DE1764618C - Nuclear fuel element with a gap gas vent - Google Patents
Nuclear fuel element with a gap gas ventInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Kernbrennstoffelemente mit Reaktors einen Höchstwert und sind so groß, daß sie einem Spaltgasabzug für die bei der Bestrahlung im den Schmelzpunkt des schmelzbaren Materials bei Kernbrennstoffmaterial auftretenden Spaltgase. Der- weitem einschließen.The invention relates to nuclear fuel elements with a reactor maximum value and are so large that they a cracked gas vent for the melting point of the fusible material during irradiation Fission gases occurring from nuclear fuel material. Include so far.
artige Kernbrennstoffelemente müssen eine Anzahl Dagegen sind die Druckschwankungen des alslike nuclear fuel elements must have a number of contrasts are the pressure fluctuations of the as
Bedingungen erfüllen, damit der Spaltgasabzug das 5 Kühlflüssigkeit dierenden flüssigen Metalls rings um
Entweichen der Spaltgase ermöglicht, jedoch das Ein- den Spaltgasabzug gering und bilden keine Gefahr,
dringen von Kühlmittel in das Kernbrennstoffelement z. B. flüssiges Natrium bis zum Brennstoff material zu
und vor allem seine Berührung mit dem heißen drücken.
Kernbrennstoffmaterial verhindert. Die Schutzvorrichtung, welche den Zutritt vonFulfill conditions so that the fission gas vent allows the 5 cooling liquid dierend liquid metal around the escape of the fission gases, but the fission gas vent is low and there is no risk of coolant penetrating into the nuclear fuel element z. B. liquid sodium to press the fuel material and especially its contact with the hot.
Nuclear fuel material prevented. The protective device that prevents access from
Die Erfindung bezweckt ein Kernbrennstoff- io geschmolzenem Kühlmetall zum Bad des schmelzelement, das diese Bedingungen erfüllt, dabei jedoch baren Materials verhindern soll, kann von vereinen einfachen Aufbau behält und insbesondere in scniedener Art sein. Man kann insbesondere vorseinem Inneren keine Kanäle von erheblicher Länge sehen:The invention aims a nuclear fuel io molten cooling metal for the bath of the melting element, that meets these conditions, but is supposed to prevent bare material, can unite retains a simple structure and in particular be in a different manner. In particular, one can be in front of his Do not see any ducts of considerable length inside:
besitzt, wie sie zur Verzögerung des Entweichens der Eine Sperrvorrichtung mit Sperrflüssigkeitsvoriage,possesses, as they are used to delay the escape of a barrier device with barrier liquid,
Spaltgase bekannt sind. X5 die gegen ein Inertgaspolster arbeitet, wie sie inFission gases are known. X5 which works against an inert gas cushion, as it is in
Zu diesem Zweck wird erficdungsgemäß ein mit anderem Zusammenhang bekannt sind (britische einem Spaltgasabzug versehenes Kernbrennstoff- Patentschrift 780151).For this purpose, according to the invention, another connection is known (British nuclear fuel patent specification 780151 provided with a cracked gas vent).
element für durch einen senkrechten Kühlflüssigkeits- Ein übliches Ventil, dessen Abdichtung ebenfallselement for through a vertical coolant- A common valve, its seal as well
strom gekühlte Kernreaktoren vorgeschlagen, bei durch eine schmelzbare Dichtung gewährleistet ist. dem der Spaltgasabzug nacheinander in der Strö- ao Ein Filter aus porösem Material, das zur Verhindemungsrichtung der zur Kühlflüssigkeit entweichenden rung plötzlicher Niveauschwankungen infolge von Spaltgase (stromabwärts gesehen) ein Rückschlag- Druckschwankungen der Kühlflüssigkeit bestimmt ist. ventil, das aus einem senkrechten mit dem oberen Einzelheiten der Erfindung werden erläutert durchelectricity-cooled nuclear reactors proposed, which is ensured by a fusible seal. where the cracked gas vent one after the other in the stream ao A filter made of porous material, which is used to prevent the flow the escaping to the coolant, sudden level fluctuations due to Fission gases (seen downstream) a non-return pressure fluctuations of the coolant is determined. valve consisting of a vertical with the above details of the invention are explained by
Teil der Brennstoffelementbülle fest verbundenen die folgende Beschreibung von nur als Beispiele ansenkrechten
Rohr, einem am Grunde des Rohres aus- 35 gegebenen Ausführungsformen. Die Beschreibung begebildeten
und mit einem bei einer Temperatur unter- zieht sich auf die Zeichnungen. Hierin zeigt
halb der Kühlflüsugkeitstemperatur im Bereich des F i g. 1 eine schematische Darstellung des oberenPart of the fuel element shell firmly connected to the following description of only as an example a vertical tube, an embodiment given at the bottom of the tube. The description formed and with one at a temperature is subject to the drawings. Herein shows
half of the cooling fluid temperature in the area of FIG. 1 is a schematic representation of the upper
Spaltgasabzugs im Betrieb des Reaktors und oberhalb Teils eines mit einem erfindungsgemäßen Spaltgasder
KUhlflUssigkeitstemperatur bei Stillstand des Re- abzug versehenen Kernbrennstoffelements,
aktors schmelzenden Material gefüllten Trog und 30 F i g. 2 ebenfalls schematisch eine Einzelheit einer
einer über das Rohr gestülpten und mit ihrem Rand abgewandelten Ausführungsform des mit einer
in das schmelzbare Material eintauchenden beweg- Schmelzdichtung versehenen Rückschlagventils,
liehen Glocke besteht, und eine Schutzvorrichtung, F i g. 3 und 4 ähnlich F i g. 2 weitere Abweiche das Eindringen von Kühlflüssigkeit bis zur Wandlungen des Rückschlagventils.
Berührung mit dem schmelzbaren Material ver- 35 Das in Fig. 1 gezeigte Kernlλanstoffelement 10
hindert, aufweist. besitzt eine längliche Hülle 12, die eine Masse vonCracked gas vent during operation of the reactor and above part of a nuclear fuel element provided with a cracked gas according to the invention of the cooling liquid temperature when the vent is stopped,
Aktors melting material filled trough and 30 F i g. 2, likewise schematically, a detail of an embodiment of the non-return valve fitted over the pipe and modified with its edge, provided with a movable melt seal that is immersed in the meltable material,
borrowed bell, and a guard, F i g. 3 and 4 similar to FIG. 2 further deviations are the penetration of coolant up to the conversion of the check valve.
35 The core material element 10 shown in FIG. 1 prevents contact with the fusible material. has an elongated shell 12 which has a mass of
Wie ersichtlich, erfüllt ein solcher Gasabzug die Kernbrennstoffmaterial enthält, das im allgemeinen oben angegebenen Bedingungen. Da das Entweichen in Form von Uran- und/oder Plutoniumoxid vorliegt, der Spaltgase durch das geschmolzene Material, durch Das in der Figur nicht dargestellte untere Ende der welches sie hindurchperlen, nur dann erfolgt, wenn 40 Hülle ist dicht verschlossen! Im allgemeinen ist das ihr Druck das geschmolzene Material bis zur Glocken- Kernbrennstoffelement mit anderen gleichen Kernkante verdrängt, wird es um die zur Ansammlung in brennstoffelementen, die an den Knotenpunkten eines dem aus dem Oberteil der Hülle, dem Rohr und dem regelmäßigen Gitters angeordnet sind, in einem Inneren der Glocke bestehenden Aufnahmevolumen Mantel 16 vereinigt, durch den aufsteigend eine aus erforderliche Zeit verzögert Diese Sammelzeit reicht 45 einem geschmolzenen Metall, beispielsweise Natrium, aus für ein teilweises Abklingen der Radioaktivität bestehende Kühlflüssigkeit strömt. Dieses flüssige vor dem Entweichen. Die aufeinanderfolgende An- Metall tritt mit höchster Temperatur und im wesentordnung der vom schmelzbaren Material gebildeten liehen gleichbleibendem Druck durch große Off-Dichtung und der Schutzvorrichtung verhindert das nungen 18 aus dem Mantel 16 aus (Pfeil F) und wird Eindringen von Kühlflüssigkeit in das Kernbrenn· so den Wärmeaustauschern zugeleitet, von wo es mit ge· Stoffelement und vor allem ihre Berührung mit dem ringerer Temperatur zu einer Sammelleitung zurückschmelzbaren Material. kehrt, welche das untere Ende aller jeweils aus einemAs can be seen, such a vent containing nuclear fuel material generally meets conditions given above. Since the escape is in the form of uranium and / or plutonium oxide, of the fission gases through the molten material, through the lower end of the, not shown in the figure which they bubble through only takes place when the envelope is tightly sealed! In general it is their pressure the molten material up to the bell-shaped nuclear fuel element with another same core edge displaced, it is about the accumulation in fuel elements at the junctions of a which are arranged from the upper part of the shell, the tube and the regular grid, in one Inside the bell existing receiving volume jacket 16 united, through the ascending one from required time delayed This collection time is enough for a molten metal, for example sodium, from cooling liquid existing for a partial decay of the radioactivity flows. This liquid before escaping. The successive on-metal occurs with the highest temperature and in the essential order the constant pressure created by the fusible material due to the large off-seal and the protection device prevents the openings 18 from the casing 16 (arrow F) and becomes Penetration of coolant into the nuclear furnace so passed to the heat exchangers, from where it is with ge Substance element and especially its contact with the lower temperature can be melted back into a manifold Material. reverses, which is the lower end of all each from one
Die Erfindung bringt noch einen zusätzlichen Vor- Mantel 16 und den darin enthaltenen Brennstoffteil: Da das schmelzbare Material bei der Her- elementen bestehenden Anordnungen versorgt. Der stellung eingebracht wird, ist es während der Hand- 55 am oberen Teil des Kernbrennstoffelements 10 angehabtingen des Kernbrennstoffelements fest und isoliert ordnete Spaltgasabzug besteht aus folgenden Teilen: während dieser Zeit das Kernbrennstoffmaterial (das einem Rückschlagventil A mit Schmelzdich-The invention also provides an additional pre-jacket 16 and the fuel part contained therein: Since the fusible material supplies existing arrangements in the manufacture. The position is introduced, it is during the hand- 55 attached to the upper part of the nuclear fuel element 10 firmly and isolated arranged cracked gas vent consists of the following parts: during this time the nuclear fuel material (which is a non-return valve A with a melt seal-
im allgemeinen Plutonium enthält) vollständig von tung,generally contains plutonium) completely from tung,
der Atmosphäre. einer stromabwärts vom Rückschlagventil ange-the atmosphere. one downstream of the check valve
Es sei erwähnt, daß Tauchglockensperrvorrich- 60 ordneten Schutzvorrichtung Bund
tungen mit einer einfrierbaren Sperrflüssigkeit in an- einer im Spaltgasaustrittsstrom stromaufwärtsIt should be mentioned that diving bell locking devices 60 arranged protection devices federal government
lines with a freezable barrier liquid in one in the cracked gas outlet stream upstream
de fern Zusammenhang bereits bekannt sind (deutsche vom Rückschlagventil A angeordneten Falle C de remote connection are already known (German trap C arranged by check valve A
bar, wenn der Kernreaktor durch aufsteigende KUh- «s Das Rückschlagventil A besteht aus einem senk· lung gekühlt wird. In diesem Fall erreichen die rechten Rohr 20, das im Inneren der HUUe mündet TtfC'iperaturschwankungen im Bereich des Spaltgas* und mit einem an der HUUe dicht, beispielsweise abzui» zwischen dem Stillstand und dem Betrieb des durch Schweißen, befestigten Flansch 22 versehenbar if the nuclear reactor is cooled by ascending KUh- «s. The check valve A consists of a depression. In this case, the right pipe 20, which opens inside the HUUe, reaches temperature fluctuations in the region of the cracked gas and is provided with a flange 22 that is tightly sealed to the HUUe, for example between the standstill and operation of the flange 22, which is fastened by welding
3 43 4
ist. Der zwischen dem Rohr 20, dem Flansch 22 und Kammer drücken sie den freien Natriumspiegel herder Hülle U. befindliche Ringraum bildet einen Trog, ab und entweichen durch die Bohrungen 36 (Pfeil / in in den ein schmelzbares Material 24, beispielsweise F i g. 1).is. The annular space located between the tube 20, the flange 22 and the chamber, they press the free sodium level from the casing U., forms a trough and escapes through the bores 36 (arrow / in which a meltable material 24, for example FIG. 1 ).
metalhschen Kühlmittels bei Stillstand des Kern- dichtung, der Druck in den Kammern 28 und 32 fälltmetal coolant when the core seal comes to a standstill, the pressure in chambers 28 and 32 falls
reaktors (etwa 100 C) und der Temperatur dieses ab, das Natrium steigt im Stopfen 34 nach oben, ohnereactor (about 100 C) and the temperature of this, the sodium rises in the plug 34 to the top without
flüssigen Metalls im Betrieb (im allgemeinen über die Oberkante des Rohrs 30 zu erreichen, dessenliquid metal in operation (generally to be reached via the upper edge of the tube 30, whose
400 C) liegt. Der Rand einer über das Rohr 20 ge- Höhe so gewählt ist, daß die Volumenveränderungen400 C). The edge of a height above the pipe 20 is chosen so that the volume changes
stülpten Glocke 26, die den Verschlußteil des Rück- io des Gases in der Kammer bei der Abkühlung aufge-everted bell 26, which opens the closure part of the back of the gas in the chamber during cooling.
schlagyentils bildet, taucht in das geschmolzene fangen werden.schlagyentils forms, dips into the melted catch.
des Kühlmittels gegen den Flansch 22 gedrückt wird, der Ausführung der Erfindung möglich. Beispiels-of the coolant is pressed against the flange 22, the embodiment of the invention is possible. Example
wird die stets unvollkommene Berührungsabdichtung weise zeigt Fig. 2 ein Rückschlagventil/!', dessenthe always imperfect contact seal is wise, Fig. 2 shows a check valve /! ', its
durch die Flüssigkeitsdichtung vollkommen gestaltet. 15 Glocke 26' sich unter ihrem eigenen Gewicht undperfectly designed by the liquid seal. 15 bell 26 'under its own weight and
Die von der Hülle 12, der Oberseite der Glocke 26 gegebenenfalls unter der Wirkung eines elastischen und dem schmelzbaren Material 24 begrenzte Organs, beispielsweise einer nicht gezeigten Feder, Kammer 28 ist mit dem Kühlmittel in der Höhe des senkt und eine seinem S^Ci angepaßte Unterseite oberen Teils der Hülle durch die Schutzvorrichtung B The by the shell 12, the upper side of the bell 26, possibly under the action of an elastic and the fusible material 24 bounded organ, for example a spring, not shown, chamber 28 is with the coolant at the level of the lowers and its S ^ Ci adapted underside upper part of the envelope by the protective device B besitzt. Bei Druckanstieg im Rohr 20' wird die verbunden. Die gezeigte Schutzvorrichtung besteht ao Glocke 26' aus der strichpunktiert gezeichneten aus einem zweiten senkrechten Rohr 30, das im Stellung in die ausgezogen gezeichnete Stellung anOberteil einer zweiten Kammer 32 mündet, die von gehoben, und die Spaltgase entweichen, bis sich der einem die Hülle verlängernden Stopfen 34 gebildet Druckunterschied zwischen den beiden Seiten der wird. Im unteren Teil dieses Stopfens vorgesehene Glocke 26'genügend verringert hat. Bohrungen 36 verbinden die Kammer 32 mit dem 35 Man kann auch verschieden ausgebildete Aufaußerhalb der Hülle liegenden Raurn. In diesem lagen der Glocke auf ihrem Sitz vorsehen. Insbe-Raum strömt die Kühlflüssigkeit mit einem verhält- sondere können die in F i g. 3 und 4 gezeigten Ausnismäßig wenig schwankenden Druck, da die Strö- bildungen angewandt werden. Das Rückschlagmung aufwärts gerichtet ist und der Druckverlust im ventil A" der Fig. 3 benutzt einen Kegelsitz der Kühlmittelkreis hauptsächlich in den Kernbrenn- 30 Glocke 26" auf dem Flansch 22" und besitzt ferner Stoffelementanordnungen auftritt. ein Rohr 20", das eine Schutzhöhe h liefert. Dagegenowns. When the pressure rises in the pipe 20 ', the is connected. The protective device shown consists of the bell 26 'of the dash-dotted line of a second vertical tube 30, which opens into the upper part of a second chamber 32 in the position shown in the drawn-out position, which is lifted and the fission gases escape until the envelope is lengthened Plug 34 formed pressure difference between the two sides of the will. The bell 26 'provided in the lower part of this stopper has sufficiently reduced. Bores 36 connect the chamber 32 with the 35. Variously designed spaces outside the envelope can also be used. In this lay the bell on its seat. In the space, the cooling liquid flows with a special can that shown in FIG. 3 and 4 show little fluctuations in pressure, since the flow formations are applied. The back pressure is directed upwards and the pressure loss in valve A " of Fig. 3 uses a conical seat, the coolant circuit mainly occurs in the core burner bell 26" on the flange 22 "and also has fabric element assemblies. A pipe 20" which has a protective height h supplies. On the other hand
eine Falle C auf, die von einer Trennwand 40 gebildet Kugelsitz der Flansch 22'" die Form einer einfacha trap C on, formed by a partition 40, the flange 22 '"has the shape of a simple ball seat
wird, weiche mit dem Rohr 20 eine Kammer 42 axial durchbohrten Kugelkalotte,is soft with the tube 20 a chamber 42 axially pierced spherical cap,
bildet, die durch eine im Oberteil der Kammer 42 35 Die Schutzvorrichtung B kann ebenfalls von einerforms, which by a in the upper part of the chamber 42 35 The protective device B can also from a
mündende Leitung44 mit einem in Verbindung mit anderen Anordnung als der in Fig. 1 gezeigten ge-opening line44 with an arrangement in connection with a different arrangement than that shown in FIG.
dem Kernbrennstoff stehenden Spaltgassammelraum bildet werden, beispielsweise von einer Tablette austhe nuclear fuel standing fission gas collecting space are formed, for example from a tablet
46 verbunden ist. Schmelzbares Material, das ge- porösem Material, die den Durchtritt der Gase er-46 is connected. Meltable material, the porous material that allows the gases to pass through
gebenenfalls infolge von plötzlichen Druckschwan- möglicht, den des flüssigen Metalls aber verhindert,possibly as a result of sudden pressure fluctuations, but prevents that of the liquid metal,
kungen in das Rohr 20 geschleudert wird, scrnmelt 40 Eine solche Tablette kann auch bei dem GasabzugKungen is thrown into the tube 20, scrnmelt 40 Such a tablet can also with the gas vent
sich am Boden der Kammer 42. der F i g. 1 zusätzlich vorgesehen sein, um plötzlicheat the bottom of the chamber 42. FIG. 1 additionally be provided to sudden
tung ergibt sich aus der obigen Beschreibung und spiclsweise beim Einschalten von Pumpen auftreten,This arises from the description above and can occur when pumps are switched on.
wird daher nur noch einmal kurz zusammengefaßt: oder um in allen Fällen die Fernhaltung des flüssigenis therefore only briefly summarized once more: or in all cases, the keeping away of the liquid
teter, Kernreaktor eingesetzt, wobei die Kammern währleisten.teter, nuclear reactor used, the chambers guarantee.
28, 32 und 42 mit dem gleichen Gas gefüllt sind, das Schließlich kann man als schmelzbares Material28, 32 and 42 are filled with the same gas, which can ultimately be used as a fusible material
zur Herstellung der Inertgaspuffer oberhalb des aus statt einer einfachen Legierung, deren Schmelzpunktfor the production of inert gas buffers above the melting point instead of a simple alloy
flüssigem Metall bestehenden Kühlmittels vorgesehen unterhalb der Betriebstemperatur des metallischenLiquid metal existing coolant provided below the operating temperature of the metallic
ist. Das flüssige Metall s»eigt infolge seines Drucks 50 Kühlmittels liegt, eine Dichtung verwenden, in deris. As a result of its pressure, the liquid metal tends to lie in the coolant, use a seal in which
in der Kammer 32 nach oben, wobei es das darin ent- eine spaltbare Verbindung entweder mit demin the chamber 32 upwards, whereby there is a splittable connection either with the
haltene Gas bis zum Erreichen des Druckgleich- schmelzbaren Material gemischt oder in den Bodenhold gas until the pressure equals- fusible material is mixed or in the ground
gewichts zusammenpreßt. Die Höhe des Rohrs 30 des Trogs eingelassen ist (beispielsweise in einercompresses weight. The height of the tube 30 of the trough is recessed (for example in a
wird so gewählt, daß der freie Spiegel 38 des flüssigen Matrix auf rostfreiem Stahl verteiltes Uranoxid), sois chosen so that the free level 38 of the liquid matrix on stainless steel distributed uranium oxide), so
flüssigkeit selbst eine Sperrflüssigkeitsvorlage bildet. Hch ist, den Gasabzug in der StrÜmungsrichtungliquid itself forms a barrier liquid template. High is the gas discharge in the direction of flow
bis zu der dem Normalbetrieb des Reaktors entspre- ordnen, da das Schmelzen beim Neutronenbetrieb desup to which correspond to normal operation of the reactor, since melting occurs during neutron operation of the
chenden Temperatur verflüssigt sich das schmelzbare βο Reaktors un&bhängjg von der Temperatur des Kühl-the fusible reactor liquefies regardless of the temperature of the cooling
der im Inneren dea Glocke 26 eintretenden Druck- Die Erfindung kann noch in zahlreichen weiterenthe pressure entering inside the bell 26. The invention can be used in numerous other ways
erhöhung der vom Kembrennstoffmaterial freige- Weisen abgewandelt werden. Insbesondere kann manIncrease in the number of ways that the nuclear fuel material can freely be modified. In particular, you can
setzten Spaltgase und sobald der auf den Glocken- einen Gasabzug der oben beschriebenen Art nicht fürput fission gases and as soon as the on the bell a gas vent of the type described above is not for
boden wirkende Gegendruck überschritten wird, all- 6j jedes der Kernbrennstoffelemente, sondern für eineground-acting counterpressure is exceeded, all- 6j each of the nuclear fuel elements, but for one
mählich nach oben gedrückt, und die Spaltgase perlen Gruppe von Kernbrennstoffelementen, die einen Teilgradually pushed upwards, and the fission gases bead group of nuclear fuel elements that are part of it
durch das geschmolzene Material hindurch und ent- ein und derselben Kernbrennstoffelementanordnungthrough the molten material and onto the same nuclear fuel assembly
weichen in die Kammern 28 und 32. In der letzteren bilden, vorsehen.give way to chambers 28 and 32. In the latter form, provide.
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