderstand darstellt und daß in der fußseitigen öffnung ein Rückschlagventil (8) angeordnet ist

2. Brennelementstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (8) mit einem Überdruckventil (9) versehen ist

3. Brennelementstab nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß oberhalb des Drosselkörpers (6) eine Taucherglocke (7) angebracht ist