DE1068821B - - Google Patents

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DE1068821B DENDAT1068821D DE1068821DA DE1068821B DE 1068821 B DE1068821 B DE 1068821B DE NDAT1068821 D DENDAT1068821 D DE NDAT1068821D DE 1068821D A DE1068821D A DE 1068821DA DE 1068821 B DE1068821 B DE 1068821B
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffelement für einen Kernreaktor mit mindestens einem in den SpaltstofEstab eingebetteten und von einem Wärmeträger durchfiossenen Kühlrohr, welches erzeugte Wärme aus dem Spaltstoff entnimmt.The invention relates to a fuel element for a nuclear reactor with at least one Embedded in the fissile material rod and traversed by a heat transfer medium, which generated Removes heat from the fissile material.

In Verbindung mit einer anderen Gattung von Brennstoffelementen ist es an sich bekannt, einen Spaltstoffstab in mehrere Spaltstoffstücke zu unterteilen, um durch eine solche Unterteilung Formänderungen an den Uranstäben während des Reaktorbetriebes zu unterbinden.In connection with another type of fuel element, it is known per se to have a Subdivide the fissile material rod into several pieces of fissile material in order to change the shape through such a subdivision to prevent on the uranium rods during reactor operation.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Spaltstoffstab in an sich bekannter Weise in mehrere Spaltstoffstücke unterteilt ist und daß die Spaltstoffstücke mit axialem Abstand voneinander auf das mindeste eine in den Spaltstoffstab eingebettete Kühlrohr aufgereiht sind.The invention is characterized in that the fission material rod in a known manner in several Fissile pieces is divided and that the pieces of fissile material with an axial distance from each other to the minimum a cooling pipe embedded in the fissile material rod are lined up.

Hierbei wird insbesondere erzielt, daß die Spaltstoffstücke in dem in den Spaltstoffstab eingebetteten Kühlrohr ihr gemeinsames festes Rückgrat finden, welches sie unter anderem auch in hinreichendem axialem Abstand voneinander hält und daher verhütet, daß bei einer auftretenden Formänderung eines der Uranstücke auch die nächstliegenden Uranstücke mehr oder minder mit in Mitleidenschaft gezogen werden.What is achieved here in particular is that the fissile material pieces are embedded in the fissile material rod Cooling tube find their common solid backbone, which they also find in sufficient axial distance from each other and therefore prevents that when a change in shape occurs of the uranium pieces, the closest pieces of uranium were also more or less affected will.

Ferner wird hierdurch erzielt, daß Ablösungen in der Grenzschicht zwischen dem SpaltstofF und dem in ihn eingebetteten Kühlrohr, die sich im Laufe des Betriebes des Reaktors selbst dann ereignen können, wenn anfangs eine intermetallische Bindung in der Grenzschicht erzielt war, durch den Abstand der Spaltstoffstücke abgestoppt werden, wodurch verhindert wird, daß sie sich auf das nächste Spaltstoffstück fortpflanzen.This also ensures that delaminations in the boundary layer between the fissile material and the in it is embedded cooling tube, which can occur during the operation of the reactor itself, if an intermetallic bond was initially achieved in the boundary layer, by the distance between the Fissile material pieces are stopped, which prevents them from affecting the next piece of fissile material propagate.

Solche Ablösungen würden die Wärmeübertragung vom SpaltstofE auf das Kühlrohr erschweren, dadurch lokale Überhitzungen des Spaltstoffes und schließlich ein Schmelzen von Teilen des Spaltstoffes zur Folge haben.Such detachments would make the heat transfer from the fissile material to the cooling pipe more difficult local overheating of the fissile material and finally a melting of parts of the fissile material result to have.

Um dem Entstehen solcher Ablösungen noch mehr entgegenzuwirken, kann die das Kühlrohr umgebende Spaltstoffschicht mit Hilfe von Längsschlitzen und/oder quer gerichteten Schlitzen, z. B. auch schraubenförmigen, außerdem noch in kleinere Felder unterteilt sein, wobei diese Schlitze die Spaltstoffschicht entweder nur von außen anschlitzen und so· nur in den äußeren Teilen der Spaltstoffschicht die entstehenden Spannungen unterbrechen oder die Spaltstoffschicht bis auf die Grenzschicht zum Kühlrohr hinab durdhschlitzen können.In order to counteract the occurrence of such detachments even more, the one surrounding the cooling tube can Fissile material layer with the help of longitudinal slots and / or transversely directed slots, e.g. Belly helical, furthermore still be divided into smaller fields, whereby these slots the fissile material layer either only slit from the outside and thus · only in the outer parts of the layer of fissile material Interrupt tensions or the layer of fissile material down to the boundary layer to the cooling pipe be able to slit down through it.

Die Zusammenfassung der im Brennstoffelement enthaltenen Spaltstoffstäbe kann mittels eines Graphitrohres geschehen, und die Zwischenräume zwischen Kernreaktor-Brennstoffelement
und Verfahren zu seiner HerstellungThe combination of the fuel rods contained in the fuel element can be done by means of a graphite tube, and the spaces between the nuclear reactor fuel element
and its method of manufacture

Anmelder:Applicant:

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft,
Winterthur (Sdiweiz)Sulzer Brothers Aktiengesellschaft,
Winterthur (Southern Switzerland)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Marsch, Patentanwalt, Schwelm, Drosselstr. 31Representative: Dipl.-Ing. H. Marsch, patent attorney, Schwelm, Drosselstr. 31

Beanspruchte Priorität: j- Schweiz vom 12. September 1957Claimed priority: j- Switzerland of September 12, 1957

den einzelnen Spaltstoffstäben sowie zwischen diesen a5 und dem Graphitrohr können mit Kohlenstoff, z. B. mit Graphit gefüllt sein. Hierdurch wird erzielt, daß etwa, wie vorstehend beschrieben, vom Kühlrohr abgelöste Spaltstoffteile trotzdem, und zwar durch den Kohlenstoff und Graphit, in ihrer Lage am Kuhlrohr festgehalten werden, so daß sie, falls sie schmelzen sollten, sich nicht vom Kühlrohr entfernen, sondern der kühlen Oberfläche desselben wieder, zufließen und so erneut gekühlt werden und wieder erstarren.
Das durch das Graphitrohr zusammengefaßte Spalt-Stoffelement kann unter Zwischenschaltung einer Wärmeisolierschicht außen durch einen gasdichten Mantel aus einem neutronendurchlässigen Metall geschützt sein.the individual fissile material rods and between these a5 and the graphite tube can with carbon, z. B. filled with graphite. This ensures that, for example, as described above, detached pieces of fissile material from the cooling tube are still held in their position on the cooling tube by the carbon and graphite, so that if they should melt, they do not move away from the cooling tube, but rather the cool surface of the same again, flow in and are thus cooled again and solidify again.
The summarized by the graphite tube fission fuel element can interposition be protected by a gas-tight sheath of a neutron permeable metal of a heat insulating layer outside.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Herstellen eines Spaltstoffstabes für das Spaltstoffelement, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man die vorbereiteten, den einzubettenden Kühlrohren entsprechend gelochten Spaltstoffstücke, unter Zwischenlegen von Abstandhalten!, auf das mindestens eine einzubettende Kühlrohr aufreiht, den in dieser Weise vorläufig zusammengereihten Spaltstoffstab in eine stehende, der Oberfläche der Spaltstoffstücke angepaßte Kokille stellt und ihn zusammen mit dieser in einen Vakuumbehälter bringt, in welchem die Spaltstoffstücke so weit erhitzt werden, daß sie schmelzend auf den jeweiligen Abstandhalter absinken, sich nach außen hin der Innenwand der Kokille anschmiegen und nach innen hin eine intermetallische Bindung mit der Oberfläche des Kühlrohres eingehen.The invention further relates to a method for producing a rod of fissile material for the fissile material element, which is characterized in that the prepared cooling tubes to be embedded appropriately perforated pieces of fissile material, with spacers between them! to the minimum a cooling pipe to be embedded lined up, the fissile material rod, which was temporarily lined up in this way, in a standing mold adapted to the surface of the fissile material pieces and put it together with this brings into a vacuum container in which the pieces of fissile material are heated so far that they melt Sink down onto the respective spacer and cling to the outside of the inner wall of the mold and inwardly enter into an intermetallic bond with the surface of the cooling tube.

309 648/327309 648/327

Claims (9)

Als Abstandhalter kann eine perforierte Graphitplatte verwendet werden. Diese Graphitplatte verhütet somit eine Seigerung, und ihre Perforation gestattet wiederum den abzuführenden Gasen einen Durchtritt. Die Spaltstoffstücke erhitzt man zweckmäßig mittels einer elektrischen Induktionsheizung. Es empfiehlt sich, hierbei so vorzugehen, daß man, von unten beginnend, ein Spaltstoffstück nach dem anderen bis zum Schmelzen erhitzt. Weitere Merkmale der Erfindung sind an Hand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt Fig. 1 ein Brennstoffelement im Querschnitt, Fig. 2 das gleiche Brennstoffelement in einem Längsschnitt, welcher durch die Achsen zweier äußerer und des zentralen Kühlrohres gelegt ist, Fig. 3, in gegenüber Fig. 1 und 2 vergrößertem Maßstab, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Herstellen eines der im Brennstoffelement enthaltenen Spaltstoffstäbe. In den Fig. 1 und 2 besteht der Spaltstoffstab aus dem Zirkonium-Kühlrohr 1, an dem mit tunlichst intermetallischer Bindung die Spaltstoffschicht 2_ angegossen ist, und den perforierten Graphit-Abstandhaltern 3, welche die einzelnen Stücke der Spaltstoffschicht 2 voneinander trennen. Die Spaltstoffschicht 2 ist außerdem mit Längsschlitzen 4 versehen. Es sind acht Spaltstoffstäbe im Brennstoffelement zusammengefaßt. Die Zusammenfassung geschieht mittels des Graphitrohres 5, und die verbleibenden Zwischenräume sind mit Graphitpulver 6 ausgefüllt. Unter Zwischenschaltung einer evakuierten Wärmeisolierschicht 7 ist das Element außen durch einen gasdichten, aus Aluminium bestehenden Mantel 8 geschützt. Die Kühlrohre 1 werden im Betrieb von schwerem Wasser durchflossen, das als Wärmeträger benutzt wird. In Fig. 3 ist das aus Zirkonium bestehende Kühlrohr wieder mit 1 bezeichnet. Auf dasselbe sind die Spaltstoffstücke 9 unter Zwischenlegung der perforierten Graphit-Abstandhalter 3 vorläufig aufgereiht. Der in dieser Weise vorläufig zusammengereihte Spaltstoffstab ist in die Graphitkokille 10 gestellt und zusammen mit dieser senkrecht oder, zwecks Verhinderung einer Seigerung, besser geneigt in das aus Keramik bestehende Vakuumgefäß 11 gesetzt, das von der elektrischen Induktionsspule 12 umgeben ist. Diese ist in mehrere Teile 13 bis 14, 14 bis 15 usw. eingeteilt, so daß von unten mit dem Beheizen und dem Schmelzen der Spaltstoffstücke begonnen und das Schmelzen sukzessive nach oben hin fortgesetzt werden kann. Patentansprüche-A perforated graphite plate can be used as a spacer. This graphite plate thus prevents segregation, and its perforation in turn allows the gases to be discharged to pass through. The pieces of fissile material are expediently heated by means of electrical induction heating. It is advisable to proceed in such a way that, starting from the bottom, one piece of fissile material after the other is heated until it melts. Further features of the invention are explained with reference to the drawing of exemplary embodiments. 1 shows a fuel element in cross section, FIG. 2 shows the same fuel element in a longitudinal section, which is laid through the axes of two outer and the central cooling tube, FIG. 3, on an enlarged scale compared to FIGS. 1 and 2, a device for Implementation of the method for producing one of the fuel rods contained in the fuel element. In FIGS. 1 and 2, the fissile material rod consists of the zirconium cooling tube 1, on which the fissile material layer 2_ is cast with the greatest possible intermetallic bond, and the perforated graphite spacers 3, which separate the individual pieces of the fissile material layer 2 from one another. The fissile material layer 2 is also provided with longitudinal slots 4. There are eight fuel rods combined in the fuel element. The combination takes place by means of the graphite tube 5, and the remaining spaces are filled with graphite powder 6. With the interposition of an evacuated heat insulating layer 7, the element is protected on the outside by a gas-tight jacket 8 made of aluminum. The cooling pipes 1 are traversed by heavy water during operation, which is used as a heat carrier. In FIG. 3, the cooling tube made of zirconium is again designated by 1. On the same, the pieces of fissile material 9 are provisionally lined up with the interposition of the perforated graphite spacers 3. The fissile material rod, which is provisionally lined up in this way, is placed in the graphite mold 10 and, together with it, placed vertically or, better to prevent segregation, inclined into the ceramic vacuum vessel 11, which is surrounded by the electrical induction coil 12. This is divided into several parts 13 to 14, 14 to 15, etc., so that the heating and melting of the pieces of fissile material can begin from below and the melting can be continued successively upwards. Patent claims 1. Brennstoffelement für einen Kernreaktor mit mindestens einem in den Spaltstoffstab eingebetteten und von einem Wärmeträger durchflossenen Kühl rohr, welches erzeugte Wärme aus dem Spaltstoff entnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der1. Fuel element for a nuclear reactor with at least one embedded in the fissile material rod and cooling pipe through which a heat transfer medium flows, which generates heat from the fissile material removes, characterized in that the Spaltstoffstab in an sich bekannter Weise in mehrere Spaltstoffstücke unterteilt ist und daß die Spaltstoffstücke mit axialem Abstand voneinander auf das mindestens eine in den Spaltstoffstab eingebettete Kühlrohr aufgereiht sind.Fissile rod is divided into several pieces of fissile material in a manner known per se and that the Fissile material pieces with an axial distance from each other on the at least one embedded in the fissile material rod Cooling tube are lined up. 2. Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spaltstoff der Spaltstoffstäbe an mindestens einer Stelle des Umfangs längsgeschlitzt ist.2. Fuel element according to claim 1, characterized in that the fissile material of the fissile material rods is slit longitudinally at at least one point on the circumference. 3. Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spaltstoff der Spaltstoffstäbe an mindestens einer Stelle seiner Länge qttergeschlitzt ist.3. Fuel element according to claim 1, characterized in that the fissile material of the fissile material rods is qtterschlitz at at least one point along its length. 4. Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Spaltstoffelement enthaltenen Spaltstoffstäbe durch ein Graphitrohr zusammengefaßt sind und daß die Zwischenräume zwischen den einzelnen Spaltstoffstäben sowie zwischen dieser und dem Graphitrohr mit Kohlenstoff gefüllt sind.4. Fuel element according to claim 1, characterized in that the elements contained in the fissile material Fissile material rods are summarized by a graphite tube and that the gaps between the individual fissile material rods and between this and the graphite tube with carbon are filled. 5. Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element unter Zwischenschaltung einer Wärmeisolierschicht außen durch einen gasdichten Mantel aus einem neutronendurchlässigen Metall geschützt ist.5. Fuel element according to claim 1, characterized in that the element with the interposition a heat insulating layer on the outside through a gas-tight jacket made of a neutron-permeable Metal is protected. 6. Verfahren zum Herstellen eines Spaltstoffstabes für das Brennstoffelement nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die vorbereiteten, den einzubettenden Kühlrohren entsprechend gelochten Spaltstoffstücke unter Zwischenlegen von Abstandhaltern auf das mindestens eine einzubettende Kühlrohr aufreiht, den in dieser Weise vorläufig zusammengereihten Spaltstoffstab in eine stehende, der Oberfläche der Spaltstoffstücke angepaßte Kokille stellt und ihn zusammen mit dieser in einen Vakuumbehälter bringt, in welchem die Spaltstoffstücke so weit erhitzt werden, daß sie schmelzend auf den jeweiligen Abstandhalter absinken; sich nach außen hin der Innenwand der Kokille anschmiegen und nach innen hin eine intermetallische Bindung mit der Oberfläche des Kühlrohres eingehen.6. A method for producing a fuel rod for the fuel element according to the claims 1 to 5, characterized in that the prepared cooling tubes to be embedded appropriately perforated pieces of fissile material with spacers in between on the lined up at least one cooling tube to be embedded, the provisionally lined up in this way Fissile rod in a standing mold adapted to the surface of the fissile material pieces and put it brings together with this in a vacuum container in which the pieces of fissile material so far are heated so that they sink melting onto the respective spacer; outward cling to the inner wall of the mold and an intermetallic bond towards the inside enter the surface of the cooling tube. 7. Verfahren nach Ansprixch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Abstandhalter eine perforierte Graphitplatte verwendet.7. The method according to Ansprixch 6, characterized in that there is a perforated spacer Graphite plate used. 8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Spaltstoffstücke mittels einer elektrischen Induktionsheizung erhitzt.8. The method according to claim 6, characterized in that the pieces of fissile material by means of heated by an electric induction heater. 9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man, von unten beginnend, ein Spaltstoffstück nach dem anderen bis zum Schmelzen erhitzt.9. The method according to claim 6, characterized in that, starting from below, a piece of fissile material heated one after the other until they melt. In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 286 658;
französische Patentschrift Nr. 1 126 414;
britische Patentschrift Nr. 754 183;
USA.-Patentschrift Nr. 2 798 848;
»Atomics«, 8, Nr. 1, 1957, S. 5;
»Nucleonics«, 14, Nr. 12, 1956, S. 14;
»Genfer Berichte«, Bd. 3, 1955, S. 337.Considered publications:
Swiss Patent No. 286 658;
French Patent No. 1,126,414;
British Patent No. 754 183;
U.S. Patent No. 2,798,848;
"Atomics", 8, No. 1, 1957, p. 5;
"Nucleonics", 14, No. 12, 1956, p. 14;
"Geneva Reports", Vol. 3, 1955, p. 337. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings ® 909 648/327 11.59® 909 648/327 11:59
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