DE1295711B

DE1295711B - Kernreaktor-Brennstoffelement

Info

Publication number: DE1295711B
Application number: DEC29699A
Authority: DE
Inventors: Boudouresque Bernard; Rouge Pierre
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1962-04-20
Filing date: 1963-04-19
Publication date: 1969-05-22
Also published as: CH406459A; GB960813A; FR1339587A; LU43592A1; BE631312A; FR1328540A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Kernreaktor-Brennstoff- durch eine hohe Festigkeit auszeichnet. Beides führt element, dessen aus Spalt- oder Brutmaterial be- einerseits zu ungünstigem strömungstechnischem Verstehender Brennstoffkörper von einer dichtsitzenden halten der Brennstoffelemente und außerdem zu einer Hülle mit schräg zur Längsachse des Elements ver- ebenfalls unerwünschten erhöhten Neutronenlaufenden Kühhippen umschlossen ist, die durch 5 absorption.

Längsnuten in eine gerade Anzahl von Einzelsektoren Ein anderes Brennstoffelement, das mit Mitteln zu aufgeteilt ist, innerhalb deren die Kühlrippen jeweils seiner Zentrierung in einem Kernreaktorkanal ausgein Fischgrätenform gegen die der Nachbarsektoren stattet ist, ist in der deutschen Auslegeschrift geneigt sind, und das über längsgerichtete Stützlamel- 1042 774 beschrieben. Auch dieses Brennstoffelelen, die jeweils radial in jede zweite der Längsnuten ίο ment weist einen stabförmigen Brennstoffkörper auf, der Hülle eingreifen,¹ gegen eine äußere rohrförmige (j_er durch eine Hülle umkleidet ist, auf deren Außen-Hülse abgestützt ist, seite schräg zur Längsachse des Elements verlaufende Das erfindungsgemäße Brennstoffelement ist insbe- Kühhippen angeordnet sind. Diese Kühhippen sind sondere für heterogene Kernreaktoren bestimmt, in durch parallel zur Längsachse des Elements verlaudenen die Brennstoffelemente durch ein gasförmiges 15 fende oder leicht gewendelte Zentrierstege in Einzel-Medium gekühlt werden. Bei diesen Reaktoren wer- Sektoren unterteilt, wobei die Neigung der Kühhippen den die Brennstoffelemente üblicherweise in Kanälen gegen die Längsachse des Elements jedoch in allen des Reaktors koaxial aufeinander gesetzt, wobei die Sektoren die gleiche bleibt. Die Kühhippen sind daäußeren rohrförmigen Hülsen dazu dienen, eine me- bei teilweise durch die Zentrierstege hindurchgeführt chanische Belastung der Brennstoffkörper der je- 20 bzw. enden an ihnen, so daß auch die zwischen den weils unteren Brennstoffelemente durch das Gewicht Kühlrippen verlaufenden Elementarkanäle für das der darüberliegenden Brennstoffelmente zu verhin- Kühlmittel durch die Zentrierstege abgeschlossen dem. Durch die übereinanderliegenden Hülsen ent- werden, diese also eine wesentliche Störung des Kühlsteht ein neuer Kanal, in dem das Kühlmittel um- mittelflusses rund um das Brennstoffelement herbeiläuft, das die bei der Spaltungsreaktion frei werdende 25 führen. Es kommt dabei einerseits zu einem erheb-Wärme abführt. Um dabei unerwünschte Druckver- liehen Druckverlust in dem Kühlmittel und andererluste im Kühlmittelkreislauf zu verhindern, ist es er- seits zur Entstehung von im Sinne einer Drehung des forderlich, die Brennstoffkörper innerhalb der rohr- Brennstoffelements als Ganzes in dem Reaktorkanal förmigen Hülse sehr genau und dauerhaft zu zentrie- wirkenden Kräften, die von den Zentrierstegen aufren, ohne daß die zu dieser Zentrierung verwendeten 30 genommen werden müssen. Auch bei diesem beMittel zu einer wesentlichen Störung der Kühlmittel- kannten Brennstoffelement ist also die mechanische strömung führen. Schließlich darf die Dauerhaftigkeit Beanspruchung der Zentrierstege sehr erheblich, der Zentrierung des Brennstoffkörpers auch durch die was sich ungünstig auf deren Lebensdauer ausunvermeidlichen thermischen Belastungen beim Re- wirkt.

aktorbetrieb nicht in Frage gestellt werden. 35 Eine weitere Möglichkeit zur Zentrierung eines Für die Zwecke ihrer Zentrierung in einer äußeren Brennstoffelementes ist schließlich in der deutschen Hülse oder direkt in einem Reaktorkanal sind Brenn- Auslegeschrift 1093 495 und in der eine ähnliche Stoffelemente bisher mit den verschiedensten Ein- Konstruktion behandelnden französischen Patentrichtungen versehen worden. So beschreibt die fran- schrift 1215 911 beschrieben. In beiden Fällen ist das zösische Patentschrift 1289 281 ein Brennstoffele- 40 Brennstoffelement mit einer äußeren Hülse versehen, ment mit einem stabförmigen Brennstoffkörper, der die der Aufnahme in axialer Richtung auf das Brennvon einer äußeren Hülle umkleidet ist, die ihrerseits stoff element ausgeübter Kräfte und Beanspruchungen außen mit Kühhippen besetzt ist. Die Kühhippen dient und dementsprechend den Brennstoffkörper sind dabei längs des Umf anges der Hülle auf Einzel- selbst von diesen Beanspruchungen entlastet, der Sektoren verteilt, wobei die Neigung der Kühhippen 45 Brennstoffkörper selbst ist mit einer äußeren Hülle gegen die Längsachse des Elements für alle Rippen umkleidet, die mit parallel zur Längsachse des EIeeines Sektors die gleiche ist, während die Kühhippen ments verlaufenden außenseitigen Kühlrippen verbenachbarter Sektoren einen entgegengesetzten Win- sehen ist. Die Zentrierung des Brennstoffkörpers kel mit der Längsachse des Elements einschließen. innerhalb der äußeren Hülse kann dementsprechend Als Mittel zur Zentrierung des Elements in einem 50 in ganz einfacher und naheliegender Weise dadurch Kernreaktorkanal sind Ringe vorgesehen die auf erreicht werden, daß man einige der Kühlrippen so äußeren Vorsprüngen der den Brennstoffstab umklei- weit verlängert, bis sie zur Berührung mit der äußeren denden Hülle aufsitzen und ihrerseits mit parallel zur Hülse kommen. Eine Störung des Kühlmittelflusses ist Längsachse des Elements verlaufenden Stegen in Ver- durch diese Maßnahme naturgemäß nicht zu erwarbindung stehen, die als eigentliche Zentrierorgane 55 ten, da der Kühhnittelstrom ohnehin parallel zur wirken. Bei diesem Element müssen also mangels Längsachse des Brennstoffelements verläuft und daeiner äußeren tragenden Hülle die Belastungen durch her an den als Zentrierstegen ausgebildeten Kühlripdas Gewicht im oberen Teil des Reaktorkanals hegen- pen keinerlei Umlenkung erfährt. In der gesamten der Brennstoffelemente von dem Brennstoffkörper Kühlwirkung erweisen sich jedoch diese Elemente mit oder von den Zentrierstegen der darunterliegenden 60 zur Längsachse des Elements parallel verlaufenden Brennstoffelemente aufgenommen werden. Die me- Kühhippen den Brennstoffelementen, deren Kühlripchanische Beanspruchung der Zentrierstege wird also pen einen Winkel mit der Längsachse der Elemente sehr beträchtlich, so daß diese, um ihrer doppelten einschließen, als unterlegen.

Aufgabe als Tragelement und als Zentrierorgan Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,

wenigstens einigermaßen auch bei höheren Betriebs- 65 ein Brennstoffelement anzugeben, das zur Entlastung

temperaturen gerecht werden zu können, in erheb- des Brennstoffkörpers von äußeren Beanspruchungen

licher Wandstärke ausgeführt und außerdem aus mit einer äußeren rohrförmigen Hülse umgeben ist,

einem Material hergestellt werden müssen, das sich dessen Kühhippen eine für die Kühlintensität des

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Kühlmittels vorteilhafte Schräglage gegenüber der kongehalt. Die innere Fläche der Hülle 8 hat zweck-Längsachse des Brennstoffelements einnehmen und mäßigerweise umlaufende Rippen oder Sicken 10, die dessen Brennstoff körper gegenüber der rohrförmigen in entsprechende Umfangsrillen 12 des Brennstoffäußeren Hülse in einer Weise zentriert ist, welche die körpers 4 eingreifen, um dessen axiale Verschiebung Einhaltung seiner vorgegebenen Lage auch bei höhe- 5 in der Hülle 8 zu verhindern. Die Hülle 8 ist durch ren Betriebstemperaturen gewährleistet und außer- mit ihr verschweißte Stopfen 14 und 16 abgeschlosdem den Kühlmittelfluß nicht beeinträchtigt. sen, die aus einer Magnesium-Mangan-Legierung mit

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch ge- sehr kleinem Gehalt an Mangan bestehen, wenn beilöst, daß die Stützlamellen mit der äußeren Hülse zu spielsweise die Hülle 8 aus der Magnesium-Zirkoneinem einheitlichen Ganzen verbunden sind und in io Legierung hergestellt ist.

diejenigen Längsnuten eingreifen, die den Eintritts- Die Hülle 8 weist an ihrer äußeren Oberfläche

stellen des Kühlmediums in die durch die Kühlrippen schräg zur Längsachse des Elements angeordnete gebildeten Strömungskanäle benachbart sind. Kühlrippen 17 auf, die in einander benachbarten

Durch die Verbindung der Stützlamellen mit der Einzelsektoren angeordnet sind. Die Rippen 17 bekühlen äußeren Hülse erniedrigt sich die Temperatur 15 nachbarter Sektoren sind nach Art der Fischgräten der Stützlamellen oder Stege ebenso wie durch ihre gegeneinandergeneigt. Zwischen zwei in Umfangs-Einführung in die Längsnuten der heißeren Hülle des richtung aufeinanderfolgenden Sektoren ist jeweils Brennstoffkörpers gerade an den Stellen, an denen die eine Längsnut 18 vorgesehen. Die Anzahl der Einzel-Zufuhr frischen und damit kalten Kühlmittels erfolgt. Sektoren kann in Abhängigkeit von mehreren Para-Außerdem führen beide Maßnahmen gemeinsam zu ao metern vermehrt oder verringert werden, insbesoneiner weitestmöglichen Verringerung der Störungen dere in Abhängigkeit von dem Verhältnis zwischen im Strömungsfluß des Kühlmittels durch die Stütz- dem Durchmesser der Hülle 8 und dem des (nicht lamellen, was sich wiederum günstig auf die Intensität dargestellten) Kanals, in den das Element eingesetzt der Kühlwirkung und außerdem auf den Leistungs- wird. Die Anzahl der Einzelsektoren liegt nicht unter bedarf für die Erzeugung des Kühlmittelstromes aus- 25 vier; es können aber bis zu zwölf Sektoren vorgewirkt, sehen werden.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung werden im Zur Zentrierung des Brennstoffkörpers 4 ist das

folgenden einige Ausführungsbeispiele für erfindungs- erfindungsgemäße Brennstoffelement mit längsgerichgemäße Kernreaktor-Brennstoffelemente näher be- teten Stützlamellen 20 versehen, von denen bei dem schrieben, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. 30 dargestellten Ausführungsbeispiel drei vorhanden

Dabei zeigt sind. Die den Brennstoffkörper 4 eng umgebende

F i g. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht Hülle 8 weist bei dem Ausführungsbeispiel sechs

eines Brennstoffelements gemäß einer ersten Aus- Rippensektoren auf deren Rippen 17 abwechselnd

führungsform der Erfindung, gegensinnige Neigungen haben und so — jeweils in

F i g. 2 einen Querschnitt längs der Schnittlinie H-II 35 zwei benachbarten Paaren von Sektoren — insgesamt

der F i g. 1, in vergrößertem Maßstab, drei Gruppen von Fischgrätenmustern bilden. Die

F i g. 3, 4, 5 und 6 mehrere mögliche Ausführungs- Stützlamellen 20 greifen in drei der obenerwähnten

Varianten für die Stützlamellen, Längsnuten 18 ein, wobei für die Auswahl dieser

Fig. 7 einen senkrechten Schnitt durch ein Brenn- Nuten die folgenden Überlegungen hinsichtlich der

Stoff element gemäß F i g. 1 mit einer äußeren Hülse, 40 Ausbildung der dynamischen Strömung des Kühlgases

F i g. 8 eine der F i g. 7 entsprechend dargestellte maßgebend sind.

zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Die Stützlamellen 20 dürfen die geregelte Strö-

Brennstoffelements, mung des Gases nicht stören, wie sie sich durch die

Fig. 9 einen Querschnitt längs der gestuften gegeneinander gewinkelten Rippen 17 am Umfang Schnittlinie a-b der Fig. 8 in größerem Maßstab. ₄₅ der Hülle 8 ausbildet. Es ist bekannt, daß diese bein den einzelnen Figuren sind jeweils gleiche Be- sondere Strömung sich als eine Reihe von einzelnen zugszeichen für die Bezeichnung von Bauteilen be- schraubenlmienförmigen Strömungen ergibt, die sich nutzt worden, die einander im wesentlichen entspre- in voneinander unabhängigen Längs-Strömungsbereichen oder einander wirkungsmäßig ähnlich sind. chen ausbilden, die jeweils einem Rippensektor der

Das in den ausgewählten Beispielen dargestellte 50 Hülle 8 entsprechen und von den Rippen und einer Brennstoffelement ist für Kernreaktoren bestimmt, Zone des das Brennstoffelement umgebenden Kanals die durch Graphit moderiert und durch Umlauf von begrenzt sind, deren Umfangswinkel gleich dem Um-Kohlendioxyd in den vertikalen Kanälen innerhalb fangswinkel des Rippensektors ist. In jedem dieser des Moderators gekühlt werden. Die Erfindung läßt Strömungsbereiche folgt ein gegebener Strömungssich aber natürlich auch bei Elementen für Reaktoren 55 faden des Kühlgases zunächst jeweils dem Profil einer mit flüssigem Moderator anwenden, die mit Leistungs- Rippe 17, trifft an der Seitenbegrenzung des Rippenrohren versehen sind, außerdem bei Elementen für sektors auf einen entsprechenden Strömungsfaden, Reaktoren mit horizontalen Kanälen. der einer der Rippen 17 des benachbarten Rippen-

Das Brennstoffelement 2 enthält einen rohrförmi- sektors zugeordnet ist und wird dadurch radial nach gen Brennstoffkörper 4, beispielsweise aus reinem 60 außen in den Kanal abgelenkt; er bewegt sich dann oder schwachlegiertem Uran. Der Brennstoff körper 4 längs der Innenwand der Hülse 26, trifft auf einen ist an seinen beiden Enden durch eine Scheibe 6 aus entsprechenden Strömungsfaden, der aus dem äuße-Uran abgeschlossen. Er ist eng mit einer Hülle 8 um- ren Strömungsbereich an der anderen Seite kommt geben, die aus einem Material besteht, das eine kleine und bewegt sich wiederum radial nach innen, bis er Neutronenabsorption sowie bei hoher Temperatur 65 wieder auf den anderen seitlichen Rand seines Ripgünstige mechanische Eigenschaften und eine aus- pensektors trifft. Die Achsen dieser schraubenlinienreichende Dichtigkeit aufweist, beispielsweise aus förmigen Teilströmungen liegen also im wesentlichen einer Magnesium-Zirkon-Legierung mit kleinem Zir- parallel zur Achse des Brennstoffelements, aber in-

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nerbalb des freien Ringkanalquerschnitts jeweils vor ein bestimmtes Profil, das ihre Steifigkeit verbessert,

der Mitte eines der Rippensektoren. ohne die Strömung des Kühlmediums zu behindern.

Brennstoffelemente mit einer paarweisen Anzahl Zweckmäßigerweise werden die Stützlamellen 20 an

von Rippensektoren haben den Vorteil, daß aero- ihren in die zwischen den Rippensektoren vorge-

dynamische Kräfte, die das Brennstoffelement inner- 5 sehenen Längsnuten 18- eingreifenden Rändern

halb seines Kanals zu drehen suchen, vollkommen (Fig. 2) leicht zugescharrt; die Ausschnitte22 wer-

beseitigt oder neutralisiert werden, denn die Gas- den ebenfalls derart angeordnet, daß dieser Bereich

strömungen, welche durch die Rippen 17 erzeugt. der Stützlamellen oder Stege 20 möglichst weitgehend

werden, sind jeweils paarweise symmetrisch. Die in seinem Gewicht verringert wird.

Stützlamellen 20 brauchen infolgedessen kein Gegen- io Bei bisher behandelten Ausführungsbeispielen sind

drehmoment zu liefern und spielen auch keine aero- die Stützlamellen 20 unabhängig von der Hülle 8

dynamische Rolle. Sie haben lediglich eine rein selbst und weisen jeweils einen zahnartigen Vor-

mechanische Aufgabe, und es genügt, daß sie in sprung 24 auf, der zum Festhalten der Stützlamellen

Längs- und Radialrichtung genügend steif sind. 20 dient und deren Verschieben verhindern soll. Bei

Wie F i g. 2 zeigt, sind die drei Stütziamellen oder 15 der Montage kann man außerdem ein Radialspiel 7

Stege, die mit 20, 20' und 20" bezeichnet sind, je- zwischen dem Boden der Längsnuten 18 und den

weils in die Längsnuten 18, 18' und 18" eingesetzt, Kanten der Stützlamellen 20 vorsehen, um so eine

die zwischen den Paaren von Rippensektoren liegen. freie Ausdehnung der Stützlamellen und ein gewisses

Jede der Längsnuten 18, 18',. 18" entspricht der- »Aufblähen« des umhüllten Brennstoffkörpers zu

jenigen Zone, in der die Strömungsfäden des Gases 20 gestatten,

in die engen Elementarkanäle eintreten, die jeweils Bei dem in der Fig. 7 dargestellten Ausführungsvon zwei parallelen Rippen 17 des gleichen Rippen- beispiel ist die äußere Hülse 26 im Querschnitt ringsektors begrenzt sind. Die Stützlamellen 20 sind so förmig und besteht aus einem Material, das Neuum einen Umfangswinkel von 120° um die Achse des tarnen nur wenig absorbiert. Die Länge der Hülse 26 Elements gegeneinander versetzt und liegen infolge- 25 ist merklich größer als, die Länge des Brennstoffdessen in Bereichen, in denen die Temperatur des körpers 4. Im Inneren der Hülse 26 wird der Brenn-Kühlgases jeweils am kleinsten ist; diese Tatsache Stoffkörper 4 von einer ihn in Längsrichtung abstütwirkt sich besonders günstig auf die mechanische* zenden Haltevorrichtung 28 getragen, die aus einer Festigkeit des die Stützlamellen oder Stege bildenden zentralen tablettenartigen Scheibe 30 besteht, die in Materials aus. 30 der Hülse 26 durch eine Reihe von einander kreuzen-Um die Absorption der Neutronen durch das den Drähten 32 festgehalten ist. Die Drähte 32 haben. Material der Stützlamellen 20 zu verringern, kann eine ausreichende Biegsamkeit, um Stöße zu dämpfen, man aus ihren Flächen ■— entsprechend einer Weiter- denen das Brennstoffelement während seiner Behandbildung, der Erfindung — eine Reihe von Aussehnit- lung und insbesondere beim Einfügen in einen Brennten^ unterschiedlicher Formen und Abmessungen ₃₅ stoffkanal-des Kernreaktors ausgesetzt wird. Bei dem herausschneiden, wie sie beispielsweise in den Ausführungsbeispiel· gemäß Fig. 7 sind die Stütz-F i g. 3, 4, 5 und 6 an vier unterschiedlichen Beispie- lameHen 20 gegen' eine Drehung innerhalb der Hülse len veranschaulicht sind. Dies ist ohne weiteres mög- 26 in die innere Wand der Hülse 26 eingearbeitete lieh, da die Stützlamellen 20 ihrerseits den Strö,- Längsrinnen 34 gesichert, die jeweils den entspremungsftuß des Kühhnediums in keiner Weise stören 40. chenden Nuten 18 der Hülle 8 radial gegenüber- oder beeinflussen, wie dies oben bereits gezeigt Hegen. Weiterhin sind die Stützlamellen 20 innerhalb wurde. der Hülse 26 gegen ein Gleiten in Achsrichtung des Die Ausschnitte 22 können also halbkreisförmig, Elements durch die zahnartigen Vorspränge 24 getrapezförmig, rechteckig sein, es können auch ein- sichert, die sich jeweils in eine radiale Ausnehmung fache Löcher sein, die in die Stützlamellen 20 ge- 45 36 einfügen, deren Tiefe größer ist als die der entbohrt sind. In den, drei ersten Fällen liegen die sprechenden Rinne 34.

äußeren Scheitel der Ausnehmungen auf einer zylin- Das in den F i g. 8 und 9 veranschaulichte Brenndrischen HüHfläche, deren Radius ungefähr gleich Stoffelement zeigt eine abweichende Ausführungsdem mittleren Radius des ringförmigen Raumes zwi- form, bei der jedoch die wesentliche erfindungsschen den äußeren Kanten der Rippen 17 der Hülle 8 50 gemäße Kombination beibehalten ist, d. h. die Komeinerseits und der Stützlamellen 20 andererseits ent- bination eines Brennstoffkörpers 4> dessen Hülle 8 spricht. mit in Einzelsektoren gegeneinander gewinkelten Es sei darauf hingewiesen, daß die Anzahl der Rippen 17 versehen ist, mit Stützlamellen 20, welche obenerwähnten Ausnehmungen oder Ausschnitte 22: die axiale Lage des Brennstoffs in einer rohrförmigen und; infolgedessen die durch diese Ausschnitte oder 35 Hülse 26 sichern. In diesen Figuren sind Bauteile, die Ausnehmungen freigelegte Fläche unter Berücksich- den Bauteilen in den vorangegangenen Figuren enttigung der mechanischen Beanspruchungen gewählt sprechen, mit den gleichenBezugszeichen bezeichnet, werden müssen, die an dem Element bei seiner Ver- Bei dieser abweichenden Ausführungsform haben Wendung in einem Kanal des Kernreaktors auf- die Stützlamellen 20 keine Ausnehmungen oder Austreten. Es ist natürlich notwendig, daß die Stütz- 6a schnitte in ihren Flächen, aber sie greifen ebenfalls in lamellen 20^! in der Nähe der Fließtemperatur ihres die Nuten 18; ein, die zwischen den Rippensektoren Materials einen genügend, hohen Widerstand gegen- vorgesehen sind, wobei jede dieser Nuten 18 — wie über einer axialen Krümmung aufweisen, insbeson- bei den vorangegangenen Beispielen — denjenigen dere dann, wenn das Element vertikal angeordnet ist, Zonen entspricht, in denen die Strömungsfäden des oder einen entsprechenden Widerstand gegenüber 65 Gases in die Elementarkanäle zwischen jeweils zwei einer seitlichen Biegung, wenn das Element in parallelen Rippen 17 des gleichen Rippensektors eineinem horizontalen Kanal, angeordnet ist. treten.
Zu diesem Zweck gibt man den Stützlamellen 20 Wenn auch die Stützlamellen 20 unter den nor-

Claims

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malen, Betriebsbedingungen des Reaktors keinen das Widerstandsmoment der Hülle ist wesentlich

wesentlichen mechanischen Beanspruchungen unter- kleiner, wodurch unterschiedliche Dehnungen

worfen sind, ist es dennoch erwünscht, daß sie eine der Hülle und des Brennstoff körpers erleichtert

ausreichende Steifigkeit und mechanische Festigkeit werden;

haben, insbesondere dann, wenn sie im Betrieb bis in 5 die Stützlamellen sind strukturell unabhängig

die Nähe der Fließtemperatur ihres Materials er- ' von dem Tragsystem des Brennstoffelements,

wärmt werden. was die Verwendung eines Tragsystems aus

Man kann die gewünschte Steifigkeit oder Festig- biegsamen Metalldrähten möglich macht, das

keit insbesondere dadurch erreichen, daß man den einerseits wenig Neutronen absorbiert und die

Stützlamellen 20 ein geeignetes Profil gibt. Die Steifig- io Strömung des Kühlgases praktisch überhaupt

keit kann noch wesentlich dadurch gesteigert werden, nicht stört;

daß man eine geeignete Befestigungsweise an der die' Stützlamellen brauchen keine wesentlichen äußeren Hülse26 vorsieht. Wie die Fig. 8 zeigt, er- quergerichteten aerodynamischen Kräfte aufzufolgt die Verbindung der in der Ebene dieser Figur nehmen, weil Hüllen mit gegeneinander gewinliegenden Stützlamelle 20 mittels dreier zahnförmiger 15 kelten Rippenserien verwendet werden. Vorsprünge 24, 24 a und 240, die in gleichem Ab- Für die praktische Ausführung eines erfindungsstand voneinander liegen und in Ausnehmungen 36,V-'-gemäßen Kernreaktor-Brennstoff elements werden bei-36 a und 36 & eingreifen, die in der Hülse 26 vorge- spielsweise die folgenden Daten genannt:

sehen sind. Zwischen dem mittleren Zahnvorsprung _T .. , ττ··ιι_ο j_ao rj_{1a o +} ?&_Λ

„λ jjA r ΐέ ι · · ι Lange der Hülle des Elements .. 564 mm

24 a und der Ausnehmung 36 a kann man eine spiel- 20 ⁵

freie Formschlußverbindung vorsehen, während bei Durchmesser der Hülle am Fuß

den äußeren Verbindungen 24 bis 36 und 245 bis der Kühlrippen 46 mm

36 b jeweils ein kleines Längsspiel 37 und 37 b vor- Durchmesser des Kanals 130 mm

gesehen werden muß, um gegebenenfalls auftretende ein

unterschiedliche Längsdehnungen der Stützlamellen 25 ^{Hohe emer stutzlamelle} 27 bis 42 mm

20 und der Hülse 26 zu berücksichtigen. Verhältnis der Ausschnittsfläche einer Lamelle zur

Man kann die Steifigkeit der Stützlamellen 20 auch gesamten Fläche der Lamelle > 3 : 8. dadurch erhöhen, daß man an der inneren Wand der
Hülse 26, mit der sie zusammenarbeiten, eine flache

Rinne 34 vorsieht, in welche die äußeren Randkanten 30 Patentansprüche: der Stützlamellen 20 um ein kleines Maß eingreifen.

Diese letztere Anordnung hat jedoch den Nachteil, 1. Kernreaktor-Brennstoffelement, dessen aus daß dadurch die mechanische Festigkeit der Hülse 26 Spalt- oder Brutmaterial bestehender Brennstoffverringert wird; diese Maßnahme kann deshalb nur körper von einer dichtsitzenden Hülle mit schräg dann angewendet werden, wenn es die Wandstärke 35 zur Längsachse des Elements verlaufenden Kühlder Hülse 26 zuläßt. Nach anderen Ausführungsfor- rippen umschlossen ist, die durch Längsnuten in men der Erfindung, die nicht dargestellt sind, können eine gerade Anzahl von Einzelsektoren aufgeteilt die Stützlamellen 20 auch durch Schweißen an der ist, innerhalb deren die Kühlrippen jeweils in äußeren Hülse 26 festgelegt werden — selbstver- Fischgrätenform gegen die der Nachbarsektoren ständlich nur dann, wenn die Art der verwendeten 40 geneigt sind, und das über längsgerichtete Stütz-Baustoffe dies zuläßt —; in gewissen Fällen kann lamellen, die jeweils radial in jede zweite der man sie auch unmittelbar bei der Formung der Längsnuten der Hülle eingreifen, gegen eine Hülse 26 an diese unmittelbar anformen. äußere rohrförmige Hülse abgestützt ist, da-Für die Herstellung der Stützlamellen20 können durch gekennzeichnet, daß die Stützunterschiedliche Baustoffe benutzt werden; es ist je- 45 lamellen (20) mit der äußeren Hülse (26) zu doch erwünscht, daß dieses Material Neutronen nur einem einheitlichen Ganzen verbunden sind und wenig absorbiert und außerdem auch bei höheren _m diejenigen Längsnuten (18) eingreifen, die den Temperaturen eine den Ansprüchen genügende Eintrittsstellen des Kühlmediums in die durch die Festigkeit behält. Die Magnesium-Zirkonlegierun- Kühlrippen (17) gebildeten Strömungskanäle begen, wie sie im allgemeinen für die Herstellung der 50 nachbart sind.

Hüllen der Brennstoffkörper benutzt werden, eignen 2. Kernreaktor-Brennstoffelement nach Ansich besonders gut; man kann aber auch ein Material, Spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützwie beispielsweise Graphit, verwenden, insbesondere lamellen (20) ihre Oberfläche vermindernde Ausin dem Fall, daß die Stützlamellen 20 an die äußere schnitte (22) aufweisen.

Hülle 26 angeformt werden. 55 3. Kernreaktor-Brennstoffelement nach An-

Die technischen Vorteile, die sich durch die Erfin- sprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die

dung ergeben, sind sehr zahlreich; es seien nur die Stützlamellen (20) an ihren in die Längsnuten

folgenden besonders erwähnt: (18) der Hülle (8) eingreifenden Randteilen in

Die Stützlamellen sind strukturell unabhängig ihrer Stärke verringert bzw. zugeschärft sind.

von dem Brennstoffkörper, woraus folgt, daß sie 60 4. Kernreaktor-Brennstoffelement nach An-

nur einer wesentlich kleineren Temperatur aus- Spruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die

gesetzt sind als die Hülle des Brennstoflkörpers Ausschnitte (22) in den Stützlamellen (20) so ge-

und daß ihr Konstruktionsmaterial unabhängig formt sind, daß ihre Scheitel etwa in der Mitte

von dem der Hülle gewählt werden kann. Die zwischen den äußeren Kanten einerseits der

Formung und Bearbeitung der Hülle sowie die 65 Rippen (17) der Hülle (8) und andererseits der

Arbeiten des Aufbringens der Hülle und auch Stützlamellen (20) liegen.

des Entfernens der Hülle von dem Brennstoff- 5. Kernreaktor-Brennstoffelement nach einem

körper werden wesentlich vereinfacht; der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Ausnehmungen (22) an der Seite der Stützlamellen (20) vorgesehen sind, mit der diese in die Längsnuten (18) der Hülle (8) eingreifen.

6. Kernreaktor-Brennstoffelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützlamellen (20) gemeinsam mit der Hülse (26) stranggepreßt sind.

7. Kernreaktor-Brennstoffelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützlamellen (20) jeweils mindestens einen zahnartigen Vorsprung (24) aufweisen, der jeweils in eine Ausnehmung (36) in der äußeren Hülse (26) eingreift.

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8. Kernreaktor-Brennstoffelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützlamellen (20) aus dem gleichen Material wie die äußere Hülse (26^'bestehen und längs innerer Mantellinien der Hülse (26) mit dieser verschweißt sind.

9. Kernreaktor-Brennstoffelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (8) sechs durch Längsnuten (18) voreinander getrennte Einzelsektoren aufweist und daß drei Stützlamellen (20) jeweils um 120° gegeneinander versetzt um den Umfang der Hülle (8) verteilt sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen