DE1589663A1

DE1589663A1 - Core-Element fuer Kernreaktoren und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1589663A1
Application number: DE19671589663
Authority: DE
Inventors: Andre Gumuchian
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1966-12-05
Filing date: 1967-12-05
Publication date: 1970-11-05
Also published as: CH483080A; DE1589663B2; NL6716225A; GB1139967A; FR1519592A; BE706865A; SE326780B; ES347975A1

Description

β MONOHEN B. OrrOSTRAaSE la TEUEFON COSIO BOMI

B. 2112.3 München, 5. Dezember 1967

— - - Dr.M./F-h

C-IP 183/550

CoKifliasariat h 1'Energie Atomique in Paris / Prankreich Core-Element für Kernreaktoren und Verfahren EU seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft ein Core-Element für Kernreaktoren, lnebesondere für Bit schnellen Neutronen arbeitende Reaktoren, die durch eine senkrechte Strömung eines au* eines f Idee igen Mertall beatehendnn Kühlmittels durch den Core gekühlt werden.

Im folgenden ist alt dem Ausdruck "Core-Slement" eine Anordnung bezeichnet, die mindestens ein Bündel ladeIn enthält, welohe Jeweils aus einem Stab von Spalt- oder Brutmaterial in einer dichten Hülle bestehen und in einem rohrföne Igen Qehäuse angeordnet sind, das einen Kanal für die Strömung des fIUeeigen Metalls bildet und mit dem die HadeIn an einem ihrer Enden rerbunden «Ind. Der Ausdniefc "Stak" «oll hler entweder »im mmIvn StUck oder eine Tablettensäule geringer Lange bezeichnen. Die eine Art wird im allgemeinen bei metallischen Brennstoffen angewandt (e.B. einer Uran- um! Plutonlumlegiarang), währ*öd man

BAD OftlCiNAL

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die zweite Art bei keramischen Brennstoffen (z.B. Oxiden und Carbiden) verwendet.

Derartige Kernbrennetoffelemente sind im französischen Patent Nr. 1 291 633 vom 10. März 1961 des Anmelders besehrieben. Dieses Patent beschreibt Core-Elemente mit drei übereinander in einem Gehäuse mit hexagonalem Querschnitt angeordneten Nadelbündeln. Die Nadeln eines Bündels sind in einem zentrierten hexagonalen Gitter angeordnet. Jedes Bündel wird von einem Gitter oder Schienen getragen, die am Gehäuse befestigt sind, und dsr für den Durchtritt des flüssigen Metalls erforderliche Abstand wird durch eine mit der Hülle fest verbundene Rippe oder einen Draht in Spiralform aufrechterhalten. Das Gehäuse gewährleistet, daß die Nadeln an Ort und Stelle gehalten werden₍und leitet die Strömung des als Kühlmittel verwendeten flüssigen Metalle. Das Gehäuse besteht aus einem rohrförmigen Mantel, der an seinem oberen Teil einen im wesentlichen zur Handhabung des Core-BlssMts mittels einer Lademaschine bestimmten Kopf und am unteren Bnde einen Fuß aufweist, mit dem das Core-Blement in ein die Gesamtheit der Elemente tragendes Gerüst eingreift. PuS und Kopf besitzen Bohrungen für den Eintritt des flüssigen Metalls in das Core-Element und seinen Austritt daraus. Außer diesen sog. "Brennstoffelementen", die ein mittleres *adelbündel, das Spaltmaterial enthält, und zwei äuöere Nadelbündel, die Brutmaterial enthalten, besitzen, beschreibt das frans. Patent 1 291 633 sog. "Brutelemente¹¹, die für den äuBeren Teil des Cores oder die Abdeckung bestimmt sind und ein einziges, über die ganze Lunge des Gehäuses reichendes und Brutmaterial enthaltendes ladelbUndel besitsen.

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Es sind auch verschiedene Abwandlungen der oben beschriebenen Elemente bekannt. Gemäß einer solchen Auebildung elnd der dae spaltbare Material enthaltende Teil und die axial darüber und darunter angeordneten, dae Brutmaterial enthaltenden Abdeckungen in einem einzigen, aus Nadeln großer Länge bestehenden Bündel integriert; gemäß einer anderen, auf den Seiten 84 und 86 des Juli/August-neftes 1965 des "Bulletin d¹Information Scientifiquee et Techniques" beschriebenen und dargestellten Ausbildung besitzt die Anordnung ferner einen Stopfen sur oberen leutronenabachlrmung.

Alle diese, im allgemeinen befriedigenden,Ausbildungen besitzen jedoch einige Nachteile, und zwar kann sich insbesondere der Einbau der Nadelbiindel im Gehäuse als schwierig erweisen, üb das Auftreten τοη Sohwingungserschelnungen, Resonanten, Terstemen der Nadeln usw. zu verhindern, 1st es unbedingt erforderlich, das Nftdelbiindel Ib Gehäuse ohne tu groftes Spiel einzubauen. Unter

Berücksichtigung der !igentoIeranzen de· iadelbttodels 1st et

daß
erforderlich,/die Querabaessungen (Hth· zu Selten, Spltsenwinkel) und Längsabmessungen (Durchbiegung, Ausrichten) de« einen polygonalen Querschnitt besitzenden Gehäuses in βineβ engen folertnsbereich gehalten werden, üb ein geringes Spiel su gewährleisten. Das erfordert aber einen XoBproniß zwischen den Anforderungen der-Herstellung, des Zusanaenbaus und der guten Arbeitsweise la Betrieb, Außerdem sind die Herstellungskosten des Gehäuses ein«· eineigen Stücks TerhältnisBfißig hoch.

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Die Erfindung bezweckt nun die Herstellung eines Core-Elemente lUr Kernreaktoren, das den praktischen Erfordernissen insbesondere durch mehr oder weniger weitgehende Beseitigung der oben angegebenen Nachteile besser als die bekannten Core Elemente entspricht.

Das erfindungsgemäße Core-Element mit mindestens einem Bündel von in einem rohrförmigen Mantel angeordneten Hadein, bei dem der Mantel einen Teil eines Gehäuses bildet, das einen Kanal für den KUhlmittelstrom darstellt und in einen Griffkopf und einem massiven PuB endet, zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß der Mantel aus einem dünnen, spiralförmig ua das Bündel oder die Bündel In enger Berührung Bit dieeem gewickelten dünnen Netallband besteht, wobei jede Windung dee Bandes mit dem benachbarten Windungen starr verbunden 1st und die End»indungen am PuB oder am Kopf des Elements befestigt sind.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren eur Herstellung eines solchen Gore-Elements.

Die Erfindung 1st insbesondere, jedoch nicht ausschließlich anwendbar für Abdeckiingselemente, die nur ein mit Brutmaterial gefülltes Hade!bündel enthalten;

für Elemente, die nur aus einem einsigen ladelbUndel großer länge bestehen, worin mit Spaltmaterialien und Bratmaterialien ausgestattete Teile integriert sind;

für Kernbrennstoffelemente mit einer tragenden Mittelstruktur, wie sie in der gleichzeitigen Patentanmeldung des Anmelder* (Ae....; entsprechend der französischen Patentanmeldung PV 86 219) beschrieben sind.

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In den ersten beiden Fällen besorgt das gewickelte B-nd die mechanische Verbindung »wischen dem Kopf und dem Fuß und die Starrheit des Gore Elements. Im letzten Fall dient ee nur zur Kanalisierung der Strömung des als Kühlmittel dienenden flüssigen Metalls.

Im folgenden werdim zwei erfindungsgemäße Core-Elemente als Ausführungebeispiele beschrieben. Die Beschreibung bezieht eich

auf die beigefügte Zeichnung. Hierin zeigern

Fig. 1 einen Aufriß eines Core-Elements, wobei der Mittelteil nur zum Teil gezeigt und ein Teil des Hantele weggeschnitten ist;

Fig. 2 eine Einzelansicht des Unterteils einer abgewandelten

AusfUhrungsform des Core-Elemente der Fig. 1 in größerem Maßstab.

Das in Fig. 1 gezeigte Core-Element A besitzt ein Gehäuse 8, dessen Querschnitt ein regelmäßiges Secheeck 1st und das ein einziges Bündel von Nadeln 10 enthalt, die entweder mit Brutmaterial gefüllte Hadeln oder solche, die eine von zwei alt Brutmaterial gefüllten Zonen eingeschlossene, mit Spaltmaterial gefüllte Mittelzone aufweisen, sind.

Das Gehäuse 8 dient dazu, die Beatandteile des Core-Elemente der Fig. 1 zusammenzuhalten und sie ale Block zu handhaben. Das

Gehäuse besteht aus einem rohrförmigen Mantel 12, der an seinen

massiven
beiden Enden an/Werkatücken befestigt ist, nämlich dem Fuß und Kopf 16 dee Elemente, die Bit öffnungen für den Durchtritt des flüssigen Metalls versehen sind. Die ladein elnd in eine»

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zentrierten hexagonalen Gitter angeordnet, und ua jede ladel 10 ist ein Draht 18 schraubenförmig angeordnet, um den notwendigen Abstand fUr den Durchtritt dea flüssigen Metalle eu schaffen.

Damit eich die Nadeln frei auedehnen können, sind sie nur an ihrem unteren Teil befestigt, wo sie auf parallele, «in Gitter bildende und am PuB 14 des Elements befestigte Schienen 20 aufgeschoben sind. An ihrem oberen Ende sind die fädeln einfach durch weitere, as Kopf 16 befestigte Sohienen 22 geführt, welch· die Ausdehnung der ladeIn nicht behindern.

Der PuQ 14 des Core-Elements kann eine (nicht gezeigte) Torrlohtvn zur elastischen Verriegelung am strichpunktiert geseigten Traggerüst 24 des Reaktors aufweisen.

Erfindungsgemäe besteht der rohrförmlge Mantel 12 ans einem dünnen Metallband, das spiralförmig mit aneinanderstoßenden Windungen um das HadelbUndel 10 herumgewickelt 1st, wobei es die Nadeln eng berührt, um das Spiel möglichst herabzusetzen. Die ao Kante an Kante angeordneten Windungen bilden ein geschlossene· rohrförmigea Werkstück, dessen mechanische Festigkeit durch LBt- oder Schweißnähte 26 zwischen benachbarten Windungen erhalten wird. Diese Lötnahti können entweder diakontinuierlich oder kontinuierlich sein, wenn man eine völlige Dichtheit dea Mantel· wünscht. Die Endwindungen sind schräg abgeschnitten, damit ein· zur Core-Elementachse senkrechte Kante entsteht, und auf den Kopf 16 bzw. den Pyfl 14 aufgezogen und daran durch eine SohwelSnaht 28,

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eine Lötung oder in anderer Weise, beispielsweise durch Bieten, befestigt.

Die Herstellung des erfindungsgernnGen Core -Elements erfolgt nach einem Verfahren, das eich aus der obigen Beschreibung ergibt: Zunächst wird das Nadelbündel 10 in üblicher Weise Susannengestellt und gegebenenfalls mit dem PuU 14 rerbunden. Dieses Nadel blind el wird anschließend nicht in ein starres Gehäuse alt hexagonalem Querschnitt eingeführt, sondern Windung für Windung durch beispielsweise Tom Fuß ausgehendes spiralförmiges Umwickeln mit einem dünnen Metallband fortschreitend mit den rohrförmigen Mantel 12 umkleidet. Die Windungen werden anschließend miteinander fest verbunden, worauf PuQ und Kopf in üblicher Weise befestigt werden.

Die in Flg. 2 geseigte Ausführungsform« worin die Besugsseichen die gleichen sind wie in Pig. 1, jedoch unter Beifügung eines Indexetriches» unterscheidet sich τοη der AusfUhrungsform der Flg. 1 nur in einem Punktι Das Metallband ist mit einer geringeren Ganghöhe als die axiale Breite des Bandes gewickelt, so dofl sich eine Uberdeckung alt der Breite r ergibt. Diese Ausbildung ermöglicht die Befestigung aufeinanderfolgender Windungen aneinander mittels Nieten 30.

Die Herstellung des Mantels 12 oder 12¹ erfolgt bei einem Kernbrennstoffelement mit drei Hadelbündeln, wie in der oben erwähnten gleichseitigen deutschen Patentanmeldung (As....; ent-

beschrieben, sprechend der frans. Patentanmeldung P? 86 219Vin ähnlicher

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Weise, indem man die Gesamtheit der zuvor an ihrem Stützgerüst befestigten Bündel mit dem Band utt-wiekelt.

Die Vorteile der Erfindung liegen auf der Hand: Es treten keine Schwierigkeiten durch Einführung eines Nadelbtindelo in ein starres Gehäuse mehr auf; da die Nadeln ohne Spiel zusammengebaut sind, verringern sich störende Schwingungen; die Dicke des Bandes karai geringer sein als die eines üblichen Gehäuses, und der Gesamtantell von Bauwerkstoffen im Core ist geringer, so dall man entweder für eine gegebene Gesamtmasse die Masse an Spalt- oder Brutmaterial erhöhen oder das Montagespiel zwischen benachbarten Core Elementen vergrößern kann.

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Claims

1.) Core-Element für Kernreaktoren, insbesondere für mit schnellen Neutronen betriebene Kernreaktoren, die mittels eines durch den Core strömenden flüssigen Metalls gekühlt werden, das mindestens ein BUndel von Nadeln aufweist, die in einem einen Kanal für den Kühlmittelstrom bildenden rohrförmigen Hantel angeordnet sind» dadurch gekennzeichnet, daS der Hantel (12) aus einea spiralförmig um das BUndel oder die Bündel und in enger Berührung Bit diesen gewickelten dünnen Metallband besteht, wobei Jede Vindung des Bandes mit den benachbarten Windungen starr verbunden ist und die Endwindungen am FuS (14·) bew. Kopf (16) des Core-Elements (8) befestigt sind.

2.) Core-Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hantel aus aneinanderstoßenden, durch Schweiß- oder LBtnähte miteinander verbundenen Windungen besteht.

3.) Core-Element nach-Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, daß der Hantel aus einander überlappenden, durch SchweiBen, Litten oder Nieten (30) verbundenen Windungen besteht.

4.) Core-Element nach einem der Ansprüche 1,2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß es nur ein einsiges Bündel von mit Brutmaterial gefüllten Nadeln (10) enthält.

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5.) Core-Element nach einem der Ansprüche 1,2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß es nur ein einziges Bündel von sehr langen Nadeln (10) enthält, worin mit Spaltmaterial und Brutmaterial gefüllte Teile integriert sind.

6.) Core-Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ein die Nadeln tragendes zentrales Stützgerüst aufweist.

7.) Verfahren zur Herstellung eines Core-Elenents naoh eines der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennseiohnet, daß die

werden

Nadeln (10) zu einen Bündel busammengefaßyund dieses spiralförmig mit einem dünnen Metallband fortlaufend ue-wickelt wird, worauf die Windungen miteinander verbunden und die Endwindungen am PuQ bzw. Kopf des Core-Eleaents befestigt werden.

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