DE1439107A1 - Fuel element for heterogeneous nuclear reactors - Google Patents

Fuel element for heterogeneous nuclear reactors

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DE1439107A1 DE1961S0075929 DES0075929A DE1439107A1 DE 1439107 A1 DE1439107 A1 DE 1439107A1 DE 1961S0075929 DE1961S0075929 DE 1961S0075929 DE S0075929 A DES0075929 A DE S0075929A DE 1439107 A1 DE1439107 A1 DE 1439107A1
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Description

Brennelement für heterogene Atomreaktoren Heterogene Atomreaktoren verlangen hinsichtlich der Herstellung des .spaltbaren Materials einen sehr großen Aufwand, der demgemäß mit hohen Kosten verbunden ist. Aus diesem und anderen Gründen werden daher Reaktoren vorgeschlagen, die mit einfacher und daher wesentlich billiger herzustellendem Spaltstoff betrieben werden können. Der Spaltstoff befindet sich bei diesen Vorschlägen in flüssiger Form oder auch in Form eines geschmolzenen Salzes oder Metalls, einer Suspension, oder auch einer Spaltstoffpaste. Bei solchen Reaktoren muß man jedoch den Nachteil in Kauf nehmen, daß der ganze Kühlkreislauf auch außerhalb des Reaktorgefäßes außerordentlich stark radioaktiv verseucht ist und außerdem aufwendige Umwälzpumpen für` den jeweiligen Spaltstoff'. erforderlich sind. `.Fuel element for heterogeneous nuclear reactors. Heterogeneous nuclear reactors require a very large one with regard to the production of the .spaltbaren material Effort that is accordingly associated with high costs. For this and other reasons therefore reactors are proposed which are simpler and therefore much cheaper Fissile material to be produced can be operated. The fissile material is located in these proposals in liquid form or in the form of a molten salt or metal, a suspension, or a fission material paste. With such reactors However, you have to accept the disadvantage that the whole cooling circuit is also outside of the reactor vessel is extremely radioactively contaminated and in addition, elaborate circulation pumps for `the respective fissile material '. required are. `.

Abgesehen vom pastenförmigen Spaltstoff ist zudem die Konzentration der spaltbaren Substanz verhältnismäßig gering, so daß mit höher .angereichertem Spaltstoff gearbeitet werden muß.Apart from the paste-like fissile material, there is also the concentration the fissile substance is relatively low, so that with higher .enrichertem Fissile material must be worked.

Die vorliegende Erfindung verbindet die Vorteile-der starren Brennelemgntform m-it den Vorteilen; die ein Reaktor mit umlaufenden pastenförmigen Spaltstoff besitzt: und bezieht sich auf eln-Brennelement für heterogene Atomreaktoren mit pastenförmigem-Spaltstoff. Erfindungsgemäß besteht das Brennelement aus einem an SpaltstdF@fsgrmaelbqhä1,t-er . . angeschlossenen. Bohrsystem, das von dem pastenförmigen Spalts:tpf vorzugsweise mittels Druckgas durchströmtist.- , Das Brennelement bildet also eines heterogenen Reaktors und hat rieben der Verwendung relativ billigen S-paltstoffmaterials den Vorteil eines verhältnismäßig e,i-nfachen Aufbaus. Die Figur 1 stellt einen Querschnitt durch, ein derartiges Brennelement dar, wobeidessen' Lage innerhalb eines Reaktorkessels schematisch,angedeutet ist. Selbstverständlich sind auch noch aridere konstruktive Varianten zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Brennelements möglich. Die Figur 2 stellt einen Querschnitt durch dieses Brennelement in -Höhe der Linie II-II dar. Figur .3 zeigt einen- schematischen Querschnitt durch -eine= mögl.ch:e @ewaktoranlagP. Aus Gründen der Übersichtlichkeit: sind nur zwei der eri?ndungsgemäßpn:renne..let_@p te - cinge:zeichnet.` Das eigentliche Brennelement besteht aus einem zentralen Rohr 2 und einem Mantelrohr 3, die $n ihrem unteren Ende durch ein ringförmiges Teil 4 miteinander verbunden sind. Zwischen den beiden Rohren befindet sich ein ringförmiger Kühlkanal 18, in den das Kühlmittel von unten durch die Durchbrechungen 5 aus dem unteren Kühlmittelzuführungs raum 26 eintritt. Innerhalb des Zentralrohres 2 ist außerdem ein Kühlmittelrohr 19 angeordnet, das zum Ausgleich von Wärmespannungen eine gewellte Form besitzt, mit seinem unteren Ende mit dem Kühlmittelzuführungsraum 26 in Verbindung steht und an-senedoberen Ende seitlieh in den bereits genannten Kühlkanal 18 mündet. Dieser aktive Teil des Brennelementes befindet sich innerhalb eines Trennrohres 27, das zwischen der oberen Tragplatte 6 für die Brennelemente und der unteren Platte 7 angeordnet ist. Zwischen dem eigentlichen Brennelement und diesem Trennrohr 27 verbleibt wiederum ein Ringspalt 17 zum Durchtritt des Kühlmittels. Auf das äußere Mantelringrohr 3 ist außerhalb des eigentlichen Reaktorkernes, also oberhalb der Tragplatte 6, ein ringförmiger Sammelbehälter 10 für das pastenförmige Spaltstoffmaterial aufgesetzt, der sich mit 1117.fe der Laschen 20 auf die Tragplatte abstützt. Das zentrale Rohr 2 besitzt an seinem oberen Ende :ein Rückschlagventil 13, das eine Strömung der Spaltstoffpaste von unten nach oben verhindert und an eine rohrartige Verlängerung desselben anschließend den Spältstoffbehälter g. Dieser ist über die seitliche 4phrleitung, 11 mit dem unteren Spaltsteffbehälter 19 verbunden, wobei die Leitung 11 ebenfalls mit einem Rücksdhlagventil 12 versehen ist, das nur eine Spaltstofströmung von unten nach eben erlaubt.. Die bei-'den Behälter 9 und 10 sind noch durch eine Stützkonstruktion _2l @mityeinander verbunden, die gleichfalls den Austritt des Kühlujittels au.: dem inneren Kühlkanal 18 in den oberen Kühlmitt lsammelraum 25 des Reaktorkessels 14 gestattet: Die beiden Spatstaffsammelbehälter 9 und 10 stehen_über dünne Druckleitungen 22: und 23 und die steuerbaren Ventile 221 und 231 Druckgascquelle 24 (Figur 3) in Verbindung.. Die Anordnung der Sammelbehälter noch- innerhalb des Kühlmittelaus-' trittsraumes.ermöglicht dabei vorteilhafterweise eine Überhitzung des Kühlmittels durch die auch außerhalb der eigentlichen Kernzone noch entstehende Reaktionswärme im pastenförmige:n Spaltstoff. Die Figur 3 zeigt einen möglichen schematischen'Aufbau.eines Reaktors mit solchen Brennelementen. Diese-.werden durch die sehr kräftig auage,= führte Halteplatte 6 getragen: Die bereits genannten_Trennrohre 27 münden unterhalbes eigentlichen Reaktorkernes-in eine.gemeinsame, Kühlmittelzuführungsleitung 15-. Der Kühlmittelkreislauf: verläuf t, nachdem das Kühlmittel durch den Auslaß 16 den Reaktorkessel verlassen hat, über den Wärmeta:useher 41 und die Pumpe 40: Mit 42 ist ein Vorratsbehälter für das Kühlmittel bezeichnet:, mit dessen Hilfe es mögl-ich-ist, kleinere Leckverluste zu ersetzen, ohne den Betrieb . _ Y gc@ des Reaktors zu unterbrechen.-Als : Kühlmittel-selbst kann z.B. flüssiges Metall,. jedoch auch eine der sonst üblichen Kühlmittel Verwendung finden. Der Moderator 29 befindet sich in-einem eigenen Behälter, wenn er aus einer Flüssigkeit besteht. In vorliegendem Beispiel befindet sich zwischen den Trennrohren 27 'und den Moderatorbehälterdurchbrächen 28 noch ein ringförmiger Spalt zur Wärmeisolation. Der flüssige Moderator wird*mit Hilfe der Pumpe 33, die über den Kühler 32 mit den Austritts- und Eintrittsleitungen j1-bzw. 30 verbunden ist umgepumpt uni auf' der gewünschten Temperatur gehalten. Die Betriebsweise der Brennelemente läßt sich folgendermaßen be-, .schreiben: Beim Einsatz des Brennelementes sei nur der obere Behälter 9 mit pastenförmigem Spaltstoff gefüllt. Dieser enthält als spaltbare Substanz entweder U02 oder UC und als flüssige Phase Na, NaK, Pb, Bi oder Li 7. Dabei ist es zweckmäßig, den Anteil der flüssigen Phase mit etwa 30 - 50 % zu wählen, damit eine ausreichende Beweglichkeit der Paste erzielt wird. Zur Verbesserung der Benetzbarkeit zwischen den festen und den flüssigen Stoffen, die eine'notwendige Voraussetzung ist, können dieser Paste z.B. kleine Zusätze von Mg zugegeben werden. Gegenüber Na und noch mehr NaK ist Pb oderBi bzw. eine Fb-Bi-Legierung wegen ihres kleineren Absorptionsquerschnittes vorzuziehen. Wenn auch diese beiden Metalle eine etwa 4x schlechtere Wärmelelt-Fähigkeit als Na besitzen, so wird dieser Nachteil weitgehend durch den wesentlich höheren Siedepunkt (1630o G im Vergleich zu 850o C bei Na) wieder ausgeglichen: Die Wärmeleitfähigkeit einer solchen Paste beträgt etwa den doppelten Wert des mit U02-Keramik erreichbaren Wertes. Der Raum 9 wird nunmehr über die Leitung 22 mit Druckgas besufschlagt, das diese Paste. über das Rückschlagventi-1 1-3 in den zentralen Raum 2, über die untere ringförmige Umleitung 4-in das äußere Mantelringrohr 3 und von da in den unteren Sammelraum 10 befördert. Ist die ganze Spaltstoffmenge durchgepreßt, so wird das Druckgas auf die Leitung 23 geschaltet und der im unteren Behälter befindliche Spalts tof f über die Rohrleitung 11 und das Rüekschlagventil 12 wieder in den oberen Behälter zurückgedrückt. Das Rüekschlagventil 13 verhindert, daß der Spaltstoff in umgekehrter Richtung durch das eigentliche Brennelement läuft. Dies muB vermieden werden, damit stark neutronenabsorbierende Spaltprodukte wie z.BXenon erst nach einer angemessenen Abkling-. zeit in die Kernzone gelangen, und die Reaktivität des Reaktors nicht herabgesetzt wird.The present invention combines the advantages of the rigid fuel element shape with the advantages; which has a reactor with circulating pasty fissile material: and refers to eln fuel element for heterogeneous nuclear reactors with pasty fissile material. According to the invention, the fuel assembly consists of an at SpaltstdF @ fsgrmaelbqhä1, t-er. . connected. Drilling system through which the paste-like gap: tpf preferably flows by means of pressurized gas. The fuel element thus forms a heterogeneous reactor and, thanks to the use of relatively cheap carbon material, has the advantage of a relatively simple structure. FIG. 1 shows a cross section through such a fuel assembly, its position within a reactor vessel being indicated schematically. Of course, other design variants for realizing the fuel assembly according to the invention are also possible. FIG. 2 shows a cross section through this fuel assembly at the height of the line II-II. Figure .3 shows a schematic cross section through -eine = poss.ch: e @ewaktoranlagP. For the sake of clarity: are only two of the according to the invention pn: renne..let _ @ p te - cinge: marks.` The actual fuel assembly consists of a central tube 2 and a jacket tube 3, which are connected to one another at their lower end by an annular part 4. Between the two tubes there is an annular cooling channel 18 into which the coolant enters from below through the openings 5 from the lower coolant supply space 26. A coolant tube 19 is also arranged inside the central tube 2, which has a corrugated shape to compensate for thermal stresses, its lower end communicates with the coolant supply space 26 and at the upper end opens into the cooling duct 18 already mentioned. This active part of the fuel assembly is located inside a separating tube 27 which is arranged between the upper support plate 6 for the fuel assemblies and the lower plate 7. An annular gap 17 remains between the actual fuel assembly and this separating tube 27 for the coolant to pass through. On the outer jacket tube 3 is placed outside the actual reactor core, so above the support plate 6, an annular collecting container 10 for the paste-like fissile material, which is supported with 1117.fe of the tabs 20 on the support plate. The central tube 2 has at its upper end: a check valve 13, which prevents the flow of the fuel paste from bottom to top, and the fuel container g on a tubular extension thereof. This is connected via the lateral 4phrleitung, 11 with the lower crevice container 19, whereby the line 11 is also provided with a Rücksdhlagventil 12, which only allows a fuel flow from bottom to level. The two-'den containers 9 and 10 are still through a support structure _2l @mity connected to each other, which also allows the exit of the Kühlujittels au .: the inner cooling channel 18 in the upper coolant collecting space 25 of the reactor vessel 14: The two Spatstaff collecting tanks 9 and 10 are_over thin pressure lines 22: and 23 and the controllable valves 221 and 231 Pressurized gas source 24 (FIG. 3) in connection. The arrangement of the collecting container within the coolant outlet space advantageously enables the coolant to be overheated by the heat of reaction in the paste-like fissile material, which is also generated outside the actual core zone. FIG. 3 shows a possible schematic structure of a reactor with such fuel elements. These are supported by the very strong support plate 6: the already mentioned separating tubes 27 open below the actual reactor core into a common coolant supply line 15. The coolant circuit: runs after the coolant has left the reactor vessel through the outlet 16, via the heat exchanger 41 and the pump 40: 42 is a storage tank for the coolant: with the help of which it is possible, to replace minor leakage losses without stopping the operation. _ Y gc @ to interrupt the reactor.-As: coolant-itself can eg liquid metal ,. however, one of the usual coolants can also be used. The moderator 29 is in its own container if it consists of a liquid. In the present example there is also an annular gap for thermal insulation between the separating tubes 27 'and the moderator container openings 28. The liquid moderator is * with the aid of the pump 33, which is connected via the cooler 32 to the outlet and inlet lines j1- or. 30 connected is circulated and kept at the desired temperature. The mode of operation of the fuel assemblies can be described as follows: When the fuel assembly is used, only the upper container 9 is filled with paste-like fissile material. This contains either U02 or UC as the cleavable substance and Na, NaK, Pb, Bi or Li 7 as the liquid phase. It is advisable to choose the proportion of the liquid phase of around 30-50% so that the paste has sufficient mobility will. To improve the wettability between the solid and the liquid substances, which is a necessary prerequisite, small additions of Mg can be added to this paste, for example. Compared to Na and even more NaK, Pb or Bi or an Fb-Bi alloy is preferable because of their smaller absorption cross-section. Even though these two metals have about 4x worse heat-insulating properties than Na, this disadvantage is largely compensated for by the significantly higher boiling point (1630o G compared to 850o C for Na): The thermal conductivity of such a paste is about twice that value the value that can be achieved with U02 ceramics. The space 9 is now supplied with compressed gas via the line 22, which this paste. Conveyed via the non-return valve 1 1-3 into the central space 2, via the lower annular bypass 4 into the outer casing ring tube 3 and from there into the lower collecting space 10. When the entire amount of fissile material has been pressed through, the pressurized gas is switched to line 23 and the fissile substance in the lower container is pushed back into the upper container via the pipe 11 and the check valve 12. The check valve 13 prevents the fissile material from running in the opposite direction through the actual fuel assembly. This must be avoided, so that strongly neutron-absorbing fission products such as xenon only occur after an appropriate decay. time to get into the core zone, and the reactivity of the reactor is not reduced.

Durch Erhöhung des Gasdruckes kann die Rückführung der Spaltstofipast@ in den oberen Behälter beschleunigt werden, was auch durch die kurze Rohrleitung 11 mit"ihrem.wesentlich -geringeren-5trömungswiderstand@ gegenüber dem normalen Umlauf. unterstützt wird. Durch diese Methode der Rückführung der Paste wird eine Umschichtung erreicht, d.h..die älteste Paste kommt zu unterst In-den Behälter 9 . und die jüngste, Paste zuoberst in den Behälter .9, so daß damit über .den gesamten Umlaufzyklus gesehen eine gleiche Wartezeit erreicht wird: Diese Wartezeit ist ein besonderer Vortei-1 des mit diesem Brennelement verbundenen Umlaufverfahrens,: da durch sie eine Xenonvergiftung der Spaltreaktion weitgehend vermieden werden kann. Xenon 135 . das wegen seines großen Absorptionsquerschnittes normalerweise in einem .Leistungsreaktor etwa 5;ß %: Reaktivität verzehrt, entstellt aus dem Spaltprodukt J@5 durch Beta-Zerfall,mit: einer Halbwertszet von 6,6 Stunden und zerfällt selbst wieder mit einer Halbwertszeit von ca. 10 Stunden._Wird : der Brennstoff- z..B. gerade so: schnell umgepumpt, daß er sich etwa 6 Stunden im-Reaktor und danach etwa 20 - 30 Stunden auerhalb des Reaktors befindet, so würde der größte Teil des Xenon-Isotops, das im wesentlichen' erst-außerhalb des. Reaktors entsteht, . auch dort wieder zerfallen, :bevor der Brennstoff wieder zum: Einsatz gelangt. Aus diesen kurzen Darstellung ist ersichtlich, aaß ein Reaktor, der m-t solchen Brennelementen aufgebaut .st,- auf. die nor-: @_` malerweise bei einem Leistungsreaktor erforderliche: Reaktivitäts--, reserve verzichten kann. Diese Eigenschaft solcher Brennelemente führt auch zu der Möglichkeit, auf Regelstäbe kom zu verzichten, da die Konzentration neutronenabsorbierender Stoffe im Bereich des aktiven Reaktorkernes z.B. durch langsameres Umpumpen der spaltstoffpaste in genau dosierbarer Weise erhöht werden kann.By increasing the gas pressure, the return of the fissile paste into the upper container can be accelerated, which is also supported by the short pipeline 11 with its "significantly lower-flow resistance" compared to normal circulation. This method of returning the paste is A reallocation is achieved, i.e. the oldest paste is at the bottom in the container 9 and the youngest paste at the top in the container 9, so that the same waiting time is achieved over the entire cycle: This waiting time is a special one Advantages of the circulation process associated with this fuel element: since it can largely avoid xenon poisoning of the fission reaction. Xenon 135, which because of its large absorption cross-section normally consumes about 5%: reactivity in a power reactor, distorted from the fission product J @ 5 by beta decay, with: a half-life of 6.6 hours and decays itself again with a half-value rts time of approx. 10 hours._Will: the fuel eg. just like that: pumped around quickly so that it is in the reactor for about 6 hours and then outside the reactor for about 20-30 hours, most of the xenon isotope, which essentially arises outside of the reactor, would. also disintegrate there again: before the fuel is used again. From this brief description it can be seen that a reactor built with such fuel elements was. which normally: @ _` normally required in a power reactor: reactivity, reserve can do without. This property of such fuel assemblies also leads to the possibility of using control rods kom to do without, since the concentration of neutron-absorbing substances in the area of the active reactor core can be increased in a precisely metered manner, for example by pumping the fission material paste more slowly.

Auf besondere Abschaltstäbe wird man jedoch aus Sicherheitsgründen nicht verzichten. Diese können in üblicher Weise. im Reaktor ange-bracht werden. Mit diesen genannten Eigenschaften verbunden ergibt sich die Möglichekit eines höheren Abbrandes im Spaltstoff urid als weiterer Vorteil die stetige Betriebsbereitschaft des Reaktors, da nach dem Abschalten nicht erst die Abklingzeit der Xenonvergiftung abgewartet werden mul3. Als Buispiel für die Dimensionierung sei genannt, doll das Brennstoffvolumen bei einem Brennstoffquerschnitt von `j4 cm@ und einem Kühlmittelquerschnitt von 32 em2 bei Einer gesamten Lünge des Brennelementes von 1l nc rung 30 T beträgt. Der gesamte erforderliche Vorrat an Brennstoffpaste pro Element würde etwa 90 1 betragen. FUr die Behälter und 10 steht entsprechend dem Abstand der Kühlkanäle etwa ein Durchmessec von 25 cm zur Verlllgung. Bei einer Gesamthöhe von Z m ilir beide Behälter erreich:. man ein Volumen von 100 1, das für die Aufnahme der -Paste und eines zusätzlichen Gasvolumens ausreichend ist. Die zwischen -den runden Behältern freibleibenden Zwischenräume werden l"ilr die FZilei@-fühirungsrohre und. für I?egelstäbe verwendet. Bei dieser angenommenen. Grötse enes'ilrennelementes und. einer der Paote von etwa 10 g ' pro em3 beträgt.das Gewicht eines derartigen Elementes etwa 1 t:-- Die Abstützung und die. Tragfläche 6--müssen also sehr-kräftig sein. . Prinzipiell könnte der Brennstoffwechsel in einfacher Weise> durch . dünne Rohrleitungen erfolgen. Da aber der erwähnte. große Brennstoff- vorrat etwa für einen 10-jährigen Betrieb reicht, ist es zweckmäßig, nach.e-iner derartigen längen Betriebszeit das ganze Element auszu- wechseln und an. einer besonderen Anlage: außerhalb neu zu füllen. Für die Auswechselung ist dabei nur die Abtrennung d-er beiden dünnen .Druckgasleitungenerforderlich. - Eine weitere Erhöhung des Spaltstoffabbrande.s ist, ..durch die Möglich- keit der Absaugung der gasförmigen vergiftenden Spaltprodukte, die. u.U. ebenfalls mit Hilfe der DruckleitungLei 2'2' arid 2:> ,erfolgen kann, ge- geben. Damit würde sich auch die Abklingzeit entsprechend verringern;:] da. kleinere Umlaufzeiten des .Shaltsto`fes möglich werden. - ,i@actl:ie!lEnd seien die wiclityi-;ten Vorteile, die mit dem Einsatz derartiger Brennelemente verbunden sind, zuaammengei'ai:t: 1. Die F3r-ennstof'1'kosteri sind weseritl.ich niedriger als bei der Fa- brikation rormbeständiger Brennelemente mit dichtem Spaltstoff', c: d°u"rch die verminderte Xerionvergifturig ergibt sich für dien gesatct,cri Reaktor ein: «R. akti.v_i tätsgewirin und für d.en Spaltstoff ein höherer Abbrand. L'ir die Auslegung des Reaktors ist keine Reaktivitätsreserve zum Ufberfahren der Xenonvergiftung nach einer Lastsenkung: mehr er--= forderlich, 4. ein lieaktor kann riacfi* Akiscr,al_tu.ng sofort wieder in B@:trleb ge- nommen werden, da keine Xenonvergif tung.im Reaktorkern verhanden ist, , ' 5. die Regelung des Reaktors kann anstatt. durch Regelstäbe durch Veränderung der Durchsatzgeschwindigkeit der Paste und damit Einsteilung genau dosierbarer Mengen neutronenabsorbierender Spalt-' produkte im Reaktorkern erzielt werden, im gleichen Sinn kann durch unterschiedliche Durchsatzgeschwindigkeit der Paste in den einzelnen Brennelementen die Neutronenflußverteilung im gesamten Reaktor günstig beeinf lußt werden, 7. komplizierte Ladevorrichtungen zum Auswechseln des Brennstoffes kommen in Wegfall, B. es ist eine Brennstofferneuerung mit Zwischenaufarbeitung ohne Bewegung der Brennelemente möglich.However, for safety reasons, special shut-off rods will not be dispensed with. These can be done in the usual way. be placed in the reactor . Combined with these properties, there is the possibility of higher burn-up in the fissile material and a further advantage of the reactor's constant operational readiness, since after shutdown it is not necessary to wait for the xenon poisoning to decay. As an example for the dimensioning, the fuel volume with a fuel cross-section of `j4 cm @ and a coolant cross-section of 32 em2 with a total length of the fuel assembly of 1 liter is 30 T. The total required supply of fuel paste per element would be about 90 liters. For the containers 10 and 10 there is a diameter of about 25 cm, corresponding to the distance between the cooling channels. With a total height of Z m ilir both containers reach :. a volume of 100 1, which is sufficient for the absorption of the paste and an additional volume of gas. The gaps that remain free between the round containers are used for the FZilei® guide tubes and for rods. per em 3 the weight of such an element is about 1 t: - The support and the. Wing 6 - must be very powerful. . In principle, the fuel change could be done in a simple manner. thin pipelines. But since the one mentioned. large fuel if the supply is sufficient for a 10-year operation, it is advisable to after such a long operating time, the entire element switch and on. a special plant: to refill outside. For the substitution is only the separation of the two thin ones .Pressurized gas lines required. - A further increase in the burn-up of fissile material is, through the possibility of ability of the suction of the gaseous poisoning fission products that. possibly also with the help of the pressure line Lei 2'2 'arid 2:>, can be done, give. This would also reduce the cooldown time accordingly ;:] there. shorter circulation times of the .contents become possible. - , i @ actl: ie! lEnd are the wiclityi-; th advantages that come with the use such fuel elements are connected, together: t: 1. The fuel costs are essentially lower than those of the brication of sturdy fuel elements with dense fissile material ', c: d ° u "rch the reduced Xerion poisoning results for dien satct, cri Reactor on: «R. akti.v_i tsgewirin and for the fissile material a higher one Burn-off. L'ir the design of the reactor is no reactivity reserve for Run over of xenon poisoning after a load reduction: more er - = conducive, 4. a lieaktor can riacfi * Akiscr, al_tu.ng immediately back in B @: trleb since there is no xenon poisoning in the reactor core, '5. the regulation of the reactor can be used instead. can be achieved through control rods by changing the throughput rate of the paste and thus setting precisely metered amounts of neutron-absorbing fission products in the reactor core, in the same sense, the neutron flux distribution in the entire reactor can be favorably influenced by different throughput rates of the paste in the individual fuel elements, 7.complicated Charging devices for changing the fuel are no longer necessary, e.g. fuel renewal with intermediate processing without moving the fuel assemblies is possible.

Claims (1)

Patentansprüche '1. Brennelement für heterogene Atomreaktoren mit pastenförmigem Spaltstoff, dadurch gekennzeichnet,- daß das: Brennelem®nt--aus =# - - einem: an Spaltstoffsammelbehälte:r änge-schlossenen:-Rohrsystem be- steht, das von -dem pastenförmigen Spaltstoff. vorzugsweise mittels Druckgas durchströmt ist. _- Verfahren zum Betrieb-eines Reaktors mit Hilfe eines Breünelementes:- - nach Anspruch 1,-dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaufzeit - der Spaltstoffpaste so gewählt wird, daß innerhalb des Rohrsystems praktisch keine Xerionvergiftung auftritt und@der-Spaltstoffvorrat- ' in den Sammelbehältern so groß ist, daB=die einzelnen Spaltstoff- telchen solange darin -verbleiben, bis die -Xenonvergif tung =äti=geklungen ist. - i. Verfahren zum Betrieb eines Reaktors nach Anspruch 1 und 2,- - dadurch gekennzeichnet,@dafdie Durchströmgeschwindgkeit der- Paste -regelbar ist und eine zeitweilige Variatlöri der Geschwin- digkeit durch die 'dadurch erhöhte Xenonvergiftung und damit Neutronenabsorption innerhalb des Rohrsystems zur Regelung des Reaktors herangezogen wird. -. -- 4, . Brenne Zement -nach Anspruuh 1-, dadurch gekennze ichnet- üaß es aus einem zentralen rohrförmigen Hohlkörper und einem hohlen-Mantel- körper, die an ihrem: unteren Ende- mi teinander verbunden ind und vom: pastenf6,rmigerSpaitstoff durchströmt werden, besteht und
daß diese Hohlkörper an ihrem anderen Ende oberhalb des eigentliehen Reaktorkernes In-übereinander angeordnete S.pa:ltstoffsammelbehälter münden und durch zylinderförmige Kühlkanäle voneinander getrennt sind. -5. Brennelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die. ringförmige Verbindung zwischen dem inneren Hohlkörper -und dem -Mantelkörper von kurzen rahrförmigen-Teilen zur Herstellung einer - Verbindung zwischen dem inneren zylindrischen Kühlkanal und einem-Kühlmi@telzuführungsraum, in den das Brennelement eintaucht, durchbrochen ist. 6.-Brennelement nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden oberhalb des eigentlichen Brennelementes befindlichen Sammelbehälter durch eine mit einem Rückschlagventil versehene, -eine Spaltstoffströmung nur von unten nach oben gestattende, Rohrleitung verbunden sind. 7. Brennelement nach Anspruch 4 und Ei, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Zuleitung aus dem oberen .;ammelbehälter- in -den zentralen Spaltstoffraum ebenfalls mit einem ßückschlagventil, das nur eine Spaltstoffströmung nach abwärts gestattet, versehen ist. B. Brennelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,: daß die beiden Sammelräume an je eirot Sruckgaszuleitung geringen Querschnitts,-die über regelbare V.@ntile zu einäm Druckgaserzeuger i-:hren, angeschlossen sxnd. - 9. Verfahren-zum Betrieb- -eines Brennelementes naäh Anspruch 4-da- - ,_ -durch gekennzeichneto, daß durch Einleiten von._Brupkgag ih den oberen .Sammelbehälter der darin befindliche paatenförmige Spält- stoff in den zentralen Spaltstoffraum gepreßt, am Ende desselben ,seitwärts umgelenkt und durch den diesen umschließenden mäntel- . förmigen Raum wieder nach oben roden unteren Tier beiden Sammelbe-_ . kälter .gepreßt -wird.- 10. Verfahren zum Betrieb eines Brennelementes hach Anspruch 4da- durch gekennzeichnet, daß der° -Spa.Ltstoff nach Füllung des unteren Sammelbehälters durch Druckgas über die Verbindungsleitung zum oberen Sammelbehälter gepreßt wird,. 'f1. Brennelement nach-Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß- Einrichtungen zur Absaügung`der entstehenden gasförmigen.Spalt- produkte vorgesehen sind:. 12.@ Brennelement nach Anapruct:4, dadurch gekennzeichnet, daß die Paste :aus U0,, oder UC mit Na, NaK, Pb, Bi oder Li 'j als flus- - sige Paste besteht, wobei der Anteil der flüssigen Phase 20 - 50 ' beträgt.
Claims '1. Fuel element for heterogeneous nuclear reactors with pasty Fissile material, characterized - that the: Brennelem®nt - from = # - - one: to fissile material collection containers: ranks-closed: -pipe system stands, that of the paste-like fissile material. preferably by means of Pressurized gas is flowed through. _- Procedure for operating a reactor with the aid of a Breün element: - according to claim 1, characterized in that the throughput time - the fissile material paste is chosen so that within the pipe system practically no xerion poisoning occurs and @ the -fission material supply- 'in the collecting containers is so large that = the individual telchen remain in it until the -xenon poisoning = äti = has sounded. - i. Method for operating a reactor according to claim 1 and 2, - - characterized by @ that the flow rate of the Paste is adjustable and a temporary variatlöri of the speed the resulting increased xenon poisoning and thus Neutron absorption within the pipe system to regulate the Reactor is used. -. - 4,. Burn cement -according to the requirements 1-, thereby marking it out a central tubular hollow body and a hollow shell bodies that are connected to each other at their: lower end and from: pastenf6, rmigerSpitstoff flowed through, consists and
that these hollow bodies open out at their other end above the actual reactor core in S.pa:ltstoffsammelbehälter arranged one above the other and are separated from one another by cylindrical cooling channels. -5. Fuel element according to claim 1, characterized in that the. ring-shaped connection between the inner hollow body and the jacket body of short tubular parts to produce a connection between the inner cylindrical cooling channel and a coolant supply space into which the fuel element is immersed is broken. 6.-fuel assembly according to claim 4-, characterized in that the two collecting containers located above the actual fuel assembly are connected by a pipeline provided with a check valve, -a flow of fissile material only from bottom to top. 7. Fuel element according to claim 4 and egg, characterized in that the central supply line from the upper. B. A fuel assembly according to claim 4, characterized in that: that the two collecting spaces are connected to a small cross-section, each with a red pressure gas feed line, which is connected to a pressure gas generator via controllable valves. - 9. Method for operating a fuel assembly close to claim 4-da-, _ - characterized by that by introducing von._Brupkgag ih the upper .samming container the paat-shaped splitting material pressed into the central fissile material space, at the end of the same , deflected sideways and through the surrounding jacket. Shaped space clear up again lower tier two collectible _. colder .pressed -is.- 10. A method for operating a fuel assembly hach claim 4da- characterized in that the ° -Spa.Ltstoff after filling the lower Collection container by pressurized gas via the connecting line to upper collecting container is pressed. 'f1. Fuel element according to claim 4, characterized in that- Devices for the extraction of the gaseous. Products provided are :. 12. @ fuel element according to Anapruct: 4, characterized in that the Paste: from U0 ,, or UC with Na, NaK, Pb, Bi or Li'j as flux - sige paste, with the proportion of the liquid phase 20 - 50 ' amounts to.
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