DE1220532B - Verfahren zur Herstellung eines Kernreaktor-Brennstoffelementes - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

G21c

Deutschem.: 21g-21/20

Nummer: 1220532

Aktenzeichen: P 23108 VIII c/21 g

Anmeldetag: 8. Juli 1959

Auslegetag: 7. Juli 1966

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Kernreaktor-Brennstoffelementes, wonach ein auf seiner Oberfläche mit Ausnehmungen versehener fester Brennstoffkörper in einen Behälter eingeschlossen und die Behälterwandung in diese Ausnehmungen dann eingedrückt wird.

Kernreaktor-Brennstoffelemente bestehen üblicherweise aus einem Brennstoffkörper in Stabform und einem diesen aufnehmenden verhältnismäßig dünnwandigen Metallbehälter. Zu beiden Enden der Einheit Brennstoffkörper—Behälter sind Einrichtungen vorgesehen, die ein Verbinden mehrerer Brennstoffelemente übereinander und das Laden und Entladen eines Brennstoffkanäles im Reaktor gestatten. Bei derartigen Brennstoffelementen wird angestrebt, daß der Behälter möglichst dicht am Brennstoffkörper anliegt, um einen guten Wärmeübergang zu erreichen. Bei diesen Brennstoffelementen dehnt sich während des Betriebs das Material des Behälters stärker aus als das des Brennstoffkörpers. Dabei führt die stärkere Ausdehnung des Behälterwerkstoffes dazu, daß die Behälteroberfläche eine tonnenartige Form annimmt, wodurch der innige Kontakt zwischen ^Behälter und Brennstoffkörper stellenweise verlorengeht, was wiederum eine unerwünscht große Temperaturdifferenz zwischen Brennstoffkörper und Behälter zur Folge häti ;

Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurden bereits zahlreiche Vorschläge gemacht, deren größte Gruppe davon ausgeht, daß man in den Brennstoff Ausriehmungen in Form von Nuten einarbeitet, in die man zum Zweck der Verankerung das Behältermaterial hineindrückt. Die Wirksamkeit einer derartigen Verankerung hängt von der Gestaltung der Nuten ab, in die das Material beispielsweise gemäß einem bekannten Vorschlag in einer Druckkammer unter der Einwirkung eines Druckmittels bleibend hineingepreßt wird. Da bei diesem Verfahren eine plastische Verformung des Behältermaterials erzielt wird, können Rillen oder Nuten mit annähernd senkrecht zur Oberfläche des Brennstoffkörpers verlaufenden Wänden keine wirksame Verankerung bewirken, wenn sich das Behältermaterial unter Betriebsbedingungen erwärmt und ausdehnt. Auch in diesem Fall tritt, da sich das Behältermaterial in Achsrichtung wegen der Anwesenheit weiterer Brennstoffelemente nicht ausdehnen kann, der oben angedeutete Effekt auf, wobei das in die Nuten hineingedrückte Material am Herausgleiten oder Herausschnappen nicht gehindert werden kann.

Nuten mit schwalbenschwanzförmigem Querschnitt ergeben eine etwas bessere Verankerung, sind jedoch Verfahren zur Herstellung eines
Kernreaktor-Brennstoffelementes

Anmelder:

C. A. Parsons & Company Limited,

Newcastle-upon-Tyne, Northumberland

(Großbritannien)

Vertreter:

Dipl.-Ing. C. H. Huss, Patentanwalt,

Garmisch-Partenkirchen, Rathausstr. 14

Als Erfinder benannt:
Andrew Thomson Bowden,
Newcastle-upon-Tyne, Northumberland
(Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 11. Juli 1958 (22 335),
vom 10. Juni 1959

sehr schwierig herzustellen, zumal sie in geringen Abständen voneinander vorgesehen werden müssen, um ein Auswölben zwischen aufeinanderfolgenden Nuten zu unterbinden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das Ablösen der Hülle vom BrennstofEkörper mit Sicherheit zu verhindern.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird die Behälterwandung in die Ausnehmungen des Brennstoffkörpers während des Aufheizens des Brennstoffelementes im Reaktor durch das über das Brennstoffelement fließende Reaktorkühlmittel eingedrückt. Die Verformung der Behälterwandung erfolgt also in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen (Temperatur und Druck) und zumindest weitgehend im Bereich der elastischen Verformung des Behältermaterials, wobei das Behältermaterial die Ausnehmungen nicht völlig ausfüllen muß, sondern nur in dem Maße in diese eingedrückt wird, wie dies der unterschiedlichen Ausdehnung zwischen Behälter und Brennstoffkörper entspricht.

Es ist zwar auch schon ein Brennstoffelement bekanntgeworden, bei dem der Brennstoffkörper mit

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Bohrungen versehen ist, die ihn quer durchsetzen und von der Wandung des Behälters überspannt werden. Diese Bohrungen dienen jedoch dazu, den Druck des Fluidums im Inneren des Behälters zu begrenzen und können bei der thermischen Längenänderung des Behälters nicht ausgleichend wirken, da sie in ihrer Querschnittsfläche im Verhältnis zur Oberfläche des Behälters sehr klein gehalten und in großen Abständen voneinander angeordnet sind. Ein Abheben der Behälterwand bei unterschiedlicher Ausdehnung zwischen Brennstoffkörper und Behälter ist daher auch in diesem Falle zu erwarten.

An Hand der Zeichnungen wird der Erfindungsvorschlag näher erläutert. Es stellt dar

Fig. Ϊ einen Vertikalschnitt durch einen Teil eines für das beanspruchte Verfahren geeigneten Brenstoffelementes.-und· ' ··;"■■'

F i g. 2 einen Horizontalschnitt durch * ein weiteres hierfür geeignetes Brennstoffelement.

Das zur Verwendung kommende Brennstoffelement für einen gasgekühlten, graphitmoderierten Kernreaktor kann z. B. aus Kernbrennstoff in Form von Uranoxyd oder Urankarbid, das in' einem Behälter aus rostfreiem Stahl auf genommen ist, bestehen. Das Blechj- aus -dem der Behälter geformt ist, ist etwa 0,25 bis 0,5 mm dick. Unter Betriebsbedingungen im Reaktor ist die Ausdehnung des rostfreien Stahls im Verhältnis zum Brennstoff beträchtlich. Der Behälter aus rostfreiem Stahl wird durch den Druck des Kühlgases, der in einem Reaktor der hier in Frage kommenden Type sich in der Größenordnung von 10 bis 15 kg/cm² bewegt, in die Ausnehmungen eingedrückt, wodurch der Kontakt mit der Oberfläche des Brennstoffes aufrechterhalten und die Ausdehnung des Bleches aufgenommen wird.

Es können auch Metall-Keramik-Mischungen als Kernbrennstoff verwendet werden, da diese im Verhältnis zum Metall des Behälters einen sehr geringen Ausdehnungskoeffizienten haben.

An Stelle von Umf angsnuten können auch Längsnuten oder eine Serie von in die Oberfläche des Brennstoffs geformte Eindrückungen vorgesehen werden.

Das Brennstoffelement nach der Fig. 1 weist einen Brennstoffkörper in Gestalt mehrerer übereinandergestapelter Scheiben 1, die in einer Hülle 2 aus rostfreiem Stahl untergebracht sind, auf. Jede Scheibe weist eine oder mehrere Umf angsnuten 3 auf, die in die Oberfläche eingeformt sind und in die das Blech während des Betriebes durch das Kühlgas hineingedrückt wird, nachdem sich das Blech ausgedehnt hat. Bei dem Brennstoffelement nach der F i g. 2 erstrecken sich die Nuten 4 in der Längsrichtung.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Kernreaktor-Brennstoffelementes, wonach ein auf seiner Oberfläche mit Ausnehmungen versehener fester Brennstoffkörper in einen Behälter eingeschlossen und die Behälterwandung in. 'diese Ays-• nehmungen dann eingedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälterwandung in die Ausnehmungen des Brennstoffkörpers während des Aufheizens des Brennstoffelementes im Reaktor durch das über-das Brennstoffelement fließende Reaktorkühlmittel eingedrückt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge_r kennzeichnet, daß die Ausnehmungen als' Uran fangsnuten ausgebildet werden.

3. Verfahren nach Anspruch.l, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen als Längsnuten ausgebildet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen durch Eindrückungen hergestellt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem aus übereinandergestapelten Scheiben bestehenden Brennstoffkörper jede Scheibe mit einer oder mehreren Nuten versehen wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1032 438;
französische Patentschriften Nr. 1126 414,
1156133;
britische Patentschrift Nr. 768 078.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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