DE1764459B1 - Atomkernreaktor mit einer traganordnung fuer die brennstoffelemente des kerns - Google Patents

Description

(43) ein hinreichendes Volumen aufweist und einen wesentlichen Teil des gasförmigen Spaltproduktes aus den Brennstoffstäben (13) bei Verbindung mit diesen abzuführen vermag.

13. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffstäbe (13) jeweils ein zylinderförmiges festes Kernbrennstoffmaterial mit kreisförmigem Quer-

einem Gas besteht und daß das Gas, das durch io dauer des betreffenden Kernbrennstoffelements beidie zweite Ventileinrichtung (39) in die Innen- behalten, und zwar mit Rücksicht darauf, daß eine räume der Brennstoffstäbe (13) eingeleitet wird,
von dem unter Druck stehenden Kühlmittelstrom
herrührt.

12. Kernreaktor nach Anspruch 10, dadurch 15 duktgase erzeugt werden.

gekennzeichnet, daß eine zusätzliche evakuierte In sogenannten schnellen Atomkernreaktoren, in

Aufnahmeeinrichtung (43) vorgesehen ist und denen es im allgemeinen aus wirtschaftlichen Gründaß Einrichtungen (51) zur Trennung und Ver- den erwünscht ist, einen starken Abbrand bei bindung dieser Aufnahmeeinrichtung (43) von angereicherten Kernbrennstoffen zu erzielen, wird bzw. mit der ersten Ventileinrichtung (41) vorge- 20 während der zur Zeit zu erwartenden Lebensdauer sehen sind und daß die Aufnahmeeinrichtung eines derartigen Kernbrennstoffelements eine erhebliche Menge an Spaltproduktgasen erzeugt. Demgemäß müssen beim Entwurf eines Atomkernreaktors und insbesondere beim Entwurf eines gasge-35 kühlten Hochtemperatur-Atomkernreaktors Vorkehrungen zur Ableitung dieser Spaltproduktgase getroffen werden.

Es ist bereits bekannt (USA.-Patentschrift 3 291698), in einem gasgekühlten schnellen schnitt enthalten, das von einer dünnwandigen 30 Hochtemperatur-Atomkernreaktor Kernbrennstoff-Umhüllung (15) umgeben ist, deren Innendurch- elemente zu verwenden, die mit einer als Überzug messer etwa dem Außendurchmesser des Brenn- dienenden abgedichteten Brennstoffumhüllung verstoffmaterials entspricht. sehen sind. Bei diesen bekannten Kernbrennstoff-

14. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 elementen wird ein Material, wie Natrium, das bei bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Um- 35 der Betriebstemperatur flüssig ist, verwendet, um die hüllung (15) eine Wanddicke von nicht mehr als Brennstoffumhüllung auszufüllen und ferner die etwa 5 °/o des Radius der Querschnittsfläche der Wärmeübertragung von dem spaltbaren Kernbrenn-Umhüllung (15) aufweist. stoff auf die Wandung der Kernbrennstoffumhüllung

15. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 zu erleichtern. Mit Hilfe eines flexiblen Teils der bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Um- 40 Kernbrennstoff umhüllung, der sich auf den zwischen hüllungsmaterial aus rostfreiem Stahl besteht und dem inneren und dem äußeren Teil der Kernbrenneine Wanddicke von maximal 0,38 mm aufweist. Stoffumhüllung vorhandenen Druckunterschied ausdehnen oder zusammenziehen kann, wird der erwähnte Druckunterschied ausgeglichen. Bei diesen

45 bekannten Kernbrennstoffelementen werden entstehende Spaltprodukte innerhalb der Kernbrennstoffumhüllung in dem in seinem Volumen veränderlichen Bereich gespeichert, der durch den genannten

Die Erfindung bezieht sich auf einen Atomkern- flexiblen Teil gebildet ist. Obwohl ein derartiges reaktor mit einer Traganordnung, einer Anzahl von 50 Kernbrennstoffelement verschiedene Vorteile in in der Traganordnung auswechselbar angeordneten seiner Anwendung mit sich bringt und bei bestimmten und von dieser getragenen Brennstoffelementen, die Atomkernreaktoranwendungsfällen zufriedenstellend mit der Traganordnung zusammen einen Teil des arbeitet, kann es vom Gefahrenstandpunkt aus be-Reaktorkerns bilden und mit Hilfe eines umlaufen- trachtet erwünscht sein, ein Material, wie flüssiges den Kühlmittels gekühlt werden, wobei jedes Brenn- 55 Natrium, bei gewissen Typen von Atomkernreakstoffelement eine Anzahl von Brennstoffstäben toren nicht zu verwenden.

aufweist, deren jeder einen mit einer einen engen Anstatt der Speicherung gasförmiger Spaltprodukte

Gasabführdurchgang aufweisenden Ummantelung innerhalb einer abgedichteten Kernbrennstoffeleumgebenen Kernbrennstoff enthält, wobei die Gas- mentumhüllung kann es in einigen Fällen von Vorteil abführdurchgänge der zu einem Brennstoffelement 60 sein, die betreffenden Spaltprodukte aus der unmittelgehörenden Brennstoffstäbe durch ein Rohrleitungs- baren Nähe des Reaktorkerns abzuführen und sie system miteinander verbunden sind. entweder außerhalb des Atomkernreaktors oder in

In einem festen Kernbrennstoff verwendenden irgendeinem anderen Atomkernreaktorteil zu spei-Kernreaktoren besteht häufig der Wunsch, den ehern, in welchem sie eine wesentlich geringere Kernbrennstoff mit einem geeigneten Material, wie 65 Wirkung auf den Neutronenhaushalt entfalten. In einem Metall, zu verkleiden, das den betreffenden diesem Zusammenhang ist bereits eine Vorrichtung Kernbrennstoff aus einem Flüssigkeitskühlstrom bekanntgeworden (USA.-Patentschrift 3 201 320), die herauszuführen erlaubt, der durch den Reaktorkern zur Abführung von Spaltprodukten von Kernbrenn-

Stoffelementen in einem Reaktorkern dient. Dabei wird ein Reinigungsgasstrom durch einen porösen Graphitabschnitt jedes der in dem dabei vorgesehenen gasgekühlten Atomkernreaktor verwendeten Kernbrennstoffelemente abgegeben.

Dieser Reinigungsgasstrom wird durch ein Durchgangsnetz zu einem abgetrennten Bereich des Atomkernreaktors hin geleitet. Zusätzlich zu einer gewissen Steigerung der Neutronenausbeute in dem Reaktorgang enthält, der in einer in der jeweiligen zweiten Anlagefläche befindlichen Austrittsöffnung endet, und daß in ebenfalls bekannter Weise Befestigungseinrichtungen vorgesehen sind, die die Brennstoffelemente an der Traganordnung lösbar befestigen, und daß die Befestigungseinrichtungen die Anlageflächen bei zueinander ausgerichteten Austrittsöffnungen des ersten und zweiten Durchganges flüssigkeitsdicht zusammenhalten. Die Erfindung

kern ist infolge der Abführung der Spaltprodukte aus io bringt gegenüber den oben betrachteten bekannten den sonst abgedichteten Kernbrennstoffelementen Atomkernreaktoren den Vorteil mit sich, daß sie auf der Transport des jeweils verbrauchten Kernbrenn- relativ einfache Weise, d. h. mit Hilfe eines relativ Stoffelements zu einer fernen Wiederaufbereitungs- geringen konstruktiven Aufwands unter Ausnutzung stelle hin möglich, ohne daß ein individueller an sich vorhandener Einrichtungen gasförmige Spalt-Druckausgleich bei der jeweiligen Kernbrennstoff- 15 produkte von Brennstoffelementen abzuführen geumhüllung vorgenommen werden muß bzw. ohne die stattet.

Gefahr des Transports von unter Druck stehenden Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausgestal-Kernbrennstoffumhüllungen, tungen der Erfindung ergeben sich nachstehend aus Es ist ferner ein gasgekühlter Atomkernre- der Beschreibung von in den Zeichnungen dargeaktor bekanntgeworden (schweizerische Patentschrift 20 stellten Ausführungsbeispielen. 416 858), der eine Traganordnung und eine Anzahl F i g. 1 zeigt schematische Teile eines verschiedene von in der Traganordnung auswechselbar ange- Merkmale der Erfindung enthaltenden Atomkernordneten und von dieser getragenen Brennstoff- reaktorsystems;

elementen enthält, die mit der Traganordnung F i g. 2 zeigt in auseinandergezogener Perspektiv-

zusammen einen Teil des Reaktorkerns bilden und 25 darstellung ein Brennstoffelement des in F i g. 1 dar-

mit Hilfe eines umlaufenden Kühlmittels gekühlt gestellten Atomkernreaktors zusammen mit einer

werden. Dabei weist jedes Brennelement eine Anzahl dieses Brennstoffelement in dem Reaktorkern tragen-

von Brennstäben auf, deren jeder einen mit einem den Traganordnung;

einen engen Gasabführdurchgang aufweisenden F i g. 3 zeigt in Draufsicht einen Ausschnitt der in

Überzug überzogenen Kernbrennstoff enthält, wobei 30 F i g. 2 dargestellten Atomkernreaktor-Traganord-

die Gasabführungsdurchgänge der zu einem Brennstoffelement gehörenden Brennstoffstäbe durch ein Rohrleitungssystem miteinander verbunden sind. Von Nachteil bei diesem bekannten gasgekühlten Kernreaktor ist jedoch der relativ aufwendige Aufbau der einzelnen Kernbrennstoffelemente, um die während des Betriebs gebildeten Spaltprodukte mit Hilfe eines Reinigungsstromes abführen zu können.

Es ist schließlich auch schon bekannt (britische Patentschrift 966 978), in gasgekühlten Atomkernreaktoren Brennstoffelemente vorzusehen, die jeweils eine erste Anlagefläche aufweisen, welche jeweils an einer zweiten, an einer Traganordnung vorgesehenen Anlagefläche anliegen. Ferner sind dabei Befestigungseinrichtungen vorgesehen, welche die Brenn-Stoffelemente an der Traganordnung lösbar befestigen. Auch dieser bekannten Anordnung haftet der Nachteil eines relativ hohen konstruktiven Aufwands an, um aus dem jeweiligen Brennstoffelement Spaltproduktgase abzuführen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu zeigen, wie bei einem Atomkernreaktor der eingangs genannten Art vorzugehen ist, um auf relativ einfache und dennoch sichere Weise

nung;

F i g. 4 zeigt ein Brennstoffelement entlang der in F i g. 5 eingetragenen Linie 4-4 in einem vergrößerten Horizontalschnitt;

F i g. 5 zeigt einen vergrößerten Vertikalschnitt entlang der in F i g. 4 eingetragenen Linie 5-5, wobei gezeigt ist, wie das Brennstoffelement im zusammengesetzten Zustand in einem Kernreaktorkern getragen wird;

F i g. 6 zeigt in einer ähnlichen Ansicht wie F i g. 5 einen vertikalen Teilschnitt durch eine andere Ausführungsform gemäß der Erfindung;

F i g. 7 zeigt eine Draufsicht auf die Ausführungsform gemäß F i g. 6;

F i g. 8 zeigt eine Schnittansicht entlang der in F i g. 6 eingetragenen Linie 8-8.

Bei der in F i g. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsform gemäß der Erfindung wird ein Brennstoffelement 11 verwendet, das aus einem Bündel oder einer Vielzahl einzelner Brennstoffstäbe 13 besteht. Jeder dieser Brennstoffstäbe 13 enthält eine längliche dünnwandige Brennstoffumhüllung 15, die an ihrer Unterseite geeignet verschlossen ist und die an ihrer

Oberseite mit einen Zapfen 17 in den Reaktor eingasförmige Spaltprodukte aus den engen Gasabfuhr- 55 gehängt ist. Eine durch den oberen Teil des Zapfens durchgängen abführen zu können. 17 hindurchverlaufende, einen Innenraum festlegende

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe Bohrung 19 dient als Entlüftungsdurchgang; ein am bei einem Atomkernreaktor der eingangs genannten oberen Ende jedes Brennstoffelements vorgesehenes Art erfindungsgemäß dadurch, daß die Brennstoff- Rohrleitungssystem 21 verbindet die in jedem der elemente in an sich bekannter Weise jeweils eine 60 Brennstoffstäbe 13 des Brennstoffelements vorhanerste Anlagefläche aufweisen, die jeweils an einer denen Entlüftungsdurchgänge miteinander. Das Rohrzweiten, an der Traganordnung vorgesehenen An- leitungssystem 21 besitzt im oberen Bereich des lagefläche anliegt, daß jedes Brennstoffelement einen Brennstoffelements 11 über den Brennstoffstäben 13 ersten, mit dem jeweiligen Rohrleitungssystem ver- eine zentrisch angeordnete, ziemlich große zylinderbundenen Durchgang enthält, der in einer in der 65 förmige Kammer 23. Diese Kammer 23 ist mit einem ersten Anlagefläche befindlichen Austrittsöffnung geeigneten Material 25, wie mit Aktivholzkohle, geendet, daß die Traganordnung einen zweiten, zu füllt, das durch Absorption Schwermetall-Spaltproeiner Gasaufnahmeeinrichtung hinführenden Durch- dukte festhält, die sich sonst in den Durchgängen des

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Rohrleitungssystems ablagern oder ausbreiten reiches liegenden Wert von etwa 0,7 at den Druck

könnten. des Kühlmittelstromes übersteigt. Mit öffnen des

Wie besonders deutlich aus F i g. 5 hervorgeht, Ventils 41 wird die Leitung 61 mit der zu den Beverbindet ein Durchgang 27 das Oberteil der Kam- haltern hinführenden Leitung 49 verbunden. Das mer 23 mit einer Stelle auf der Außenseite eines Teils 5 Ventil 51 auf dem Behälter 43 ist geöffnet, und die der Brennstoffelement-Trageinrichtung. Diese Trag- Ventile 53 und 55 auf den übrigen Behältern 45 und einrichtung dient dazu, das dargestellte Brennstoff- 47 sind geschlossen. Wenn das Ventil 41 öffnet, element 11 im zusammengesetzten Zustand in einen werden somit die in den Brennstoffelementen 11 Reaktorkern einzuhängen. Die Trageinrichtung stellt entstandenen Gase in den Behälter 43 eingeleitet, in hierbei die einzige lösbare Verbindung zwischen den io welchem zunächst nahezu atmosphärischer Druck Entlüftungsdurchgängen in den Brennstoffstäben 13 herrscht. Sobald jedoch der in den Brennstoffstäben eines Brennstoffelements 11 und eines Durchgang- 13 herrschende Druck auf einen unter dem benetzes 29 in einer horizontal verlaufenden Gitter- stimmten Druckunterschied liegenden Wert abgeplatte 31 dar, die als die Brennstoffelemente 11 in sunken ist, schließt das Ventil 41. Daraus ergibt sich, den Kernreaktor einhängende Traganordnung dient. 15 daß das Ventil 41 während des Reaktorbetriebs ab-Das Durchgangsnetz 29, das, worauf nachstehend wechselnd geöffnet und geschlossen ist und in entnoch näher eingegangen wird, durch die horizontal sprechender Weise die Spaltproduktgase aus den verlaufende Gitterplatte 31 verläuft, bewirkt eine re- Brennstoffstäben 13 ableitet, während andererseits dundante Flüssigkeitsverbindung des Rohrleitungs- der in den Brennstoffstäben herrschende Gasdruck systems 21 jedes Brennstoffelements mit den Rohr- 20 derart geregelt wird, daß er auf einem geringfügig leitungssystemen benachbarter Brennstoffelemente. unterhalb des Druckes des Druck-Kühlmittelstromes

Wie aus F i g. 1 ferner hervorgeht, führt eine Rohr- liegenden Wert gehalten wird. Auf diese Weise ist leitung 35 von einer oder mehreren entlang der eine hinreichende Innenabstützung für den dünn-Kante der Gitterplatte 31 vorgesehenen Stellen zu wandigen Brennstoffmaterial-Überzug erreicht,
einem Gasregelsystem 37. Das Gasregelsystem 37 25 Durch das Gasregelsystem 37 wird der Gasdruck enthält im folgenden auch als Regelventile bzw. in den Brennstoffstäben 13 und in den übrigen BeVentile 39 und 41 bezeichnete Ventileinrichtungen reichen des gesamten Gasabführsystems stets auf und Aufnahmeeinrichtungen darstellende Behälter einen Wert unterhalb des Kühlmittelstromdruckes 43, 45 und 47, die parallel über Absperrventile 51, gehalten, so daß jeglicher, in dem System möglicher-53 und 55 an eine gemeinsame Speiseleitung 49 an- 30 weise auftretende Gasverlust in das System hineingegeschlossen sind. Die Regelventile 39 und 41 öffnen richtet ist und nicht nach außen in den Kühlmittel- und schließen in Abhängigkeit von einem über eine strom. Würden die radioaktiven Spaltproduktgase in in dem jeweiligen Ventil vorhandene Membrane den Kühlmittelstrom eindringen, so würde dieser herrschenden Druckunterschied. Beide Ventile 39 Kühlmittelstrom in unerwünschter Weise verun- und 41 reagieren auf den Druckunterschied zwischen 35 reinigt werden. Aber auch bei Absinken des Kühldem Kühlmittelstrom, der durch die Leitung 57 ge- mitteldruckes, und zwar entweder unbeabsichtigt, leitet wird, und dem in den Brennstoffstäben 13 wie in einem Notfall, oder absichtlich, wie während herrschenden Druck. der Brennstofferneuerung, öffnet das Ventil 41,

Wenn ein Kernreaktor beschickt wird, herrscht in sobald der Kühlmitteldruck absinkt; das Ventil bleibt

dem Reaktor und in den Brennstoffstäben 13 40 dann so lange geöffnet, bis der Spaltproduktgasdruck

atmosphärischer Druck. Wenn ein gasgekühlter um den bestimmten Druckunterschied auf einen

Reaktor unter Druck gesetzt wird, so daß der Druck Wert unterhalb des Kühlmitteldruckes abgesenkt ist

des umlaufenden Kühlmittelstromes auf einen ge- oder bis ein Punkt erreicht ist, an dem die Kapazität

wünschten Arbeitsdruck des Reaktors erhöht wird, des Behälters 43 eine weitere Druckabsenkung des

z. B. auf etwa 70 at, dann übersteigt der Druck des 45 Verbindungssystems aufhebt.

Kühlmittelstromes ziemlich schnell den in den Bevor der Reaktor entleert wird, wird der in den

Brennstoffstäben herrschenden Druck, der etwa noch Brennstoffstäben 13 herrschende Spaltproduktgas-

bei atmosphärischem Druck liegt. Das Ventil 39 ist druck auf einen bei atmosphärischem Druck oder

jedoch so ausgelegt, daß es öffnet, wenn der Druck- auf einen etwas niedriger liegenden Druck abgesenkt,

unterschied eine bestimmte Schwelle überschreitet, 50 Dies erfolgt mit Hilfe des Behälters 45 und, sofern

z. B. etwa 7 at. Wenn das Ventil 39 öffnet, wird das erforderlich, mit Hilfe des Behälters 47. Die Behälter

Kühlmittelgas durch die Leitung 59 in die Leitung 35 45 und 47 können hierzu ursprünglich evakuiert sein,

eingeführt, bis der Druck in den Brennstoffstäben so daß in ihnen ein Druck von wenigen Millimetern

einen Wert im Bereich von etwa 7 at des Kühlmittel- herrscht; im Unterschied hierzu kann auch eine (hier

Stromdruckes erreicht hat. 55 nicht gezeigte) Vakuumpumpe mit diesen Behältern

Während des Betriebs des Reaktors entstehen verbunden sein, die diese Behälter periodisch evadurch die Zerspaltung des Kernbrennstoffmaterials kuiert. Vor der erwähnten Entleerung des Reaktors in den Brennstoffstäben 13 Spaltproduktgase, deren wird das Ventil 51 geschlossen, wodurch der Be-Enstehen zum Ansteigen des Innendruckes in den halter 43 abgedichtet ist. Das mit dem evakuierten einzelnen Brennstoffstäben führt. Dieser Druckan- 60 Behälter 45 verbundene Ventil 53 wird geöffnet. Der stieg wirkt sich über die Leitungen 35 und 61 auf das Behälter 45 ist im allgemeinen so stark, daß der in Ventil 41 aus. Das Ventil 41 besitzt eine Membran, den Brennstoffstäben der Brennstoffelemente herrauf deren eine Seite der in den Brennstoffstäben 13 sehende Druck im Bereich oder Gebiet des Reaktorherrschende Druck wirkt und auf deren andere Seite kerns, dem diese Elemente zugehörig sind, auf der Druck des durch die Leitung 57 zugeführten 65 Unteratmosphärendruck abgesenkt werden kann. Kühlmittelstromes wirkt. Das Ventil wird geöffnet, Wenn der Druck nicht unter den gewünschten Wert wenn der Druck in den Brennstoffstäben 13 über absinken soll, kann zusätzlich der Behälter 47 angeeinen innerhalb eines bestimmten Schwellwertbe- wandt werden. Somit verringert eine geeignete An-

Wendung des Gasregelsystems 37 in erheblichem Ausmaß die Gefahr einer Verunreinigung durch gasförmige Spaltprodukte während der Brennstoffaufnahme. Das System 37 weist darüber hinaus den zusätzlichen Vorteil auf, daß die Absenkung des Druckes der Spaltprodukte auf einen bei unteratmosphärischem Druck liegenden Druck erfolgt, ohne daß eine Vakuumpumpe mit radioaktiven Spaltprodukten in Berührung gelangt. Die Ursache hierfür liegt darin, daß die Behälter 45 und 47 in gewünschtem Maße evakuiert sind, bevor eines der Ventile 53, 55 geöffnet wird.

Das bei der dargestellten Ausführungsform des Brennstoffelements 11 angewandte besondere Gasabführsystem ist am besten aus F i g. 4 und 5 ersichtlich. Gemäß F i g. 4 und 5 enthält das Brennstoffelement 11 einen Außenmantel bzw. einen an den Enden offenen Behälter 65 mit im wesentlichen quadratischem Querschnitt. Dieser Außenmantel umgibt eine Gruppe von 49 Brennstoffstäben 13, die in sieben Reihen angeordnet sind, in deren jeder sieben Brennstoffstäbe liegen. Die hier gewählte Anzahl an Brennstoffstäben dient lediglich zum Zwecke der Erläuterung der Erfindung; sofern erwünscht, können selbstverständlich mehr oder weniger Brennstoffstäbe in einem Brennstoffelement verwendet werden. In einem entwickelten schnellen gasgekühlten Reaktor, in welchem Brennstoffelemente dieser allgemeinen Art verwendet werden sollen, umfaßt jedes Brennstoffelement 15 Reihen mit jeweils 15 Brennstoffstäben 13. Es sei bemerkt, daß die Querschnittsform des Brennstoffbehälters von der obengenannten Quadratform abweichen kann und daß die Brennstoffstäbe irgendeinen zu dem Brennstoffbehälter passenden Abstand besitzen können.

Jeder der Brennstoffstäbe 13 enthält eine dünnwandige Umhüllung 15, die im oberen Bereich ihres Umfangs zu dem Zapfen 17 hin in geeigneter Weise abgedichtet ist, z. B. durch eine Schweißung. Die Bohrung 19 in diesem Zapfen dient als Gasabfuhrdurchgang für den betreffenden Brennstoffstab. Die oberen Zapfen 17 besitzen einen kreisförmigen Querschnitt, wie ihn auch die Brennstoffumhüllungen 15 besitzen. Das obere Ende des oberen Zapfens 17 ist im Durchmesser abgesetzt, so daß eine Schulter 67 gebildet ist. Die Brennstoffstäbe 13 hängen von der Unterseite von sieben Querträgern 69 herab und verlaufen in den Brennstoffelement-Behälter 65. Die Querträger 69 überspannen den Innenraum des Brennstoffelement-Behälters, und zwar zwischen durch Platten 71 gebildeten Anschlägen, die auf gegenüberliegenden Seiten der Innenwand des Brennstoffelement-Behälters 65 befestigt sind. Jeder der dargestellten Querträger 69 besitzt auf seiner Unterseite sieben, in gleichen Abständen voneinander angeordnete kreisförmige Löcher 73. Wie in F i g. 4 gezeigt, besitzen die Querträger 69 in den Bereichen zwischen den Löchern 73 eine geringere Breite, so daß dem axial nach unten durch die an ihren Enden offenen Behälter gerichteten Kühlmittelstrom ein geringerer Widerstand entgegengesetzt wird.

Der obere Zapfen 17 und die Querträger 69 bestehen aus einem geeigneten Material, wie aus rostfreiem Stahl. Wie aus F i g. 5 ersichtlich ist, erstrecken sich die im Durchmesser abgesetzten Ansätze der oberen Zapfen 17 jeweils in ein in der Unterseite der Querträger befindliches Loch 73, und zwar soweit, wie dies die Schulter 67 zuläßt. In dieser Stellung wird der betreffende Zapfen festgehalten, z. B. durch eine Schweißverbindung. In der Oberseite der Querträger 69 ist jeweils eine offene Rinne oder ein offener Kanal 75 vorgesehen, der sich nahezu über die gesamte Länge des jeweiligen Querträgers erstreckt und der kurz vor dem jeweiligen Trägerende endet.

Ein kleines, den Querträger 69 vertikal durchlaufendes Loch 79 verbindet jeweils die in der Unterseite des Querträgers vorhandenen größeren Löcher 73 mit der Rinne 75. Abgesetzte Abdeckplatten 79 dichten die Oberseite der Rinne 75 soweit ab, daß nahe über dem mittleren Brennstoffstab eine Öffnung verbleibt, durch die eine Verbindung zu einem darüberliegenden Sammelbehälter 89 hin hergestellt wird. Es sei bemerkt, daß die Rinne aus Gründen einer einfacheren Fertigung vorgesehen ist und daß an ihrer Stelle auch eine Bohrung mit kreisförmigen Querschnitt in dem Querträger 69 vorgesehen werden könnte.

Der eine Aufnahmeeinrichtung darstellende Sammelbehälter 81 verläuft quer zu den Querträgern 69; er erstreckt sich in entsprechender Weise zwi- J sehen gegenüberliegenden Seitenwänden des Brennstoffelement-Behälters 65. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Sammelbehälter 81 durch einen schmalen Hohlbehälter gebildet, der aus vier schmalen Längsplatten aus rostfreiem Stahl und zwei kleinen Endstücken zusammengeschweißt sein kann. In dem Boden des Sammelbehälters sind sieben Löcher 83 vorgesehen, von denen eins in Flüssigkeitsverbindung steht und direkt oberhalb der Mittelöffnung der in dem jeweiligen Querträger vorgesehenen Rinne 75 angeordnet ist. Der obenliegende Sammelbehälter 81 ist an den sieben Querträgern 79 derart befestigt, daß der Austritt von Gasen an dieser Verbindungsstelle verhindert ist. Zu diesem Zweck ist der Sammelbehälter an der Deckfläche der Querträger angeschweißt. Auf diese Weise sind durch den Sammelbehälter 81 sämtliche Brennstoffstäbe 13 über die entsprechenden Öffnungen in den Querträgern 69 miteinander verbunden.

Der Brennstoffelement-Behälter 65 besitzt einen durch ein zylinderförmiges Längsteil gebildetes behälterähnliches Ansatzteil 87 mit etwas geringeren ' Abmessungen. Dieser Ansatzteil erstreckt sich vom oberen Ende des betreffenden Behälters aus nach oben; er ist oben offen. Die horizontal verlaufende Gitterplatte 31 besteht aus einer Vielzahl von im wesentlichen vertikal angeordneten Metallplatten 89 und 91, die rechtwinklig zueinander verlaufen und die sich dabei derart unter rechten Winkeln schneiden, daß eine Gitterstruktur mit einer Vielzahl offener, vertikal ausgerichteter Fächer 93 mit im wesentlichen quadratischer Querschnittsfläche gebildet ist. Jedes dieser vertikal verlaufenden Fächer 93 ist so ausgelegt, daß es den Ansatzteil 87 eines Brennstoffelement-Behälters aufzunehmen vermag.

Um das Brennstoffelement 11 in einer gewünschten Stellung in einem Gitterplattenfach 93 zu tragen, ist ein über die Oberseite des Brennstoffelementen-Behälteransatzes 87 überstehender Mittel-Aufhänger 95 vorgesehen. Der Aufhänger 95 wird in seiner Stellung durch vier Arme 99 gehalten, die von den vier Ecken des behälterähnlichen Ansatzes 87 diagonal nach innen verlaufen und die an dem Behälter und an dem Aufhänger in geeigneter Weise befestigt sind, z. B. durch eine Schweißverbindung. Das untere Ende des

Aufhängers ist abgesetzt; es besitzt einen, einen geringeren Durchmesser aufweisenden Teil 101, der ein Rohr 103 aufnimmt, das an diesem Teil in geeigneter Weise befestigt ist, z. B. durch eine Schweißverbindung. Durch einen Zapfen 105 ist die Unterseite des Rohres 103 verschlossen. Auf diese Weise ist eine mittlere Kammer 23 gebildet, die mit dem Material 25 gefüllt ist, wie mit Aktivkohle, das Schwermetallspaltprodukte auffängt und von den aus den Brennstoffstäben während des Reaktorbetriebs austretenden Spaltprodukt-Abgasen trennt. Durch den Zapfen und durch die Deckfläche des Sammelbehälters 81 verlaufen drei Löcher 107 hindurch, die einen Strömungsdurchgang von dem Sammelbehälter zu der Kammer 23 hin darstellen.

Das obere Ende der Kammer 23 erstreckt sich bis zu dem offenen unteren Bereich des Aufhängers 95; in diesem Bereich ist das betreffende obere Ende der Kammer 23 über den Durchgang 27 mit dem durch die Gitterplattenanordnung verlaufenden Durchgangsnetz 29 verbunden. Der Durchgang 27 kann mit Absperrventilen versehen sein, die das Brennstoffelement während der Brennstoffzuführung abdichten. Bevor die Gasweiterleitung in dem Rohrleitungssystem näher betrachtet wird, soll zunächst die für einen in einem in der Gitterplatte 31 vorgesehenen Fach 93 eingesetzten Brennstoffelement-Behälter dienende Traganordnung erläutert werden.

Das obere Ende des Aufhängers 95 weist eine Mittelöffnung 109 auf, die mit geeigneten Ansätzen 111 versehen ist, die als J-förmiges Verbindungselement den betreffenden Aufhänger durch einen Bajonettverschluß an der Unterseite einer langen Zugstange 113 zu befestigen erlauben. Die Zugstange 113 verläuft nach oben durch ein (nicht gezeigtes) Standrohr zur Oberseite des Reaktordruckkessels hin. Das gerade erwähnte Standrohr stellt einen Teil einer durch den Druckkessel hindurchverlaufenden Durchgangsöffnung dar.

Der zwischen dem abgeschnittenen unteren Ende des Zugstabes 113 und den von den Seitenwänden der in dem Aufhänger 95 vorgesehenen öffnung 109 wegstehenden Ansätze 111 gebildete Bajonettverschluß ist so ausgelegt, daß er durch eine entsprechende Drehung in bezug auf das Brennstoffelement mit dem Aufhänger verbunden bzw. von diesem gelöst werden kann. Die von der erwähnten öffnung wegstehenden Ansätze 111 sind so geformt und so bemessen, daß sie J-förmige Verbindungselemente darstellen. Diese J-förmigen Verbindungselemente halten den Zugstab 113 in einer definierten, bestimmten Drehstellung, bezogen auf den Aufhänger 95, wenn dieser den Brennstoffelement-Behälter trägt, und zwar nachdem die Bajonettverschlußverbindung hergestellt und der Zugstab unter Spannung gebracht ist.

Wenn das betrachtete Brennstoffelement von dem Kernreaktor aufgenommen ist, werden der Zugstab 113 und der Aufhänger 95 durch eine in einem Ansatz 119 vorgesehene Mittelbohrung nach oben herausgeführt. Der Ansatz 119 stellt einen Teil eines Armkreuzes 121 dar, das vier Arme 123 besitzt, die von den vier Ecken an der Oberseite jedes in der Gitterplatte 31 gebildeten quadratischen Faches 93 (Hohlteil) diagonal nach innen zu dem erwähnten Ansatz hin verlaufen. Die betreffenden Arme sind an dem Ansatz 119 und an den Ecken der Gitterplattenfächer in geeigneter Weise befestigt, z. B. durch eine Schweißverbindung, so daß eine widerstandsfähige und gasdichte Verbindung erzielt ist. Das gesamte Gewicht des Brennstoffelements 11 wird von dem Ansatz 119 getragen.

Das obere Ende des Ansatzes 119 ist mit einer kegelförmigen Tragfläche 125 versehen, in welcher sich die an dieser Stelle vorhandene Bohrungsöffnung befindet. Um das Gewicht des Brennstoffelements 111 von dem Zugstab 113 auf die kegelförmige Oberfläche 125 des Ansatzes zu übertragen, ist der Zugstab von einer Druckhülse 127 umgeben; ferner ist eine Mutter 129 (F i g. 2) vorgesehen, die mit ihrem Innengewinde (nicht gezeigt) auf ein im oberen Bereich des Zugstabes vorgesehenes Außengewinde (nicht gezeigt) aufgeschraubt ist. Das untere Ende der Druckhülse 127 ist mit einer kegelförmigen Oberfläche 131 versehen, die den gleichen Kegelwinkel besitzt wie die auf dem Ansatz vorgesehene kegelförmige Oberfläche 125. Im Bereich der an der Unterseite der Druckhülse 127 vorgesehenen kegelförmigen Fläche 130 befinden sich ein oder mehrere Schlitze 133 (s. Fig. 5), die dem unteren Ende der Druckhülse 127 das Aussehen eines Spannfutters geben. Der Innendurchmesser des Unterteils der Druckhülse 127 ist etwa gleich dem Außendurchmesser des zylinderförmigen Teils des Aufhängers 95, an dem die genannte Hülse anliegt. Im zusammengesetzten Zustand wird das Gewicht des Brennstoffelements von dem Zugstab über die Mutter und das obere Ende der Druckhülse auf den Ansatz übertragen. Die Radialschlitze 133 verlaufen zur Unterseite der Druckhülse 127 hin. Dadurch erhält die Unterseite der Druckhülse die an sich notwendige Elastizität, um nicht nur eine ausgezeichnete Dichtung zwischen den aufeinanderpassenden kegelförmigen Flächen zu erreichen, sondern darüber hinaus auch eine ausgezeichnete Dichtung zwischen der zylinderförmigen Außenfläche des Aufhängers 95 und der zylinderförmigen Innenfläche der Druckhülse 127 zu erhalten, und zwar in Bereichen, in denen sich die Gasabfuhr-Durchgangsverbindungen befinden. Um eine bestimmte, definierte Drehstellung zwischen dem Zugstab 113 und der Druckhülse 127 zu erreichen, ist im oberen Bereich der Druckhülse ein Innenarmkreuz 135 vorgesehen (F i g. 2), das mit auf dem Zugstab neben dessen oberen Ende unmittelbar unter dem die Mutter 129 aufnehmenden Gewindeteil vorgesehenen Keilen 137 zusammenwirkt.

Dadurch, daß verschiedene, die Brennstoffelemente-Trageinrichtung bildende Elemente in einer bestimmten relativen Drehstellung zueinander gebracht sind, ist eine gasdichte Verbindung erzielt, die nach Herausnahme des Brennstoffelements 11 aus dem Reaktorkern leicht gelöst werden kann. Die relative Drehstellung zwischen dem Ansatz 119 und dem Aufhänger 95 des Brennstoffelements wird durch die relativ dichte Passung (Zwischen der Außenfläche des oberen Ansatzes 87 des Brennstoffelement-Behälters und den inneren Seitenwänden des das betreffende Brennstoffelement aufnehmenden Gitterplattenfaches 93 gewährleistet. In diesem Zusammenhang kann aus F i g. 5 ersehen werden, daß die Höhe oder Tiefe der Platten 89 und 91, aus denen das Gitterplattengebilde besteht, etwas größer ist als die Strecke, die der Ansatz 87 nach oben über den Brennstoffelement-Behälter 65 übersteht. Bei einer praktisch ausgeführten Reaktor-Anordnung kann der Ansatz 87 eine Höhe von etwa 0,9 m bei einem

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Brennstoffelement 11 mit einer Gesamthöhe von durch Ablagerungen zum Teil versperrt werden, etwa 3 m besitzen. Dabei ist der Brennstoffelement- würden sich zufolge einer Diffusion des Gases durch Behälteransatz 87 in den dicht anliegenden Fächer- den jeweiligen teilweise versperrten Durchgang bzw. wänden derart festgehalten, daß er als frei tragender zufolge einer Strömung des Gases durch einen Ansatz bezeichnet werden kann. Wie oben bereits er- 5 anderen Bereich des redundanten Durchgangsnetzes wähnt, wird durch den J-artigen Bajonettverschluß keine Probleme ergeben.

eine bestimmte relative Drehstellung zwischen dem Von den Brennstoffelementen 11, die in den

Zugstab 113 und dem Aufhänger 95 erreicht. Dabei Reaktor einzuführen sind, wird ein Brennstoffbewirken die nahe dem oberen Ende des Zugstabes element unterhalb des jeweils gewünschten Faches und der Druckhülse vorgesehenen Keile 137 und io 93 in das Reaktorgittergebilde eingesetzt und mit Keilnute 135, daß sich eine relative Drehstellung einer Zugstange 113 verbunden, die durch den am zwischen der Druckhülse und dem Zugstab ergibt. oberen Ende des gewählten Faches vorgesehenen Damit kann dann durch die Spannfutterunterseite der Tragkreuzarm 121 vorgesehenen Ansatz 119 nach Druckhülse 127 und durch den in der genauen Stel- unten verläuft. Ein oberhalb des Reaktordruckkessels lung in jedem der vier Quadranten befindlichen Auf- 15 befindlicher, durch das Standrohr betätigbarer Aufhänger 95 ein kurzes Loch 139 gebohrt werden, das zug hebt dann den Zugstab 113 zusammen mit dem einen Teil des den Aufhänger durchlaufenden in richtiger Lage befindlichen Brennstoffelement-Durchgangs 27 darstellt und mit dem Durchgangsnetz Behälteransatz 87 an, um ihn in das gewünschte 29 der Gitterplatte verbunden ist. Fach einsetzen zu können.

In dem Gitterplattengebilde ist ein stark redun- 20 Wie aus F i g. 5 hervorgeht, sind die Unterkanten dantes Durchgangsnetz für die Weiterleitung der der Platten 89 und 91, welche die Seitenwände des Spaltproduktgase vorgesehen. Wie besonders deutlich jeweiligen Faches bilden abgeschrägt, so daß sich eine aus F i g. 3 und 5 hervorgeht, ist jeder Arm 123 des nach innen geneigte Umfangsoberfläche 143 ergibt. Armkreuzes 121 mit einem Bohrungsdurchgang 141 Der Brennstoffelement-Behälter ist mit einer hierzu versehen, der sich über die jeweilige Diagonallänge 25 passenden Umfangsoberfläche 145 versehen, die die erstreckt und in der kegelförmigen Oberfläche 125 Führung des Brennstoffelement-Behälteransatzes 87 des Ansatzes endet. Wie besonders deutlich aus in das jeweilige Fach sowie die Zentrierung in diesem F i g. 3 hervorgeht, sind die einzelnen Durchgänge Fach erleichtert. Mit in Stellung gebrachtem Brenn-141 in den Armen des Armkreuzes an den Ecken des Stoffelement 111 werden die Druckhülse 127 und die jeweiligen Gitterfaches 93 durch eine Kreuzverbin- 30 Mutter 129 oberhalb des Zugstabes 113 in Stellung dung mit den Durchgängen 141 von jeweils drei gebracht. Dabei sind die Keile 137 und die Keilnute anderen Gitterfächern verbunden, die zusammen mit 135 derart angeordnet, daß sie die gewünschte dem zuerst genannten Gitterfach vier an den Ecken relative Drehstellung sichern. Wenn die Mutter 129 zusammentoßende Gitterfächer des Gitterplatten- dann nach unten auf dem Gewindeteil des Zugstabes gebildes darstellen. Demgemäß ist jeder von einem 35 113 geschraubt wird, wird der Brennstoffelementbespeziellen Brennstoffelement-Tragansatz 119 wegfüh- halter in dem Gitterfach, in das er eingesetzt ist, render Durchgang 141 an einer Ecke mit den Durch- festgeklemmt. Das untere Spannfutterende der Druckgängen 141 von jeweils drei benachbarten Arm- hülse 127 wird dabei insbesondere im Bereich kreuzen 121 verbunden. Eine Verbindung der in den zwischen der kegelförmigen Oberfläche 125 des Anvier Armen jedes Armkreuzes enthaltenen Durch- 40 satzes und der konzentrischen Innenzylinderfläche gänge erfolgt durch vier doppelte Durchgänge 27, des Aufhängers festgekeilt, wodurch das Gesamtgederen jeder von der im Bereich der lösbaren Verbin- wicht des Brennstoffelements auf den Ansatz überdung befindlichen Brennstoffelementenhälfte aus tragen wird, wenn die obere schräge Kante des nach unten in den oberen Bereich der Kammer 23 Brennstoffelementbehälters 65 an der abgeschrägten verläuft. Ist eine geringere Redundanz gefordert, so 45 Kante des Gitterplattenfaches zum Anliegen kommt, kann selbstverständlich die Anzahl der Durchgänge Durch Anziehen der Mutter 129, die das Brennstoff-141 vermindert werden, indem z. B. in jedem Arm element in dem jeweiligen Gitterfach festklemmt, wird 123 jedes Armkreuzes 121 jeweils nur ein Durchgang der Spannfutterteil der Druckhülse zwischen die vorgesehen wird. Die Anzahl an durch Durchgänge kegelförmige Oberfläche des Ansatzes und der benachbarter Armkreuze gebildeten Kreuzungsstellen 50 zylinderförmigen Oberfläche des Aufhängers festgekann dementsprechend niedriger sein. klemmt, so daß eine extrem dichte Verbindung an

Die die Durchgänge 141 in den Armen der Arm- der einzig lösbaren Verbindungsstelle in dem für kreuze 121 bildenden Längslöcher können irgendeine eine Vielzahl an in einem Brennstoffelement vorhangeeignete Größe haben und in rostfreiem Stahl vor- denen Brennstoffstäben 13 dienenden Spaltproduktgesehen sein, aus dem das Traggittergebilde besteht. 55 Rohrleitungssystem erzielt ist.

Hierbei können Durchgänge mit einem Durchmesser Bei einem System der gerade betrachteten Art kann

von etwa 3,2 mm als überaus ausreichend angesehen der gesamte Reaktorkern in acht verschiedene Zonen werden, um den Spaltproduktgasstrom aufnehmen zu aufgeteilt werden. Dabei kann jede der acht Zonen können. In einem schnellen gasgekühlten Hochtem- mit einem gesonderten Gasregelsystem 37 und mit peratur-Reaktor mit einer nominellen Ausgangs- 60 gesonderten Gassammelbehältern der vorstehend beleistung von 1000 MW (e) werden etwa 45 000 schriebenen Art versehen sein. Einer der mit einer Brennstoffstäbe 13 verwendet. Dabei besitzt jeder derartigen Aufteilung verknüpften Vorteile besteht Brennstoff stab 13 einen etwa 100 cm langen und darin, daß in dem an sich unwahrscheinlichen Fall, einen Durchmesser von etwa 7,6 mm besitzenden daß eine Undichtheit auftritt, derzufolge Kühlmittel-Kernbrennstoff enthaltenden Bereich, der bei einem 65 gas aus dem Kühlmittelstrom in das Gasdurchgangs-Arbeitsdruck von etwa 70 at alle zwei Minuten nur netz während normaler Betriebsbedingungen eintritt, etwa 1 ecm Spaltproduktgas erzeugt. Sogar in dem eine derartige Undichtheit durch Überwachung des Fall, daß die kleinen Durchgänge in dem Netz 29 in den Behälter 43 einströmenden Gases ermittelt

werden kann. Im übrigen würde die erwähnte Aufteilung des Reaktorkernes in eine Vielzahl von Zonen die Undichtheit auf einen Teil des gesamten Reaktorkernes beschränken. Die Aufteilung des gesamten Reaktorkernes in einzelne Zonen kann auf geeignete Weise erfolgen, wie durch Weglassen oder Absperren von Zwischenverbindungen an den an den Ecken der Fächer in dem Gittergebilde vorhandenen Übergänge. Es zeigt sich, daß auch bei Aufteilung des Reaktorkernes in einzelne Zonen noch nahezu derselbe Grad an Redundanz in dem Spaltprodukt-Durchgangsnetz 29 einer bestimmten Zone vorhanden ist. Ein weiterer mit dieser Redundanz verbundener Vorteil kann, sofern erforderlich, noch dadurch erzielt werden, daß die an das Gasregelsystem 37 für eine Zone angeschlossene Leitung 35 an eine Vielzahl von Punkten am Umfang des Gitterplattengebildes 31 angeschlossen wird.

Es sei bemerkt, daß die in dem Brennstoffelement-Gitternetz erzielte Gasdurchtrittsredundanz auch in ao dem Gasregelsystem erzielt werden kann, indem die Behälter 43, 45 und 47 von einem Traggebilde herabhängen, das dem zuvor im Zusammenhang mit den Brennstoffelementen beschriebenen Traggebilde entspricht.

Zusätzlich zur Steigerung der Neutronenausbeute des Reaktorkernes durch Ableitung der Spaltprodukte in Kessel, die entweder außerhalb des Kernes angeordnet sind oder die durch ein geeignetes Neutronen reflektierendes Material abgeschirmt sind, ermöglicht das Gasregelsystem eine Herabsetzung der erforderlichen Festigkeit des Überzugs 15. Große Druckunterschiede zwischen der Innen- und der Außenseite der Brennstoffstäbe sind vermieden, und zwar auch bei Inbetriebsetzung des Reaktors. Die jeweils vorhandenen Druckunterschiede sind so groß, daß die zylinderförmigen Metallumhüllungen unter Druck stehen und damit gegenüber einem Aufquellen widerstandsfähiger sind als dies der Fall wäre, wenn sie unter Spannung stünden. Demgemäß ermöglicht die vorliegende Erfindung, in Kernreaktoren Brennstoffstäbe zu verwenden, bei denen die Dicke der jeweiligen Metallumkleidung, z. B. Hastelloy X, nur etwa 5 % des Radius des Brennstoffstabes 13 ausmacht. Darüber hinaus ermöglicht die Erfindung, auch Brennstoffstäbe 13 für gasgekühlte Hochtemperatur-Reaktoren herzustellen und Brennstoffumhüllungen aus rostfreiem Stahl mit einem Innendurchmesser von etwa 8,6 mm und einer Wandungsdicke zwischen etwa 0,25 und 0,38 mm zu verwenden.

Im folgenden sei die in F i g. 6 bis 8 gezeigte Ausführungsform der Erfindung näher betrachtet. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist nur eine lösbare Verbindung für jedes Brennstoffelement erforderlich; im Unterschied hierzu sind bei der in F i g. 1 bis 5 gezeigten Ausführungsform zwei lösbare Verbindungen vorgesehen. Das bei der Ausführungsform gemäß F i g. 6 bis 8 vorgesehene Brennstoffelement 201 wird in ähnlicher Weise wie bei der zuerst beschriebenen Ausführungsform von einer eine horizontal verlaufende Gitterplatte 203 enthaltenden Traganordriung getragen. Dabei ist in der Mittelöffnung 204 eines zylindrischen Hohlaufhängers 206 ein Zugstab 203 durch einen geeigneten Bajonettverschluß oder J-förmigen Verschluß befestigt. Der Zugstab 203 verläuft durch ein Standrohr (nicht gezeigt) zum Oberteil des Reaktordruckkessels hin. Das erwähnte Standrohr bildet einen Teil einer durch den Druckkessel hindurchverlaufenden Durchgangsöffnung. Wie bei der zuvor erläuterten Ausführungsform hält auch hier der J-förmige Verschluß den Zugstab 203 in einer definierten, bestimmten Drehstellung, bezogen auf den Aufhänger 206, wenn dieser das herabhängende Brennstoffelement trägt, und zwar nachdem der Verschluß einmal richtig eingestellt und der Zugstab unter Spannung gebracht ist. Der Zugstab 203 ist von einer Druckhülse 207 umgeben, und die auf den Stab ausgeübte Belastung wird durch eine im oberen Bereich des Zugstabes aufgeschraubte Befestigungsmutter 208 auf die Hülse übertragen. Die Mutter 208 liegt an dem oberen Ende der Druckhülse 207 über eine Druckscheibe 209 an.

Bei von dem gitterartigen Traggebilde aufgenommenem Brennstoffelement 201 werden der Zugstab 203 und der Aufhänger 206 nach unten durch einen zylinderförmigen Hohlansatz 211 hindurchgeführt. Der Ansatz bildet einen Teil eines Armkreuzes 212 mit vier Armen 213, die von den Stoßstellen vertikaler Platten 214 nach innen in 90°-Bereichen zu dem Ansatz hin verlaufen. Die Platten 214 sind in einem Gitternetz rechtwinklig zueinander angeordnet, um für die Aufnahme der oberen Enden der Brennstoffelemente 201 entsprechende Aufnahmefächer zu bilden. Die Arme 213 sind an dem Ansatz 211 und an den Ecken der Gitterplattenfächer in geeigneter Weise befestigt, z. B. durch eine Schweißverbindung. Hierdurch wird eine gegenüber Belastungen widerstandsfähige und gasdichte Verbindung erzielt. Das gesamte Gewicht des Brennstofflements 201 wird von dem Ansatz 211 getragen.

Um Spaltproduktgase aus dem Brennstoffelement 201 abzuführen, ist in dem Aufhänger 206 ein Durchgang 216 vorgesehen, der zwei eingeschnittene Bohrabschnitte aufweist. Ein Ende des Durchgangs 216 endet in der äußeren Zylinderfläche 217 des Aufhängers 216 und bildet an dieser Stelle eine Anschlußöffnung 218. In einem der Arme 213 befindet sich ein Spaltproduktgas-Durchgang 219, der in einer in der zylinderförmigen Innenfläche 222 des zylindrischen Hohlansatzes 211 enthaltenen Austrittsöffnung 221 endet. Die Zylinderflächen 222 und 217 liegen aneinander an; das Brennstoffelement 201 ist in dem Gittergebilde 202 so angeordnet, daß die Auslaßöffnungen 221 und 218 derart ausgerichtet sind, daß zwischen den Durchgängen 216 und 219 eine Verbindung besteht. Bei dieser Verbindung besitzt der Durchgang 219 an der Ausgangsöffnung 221 einen durch geeignete Bearbeitungsverfahren hergestellten relativ großen Durchmesser. Da der Durchgang 219 von der Auslaßöffnung 221 nach unten in den Ansatz 211 verläuft und von dort aus weiter in den Arm 213, ist für ein Brennstoffelement nur eine lösbare Verbindung erforderlich, nämlich an den Auslaßöffnungen 221 und 218.

Um einen dichten Anlagekontakt zwischen den Flächen 222 und 217 zu erreichen und damit eine gasdichte Abdichtung an den Auslaßöffnungen 218 und 221, sind zwei kegelförmig ausgebildete Anlageflächen vorgesehen, die im wesentlichen den bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform vorhandenen Anlageflächen entsprechen. Der zylinderförmige Hohlansatz 211 weist einen an seinem oberen Ende ringförmig verlaufenden Bereich größerer Dicke 223 auf. Dieser Bereich ist mit einer äußeren kegelförmigen Fläche 224 versehen, die im wesentlichen der Anlagefläche 212 gegenüberliegt, in welcher die Aus-

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laßöffnung 221 vorgesehen ist. Der Bereich der Anlagefläche 222 und der kegelförmigen Fläche 224 ist zufolge der Verwendung von vier, um den Umfang des Ansatzes herum verteilten Schlitzen 226 in radialer Richtung deformierbar. Das untere Ende der Druckhülse 207 ist mit einer kegelförmigen Fläche 227 versehen, die einen Teil der Innenoberfläche der Hülse bildet. Am unteren Ende der Hülse stößt ein Bereich 228, der einen größeren Innendurchmesser besitzt, an der kegelförmigen Fläche 227 an. Wenn die Druckhülse 207 mit Hilfe der Mutter 208 in axialer Richtung gegen den Ansatz 211 geführt wird, führt die Wirkung der aneinander anliegenden kegelförmigen Flächen 224 und 227 zu einer Belastung des verformbaren Bereiches des Ansatzes. Auf diese Belastung hin werden die beiden Flächen 222 und 217 radial nach innen gegeneinandergepreßt, womit eine Abdichtung der Auslaßöffnungen 218 und 221 bewirkt wird. Da in der Druckhülse 207 kein Spalproduktgasdurchgang erforderlich ist, ist es unnötig, diese Hülse mit Innennuten zu versehen, um eine bestimmte Stellung zu dem Zugstab 203 beizubehalten, wie dies bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel der Fall ist.

Das Brennstabelement 201 stimmt mit dem bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel erläuterten Brennstabelement überein; es enthält einen Brennstoffbehälter, der vier vertikale Wände gleicher Größe besitzt. Die Oberkanten der Wände sind angeschrägt; sie können an einer entsprechenden, an den Unterkanten der in dem Traggebilde 202 enthaltenen Platten 214 vorgesehenen Abschrägung anliegen. Der Brennstoffelement-Behälter enthält einen oberen Bereich von verminderter Größe; dieser Bereich besteht aus vier gleichen vertikalen Platten 236, die an die Wände angeschweißt sind. Die Wände 236 liegen an dem durch die Platten 214 gebildeten inneren hexagonalen Fach an. Vier horizontale Arme 237 erstrecken sich von der Oberseite der Wand 236 nach innen und tragen den Aufhänger 206. Die Arme 237 sind an den Wänden 236 und an dem Aufhänger 206 in geeigneter Weise befestigt, z. B. durch eine Schweißverbindung. Der übrige Teil des Brennstoffelementes (nicht gezeigt) läßt sich in der Weise beschreiben, wie dies im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel bereits geschehen ist.

Durch die vorliegende Erfindung ist also ein verbesserter Kernreaktor geschaffen worden, der eine verbesserte Vorrichtung zur Ableitung von gasförmigen Spaltprodukten aus sonst verschlossenen Brennstoffumhüllungen an eine von der unmittelbaren Nähe des Reaktorkerns entfernt gelegene Stelle enthält, wobei nur eine minimale Anzahl an lösbaren Verbindungen vorgesehen ist. Der zwischen dem Innenraum der Brenntoffumhüllungen und einem unter Druck stehenden Kühlmittelsystem herrschende Druckunterschied wird innerhalb gewünschter Grenzen gehalten.

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß die Erfindung auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele nicht beschränkt ist, sondern ohne Abweichung vom Erfindungsgedanken noch in verschiedener Weise modifiziert werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Atomkernreaktor mit einer Traganordnung, einer Annzahl von in der Traganordnung auswechselbar angeordneten und von dieser getragenen Brennstoffelementen, die mit der Traganordnung zusammen einen Teil des Reaktorkerns bilden und mit Hilfe eines umlaufenden Kühlmittels gekühlt werden, wobei jedes Brenn-Stoffelement eine Anzahl von Brennstoffstäben aufweist, deren jeder einen von einer einen engen Gasabführdurchgang aufweisenden Ummantelung umgebenen Kernbrennstoff enthält, wobei die Gasabführungsdurchgänge der zu einem Brenn-Stoffelement gehörenden Brennstoffstäbe durch ein Rohrleitungssystem miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffelemente (11) in an sich bekannter Weise jeweils eine erste Anlagefläche (125) aufweisen, die jeweils an einer zweiten, an der Traganordnung (31) vorgesehenen Anlagefläche anliegen, daß jedes Brennstoffelement (11) einen ersten mit dem jeweiligen Rohrleitungssystem (21) verbundenen Durchgang (27) enthält, der in as einer in der ersten Anlagefläche befindlichen Austrittsöffnung endet, daß die Traganordnung (31) einen zweiten, zu einer Gasaufnahmeeinrichtung (81) hinführenden Durchgang (141) enthält, der in einer in der jeweiligen zweiten Anlagefläche befindlichen Austrittsöffnung endet, und daß in ebenfalls bekannter Weise Befestigungseinrichtungen (127,129) vorgesehen sind, die die Brennstoffelemente (11) an der Traganordnung (31) lösbar befestigen, und daß die Befestigungseinrichtungen (127, 129) die Anlagefläche bei zueinander ausgerichteten Austrittsöffnungen des ersten und zweiten Durchgangs (27. 141) flüssigkeitsdicht zusammenhalten.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Brennstoffelement (11) einen Behälter (65) mit nicht kreisförmigem Querschnitt enthält, daß die vorgesehenen Behälter (65) jeweils in einem Aufnahmefach (93) der Traganordnung (31) angeordnet sind, daß am Ende des Aufnahmefaches (93) eine abgeschrägte Anlagefläche vorgesehen ist und daß der Behälter (65) mit einer entsprechend abgeschrägten, an der erstgenannten abgeschrägten Anlagefläche anliegenden Anlagefläche (125) versehen ist.

3. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Brennstoffelementen (11) zugehörigen Behälter (65) jeweils eine Vielzahl von Querträgern (69) aufweisen, daß Befestigungseinrichtungen (117, 127, 131, 133) zur Befestigung der Enden der Brennstoffstäbe (13) an den Querträgern (69) vorgesehen sind und daß diese Befestigungseinrichtungen (117, 127, 131, 133) Bohrungen (117) aufweisen, die mit den Innenräumen (19) der Brennstoffstäbe (13) jeweils verbunden sind und zur Gasabführung dienen.

4. Kernreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrleitungssystem (81) in jedem Querträger (69) einen Durchgang (75) enthält, der die Gasabführdurchgänge (19) sämtlicher von dem jeweiligen Querträger (69) getragener Brennstoffstäbe (13) miteinander verbindet, und daß das Rohrleitungssystem (21) ferner einen oberen Sammelbehälter (81) aufweist, der die Querträgerdurchgänge (75) miteinander verbindet.

5. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Anlagefläche im wesentlichen jeweils zylinderförmig ausgebildet ist, daß die Traganordnung (31) einen zylinderförmigen Hohlteil (89, 93) für jedes Brennstoffelement (11) enthält, daß dieses Hohlteil (89, 93) eine kegelförmige Fläche aufweist, daß die Traganordnung (31) ferner eine Vielzahl von Druckhülsen (127) enthält, deren jede an ihrem jeweils einen Ende eine kegelförmige Fläche aufweist, die an der kegelförmigen Fläche eines zylinderförmigen Hohlteils anliegt, und daß die Befestigungseinrichtung (117, 127, 129) die Druckhülsen (127) in axialer Richtung so belastet, daß die kegelförmigen Flächen aneinander anliegen.

6. Kernreaktor nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß jedes Brennstoffelement (11) einen zylinderförmigen Längsteil (87) enthält und daß die Druckhülsen (127) in diesem Längsteil (87) lösbar festgeklemmt sind.

7. Kernreaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige erste Anlagefläche zumindest einen Teil der Außenfläche des Längsteils (87) umfaßt, daß die kegelförmige Fläche der Druckhülse (127) zumindest einen Teil der Druckhülsen-Außenfläche bildet, daß die jeweilige zweite Anlagefläche zumindest einen Teil der Innenfläche der Druckhülse (127) an dem betreffenden Ende der kegelförmigen Fläche enthält, daß die kegelförmige Fläche auf dem zylinderförmigen Hohlteil zumindest einen Teil der zugehörigen Innenfläche bildet und daß die jeweilige Druckhülse (12) im Bereich der zweiten Anlagefläche geschlitzt und radial verformbar ist.

8. Kernreaktor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Anlagefläche zumindest einen Teil der Außenfläche eines Längsteils enthält, daß die zweite Anlagefläche zumindest einen Teil der Innenfläche eines zylinderförmigen Hohlteils enthält, daß die kegelförmige Fläche des zylinderförmigen Hohlteils zumindest einen Teil der Außenfläche im Bereich der zweiten Anlagefläche bildet und daß das erste zylinderförmige Teil im Bereich der zweiten Anlagefläche geschlitzt und radial verformbar ist.

9. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Ventileinrichtung (41) vorhanden ist, die zur Ableitung eines Spaltproduktgasstromes aus den Innenräumen der Brennstoffstäbe (13) zu der Gasaufnahmeeinrichtung (81) hin nur dann geöffnet ist, wenn der Druck in den Brennstoffstäben (13) einen innerhalb eines bestimmten Schwellbereiches liegenden Druckwert des umlaufenden Kühlmittelstromes übersteigt, und daß eine zweite Ventileinrichtung (39) vorhanden ist, die zur Einführung von Gas in die Innenräume der Brennstoffstäbe (13) durch die Gasabführdurchgänge geöffnet ist, wenn der Druck des umlaufenden Kühlmittels den in den Brennstoffstäben (13) herrschenden Druck um einen einen

bestimmten Schwellbereich überschreitenden Druckwert übersteigt, wobei der zweitgenannte Schwellbereich größer ist als der erstgenannte Schwellbereich.

10. Kernreaktor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrleitungssystem eine Spaltprodukt-Auffangeinrichtung (23) enthält.

11. Kernreaktor nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel aus

zur Wärmeableitung zirkuliert. Mit Hilfe eines derartigen Überzugs soll erreicht werden, daß Verunreinigungen des Kühlmittels durch den Kernbrennstoff vermieden werden. Da ein Kernbrennstoff-5 element während seiner Lebensdauer in dem Reaktorkern eines Atomkernreaktors während langer Perioden einer starken Strahlung und hohen Temperaturen ausgesetzt ist, sollte der betreffende Überzug seinen Zusammenhalt während der Lebens-

Vergrößerung oder Änderung des Volumens des festen Kernbrennstoffmaterials auftreten kann und daß durch dieses Kernbrennstoffmaterial Spaltpro-