DE2023342A1 - Nuclear reactor core assembly - containing hexagonal fuel - and breeder rod/sets - Google Patents

Abstract

The fuel and breeder rods are grouped in sets within hexagonal jackets which have spacing and sealing rings around them, typically at the top and bottom of the fission zone and at the head end. In addition, those elements in the outer rows of the complete core have means of compression and sealing surfaces which mate so as to seal the interior of the core from the outside. A controlled coolant pressure is exerted on the outer walls of the jackets, using throttles, to counteract the internal pressures. The wall thickness, hence wt. and cost, of the jackets is reduced.

Description

Reakto-rkernauSbau Die Erfindung betrifft einen Reaktorkernaufbau mit Brennelementen, bei denen in einem Kasten, die Stäbe mit Brennstoff und/oder Brutstoff enthalten sind Bei derartigen Brennelementen ist im Gegensatz zu Konstruktionen, die eine kastenlose Anordnung von Brennstäben aufweisen (sog. ungedrosselter Kerne die Möglichkeit gegeben, die Külmittelaustrittstemeratur einzuregulieren. Von einem Kasten umgebende Brennelemente werden insbesondere bei schnellen Brütern eingesetzt. REACTOR CORE STRUCTURE The invention relates to a reactor core structure with fuel assemblies, where in a box, the rods with fuel and / or Containment material is contained In such fuel elements, in contrast to constructions, which have a boxless arrangement of fuel rods (so-called unthrottled cores given the opportunity to regulate the coolant outlet temperature. Of a Fuel assemblies surrounding boxes are used in particular in fast breeders.

Bei Brennelementen, bei denen die Brennstoffstäbe in eine; Kasten angeordnet sind, besteht das Problem, daß die Eastenwände einerseits eine ausreichende Festigkeit haben müssen, um den Innendruck in den Kästen zu widerstehen, andererseits aber nur eine geringe NeutronenabsorDtion aufweisen sollen, damit nicht durch übermäßigem Neutronenentzug der Wirkungsgrad des Kernreaktors vermindert wird.In fuel assemblies in which the fuel rods in a; crate are arranged, there is the problem that the wall on the one hand a sufficient Must have strength, to withstand the internal pressure in the boxes, on the other hand, they should only have a low neutron absorption, so not the efficiency of the nuclear reactor is reduced by excessive neutron withdrawal.

Bei dem früher bekannten Kernaufbau mit Brennelementen, bei denen die Brennstoffstäbe in einem Kasten angeordnet sind, ist der Kasten vollwandig ausgeführt und für die volle, über dem Kern auftretende Druckdifferenz dimensioniert. Aus der US.-Patentschrift 3 317 399 ist zu entnehmen, daß Wandstärken bis über 6.mm erforderlich waren. Die Neutronenabsorption nimmt nun mit der Masse des Strukturmaterials zu, so daß es im Interesse eines guten Wirkungsgrades des Realftors anLnschenswert ist, Brennelementkästen mit möglichst geringen Wandstärken zu bauen.In the previously known core structure with fuel assemblies, in which the fuel rods are arranged in a box, the box has a solid wall and dimensioned for the full pressure difference occurring across the core. From the US Pat. No. 3,317,399 shows that wall thicknesses of up to over 6 mm are required was. The neutron absorption now increases with the mass of the structural material, so that in the interest of a good efficiency of the real fan it is not worthwhile Build fuel assemblies with the smallest possible wall thicknesses.

Deshalb wird in der bereits angeführten US.-Patentschrift 3 317 399 empfohlen, die Abstandshalter für die Brennstoffstäbe mit den Kastenwandungen zu verbinden. Auf diese Weise werden die Kastenwände derart berippt, daß die Abstandshalter die Aussteifungsmittel bilden. Die Wandstärke des Kastens kann dann erheblich herabgesetzt werden.Therefore, U.S. Patent 3,317,399, cited above Recommended to use the spacers for the fuel rods with the box walls associate. In this way, the box walls are ribbed in such a way that the spacers form the stiffeners. The wall thickness of the box can then be reduced considerably will.

Zur Verminderung der Wandstärken von Brennelenenten würde es auch schon vorgeschlagen, die Kastenwände oberhalb der Spalt zone nach dem Brennelementkopfende hin mit Perforierungen zu versehen. Dadurch wird infolge des Druckausgleichs über der Spalt zone die wirksame Druckdifferenz zum Elementfuß hin verringert.It would also be used to reduce the wall thickness of stinging elements already proposed, the box walls above the gap zone after the fuel assembly head end to be provided with perforations. This is due to the pressure equalization over the gap zone reduces the effective pressure difference towards the element base.

Die bekannten und die vorgeschlagenen Maßnahmen bringen den Nachteil mit sich, daß für sämtliche Brennelemente Mehraufwand erforderlich ist.The known and the proposed measures have the disadvantage with it that additional expenditure is required for all fuel assemblies.

Der Erfinder-hat- sich deshalb die Aufgabe gestellt, einen Reaktorkernaufbau vorzuschlagen, bei dem mit nur sehr geringem Aufwand die Wandstärke der Brennelemente herabgesetzt.The inventor has therefore set himself the task of constructing a reactor core to propose in which the wall thickness of the fuel assemblies with very little effort degraded.

werden kann. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Randelemente Verspanneinrichtungen haben und mit dichtenden Flächen versehen sind., die das Kerninnere nach außen hin abschlieRen und daß im Kerninneren mittels Drosseleinrichtungen ein dem Druck in den Brennelementkästen entgegenwirkender Druck aufgebaut wird.can be. This object is achieved in that the edge elements Have bracing devices and are provided with sealing surfaces. That the core interior close to the outside and that inside the core by means of throttling devices the pressure in the fuel assembly cases counteracting the pressure is built up.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden die Dicht-Abstandsleisten vorzugsweise im Bereich des unteren und oberen Endes der Spaltzone, sowie am Kopfende der Brennelemente angeordnet.According to a development of the invention, the sealing spacer strips preferably in the area of the lower and upper end of the cleavage zone, as well as at the head end the fuel assemblies arranged.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden beschrieben. Es roggen Fig. 1 einen horizontalen Schnitt durch einen Reaktorkern nach der Erfindung Fig. 2 die Brennelemente in der erfindungsgemäßen Ausführung -Wie in Fig. 1 zu erkennen, ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Reaktorkern aus Brennelementen 1 gebildet, die die Form regelmäßiger 6-Ecke haben. Zwischen den Brennelementen 1 sind an verschiedenen Positionen in bekannter Weise RegeleXenente 2 angeordnet. Die Brennelemente der äußeren Reihe 3 sind mit Einrichtungen versehen, durch die sie fest verspannt sind.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described below. Fig. 1 rye through a horizontal section a reactor core according to the invention Fig. 2 shows the fuel elements in the invention Execution - As can be seen in Fig. 1, the reactor core is in this embodiment formed from fuel assemblies 1, which have the shape of regular hexagon. Between The fuel assemblies 1 are rule eXenents at various positions in a known manner 2 arranged. The fuel assemblies of the outer row 3 are provided with devices by which they are tightly braced.

Die Fig. 2 zeigt zwei Gitterplatten 4 und 5, in dessen öffnungen die Brennelemente 1 sitzen.Fig. 2 shows two grid plates 4 and 5, in whose openings the Fuel assemblies 1 sit.

Die Brennelemente 1 haben jeweils ein Fußteil 6 mit Löchern 7, durch die das Kühlmittel - in diesem Fall flüssiges Natrium - aus dem durch die beiden Gitterplatten 4-und 5 gebildeten Raum in die Brennelemente aufwärts entlang der die Brennelemente bildenden Brennstoffstäbe strömt. Die einzelnen Brennstoffstäbe sind in dem einen im Schnitt dargestellten Brennelement durch senkrechte Linien angedeutet.The fuel assemblies 1 each have a foot part 6 with holes 7 through which the coolant - in this case liquid sodium - from the through the two Grid plates 4 and 5 formed space in the fuel assemblies upwards along the the fuel rods forming the fuel assemblies flows. The individual fuel rods are in the one fuel assembly shown in section by vertical lines indicated.

Von unten nach oben gesehen wird in den Brennstoffstäben zunächst eine Brutzone dann eine Spaltzone und nachfolgend wiederum eine Brutzone gebildet. Am oberen Ende der Brennstoffstäbe ist in bekannter Weise ein Spaltgasraum vorgesehen.Seen from bottom to top, the fuel rods are first of all a breeding zone then a crevice zone and then again a breeding zone is formed. A gap gas space is provided in a known manner at the upper end of the fuel rods.

Um die Brennelemente auf einen gleichmäßigen geringen gegenseitigen Abstand zu halten, sind sie außenseitig in üblicher Weise mit Dicht-Abstandsleisten 8, 8', 8'' versehen. Die Elemente der äußeren Reihe 3 (siehe Fig. 1)- haben statt der Dicht-Abstandsleisten dichtende Flächen 9 oder 10. Sind auf jedem Brennelement drei Dicht-Abstandsleisten 8, 8', 8" angeordnet, so kann man die dichtenden Flächen entweder nur zwischen zwei Dicht-Abstandsleisten vorsehen, wie es in der rechten Bildseite in Fig. 2 dargestellt ist, in der die Dichtfläche mit 9 bezeichnet wurde oder aber im gesamten Bereich von der untersten bis zur obersten Dicht-Abstandsleiste, wie es in der linien Bildseite Fig. 2 zu erkennen ist, wobei hier die Dichtfläche mit 10 bezeichnet nirde.To the fuel assemblies on a uniform low mutual To keep a distance, they are on the outside in the usual way with sealing spacer strips 8, 8 ', 8' 'provided. The elements of the outer row 3 (see Fig. 1) - have taken place the sealing spacer strips sealing surfaces 9 or 10. Are on each fuel assembly three sealing spacer strips 8, 8 ', 8 "are arranged, so you can use the sealing surfaces either only provide between two sealing spacer strips, as shown on the right The image side is shown in FIG. 2, in which the sealing surface has been designated by 9 or in the entire area from the bottom to the top sealing spacer strip, as can be seen in the lines of the picture side of FIG. 2, the sealing surface here with 10 denotes nirde.

Im ersten Fall erhält man im Kerninneren einen nach außen abgeschlossenen Raum 11, der nach oben und unten durch die Dicht-Abstandsleisten 8 und 8' und nach Außen durch die Brennelemente der äußeren Reihe 3 begrenzt wird. Im zweiten Fall erhält man oberhalb des ersten Raumes 11 einen entsprechenden in einer Höhe durch die oberen Dicht-Abstandsleisten 8" begrenzten Raum 120 Bei dem Reaktor, auf den sich dieses Ausführungsbeispiel bezieht, befindet sich sowohl in den Brennelementen als auch im Raum um sie herum flüssiges Natrium als Kühlmittel.In the first case, one obtains one that is closed off from the outside in the core Space 11, the up and down through the sealing spacer strips 8 and 8 'and after Is bounded on the outside by the fuel elements of the outer row 3. In the second case one obtains a corresponding one at a height above the first space 11 the upper sealing spacer strips 8 ″ delimited space 120 In which The reactor to which this exemplary embodiment relates is located in both the fuel elements as well as in the space around them liquid sodium as a coolant.

Der höchste Flüssigkeitsdruck herrscht in dem durch die Gitterplatten 4 und 5 gebildeten Raum. Über die Höhe der Brennelemente nimmt dann der Flüssigkeitsdruck gleichmäßig ab. Um nun die Wände der Brennelemente nicht mit dem Druck im Brennelementinneren zu beanspruchen, ist durch ein Brennelement oder aber auch durch mehrere,eine Verbindungsleitung von seinem Fußteil zu dem Raum 11 zwischen den beiden unteren Dicht-Abstandsleisten und falls die Brennelemente der äußeren Brennelementreihe wie links in Fig. 2 dargestellt, ausgebildet sind, auch zu dem Raum 12 darüber hergestellt. Dabei ist in der bzw. in den Verbindungsleitungen eine Drosseleinrichtung vorgesehen, so daß sich der über die Verbindungsleitung bzw.The highest fluid pressure prevails in that through the grid plates 4 and 5 formed space. The liquid pressure then increases over the height of the fuel elements evenly. Now the walls of the fuel assemblies do not cope with the pressure inside the fuel assembly to be claimed is through a fuel assembly or also through several, a connecting line from its foot part to the space 11 between the two lower sealing spacer strips and if the fuel assemblies of the outer fuel assembly row are shown on the left in FIG. 2, are formed, also made to the space 12 above. In the or A throttle device is provided in the connecting lines so that the via the connecting line or

den Verbindungsleitungen in den Raum 11 und gegebenenfalls 12 einstellende Druck entweder vorbestimmen oder für verschiedene Betriebszustände einstellen läßt. Dadurch baut sich-während des Re£torbetriebs in den Räumen 11 und 12 um die Brennelemente herum ein dem Innendruck der Brennelemente entgegenwirkende Druck auf, so daß die Wände der Brennelementkästen nur mit einer geringeii Druckdifferenz beansprucht werden und dadurch nur von geringer Wandstärke zu sein brauchen.the connecting lines in the room 11 and possibly 12 adjusting The pressure can either be predetermined or set for different operating states. As a result, builds up around the fuel assemblies in spaces 11 and 12 while the reactor is in operation around a pressure counteracting the internal pressure of the fuel elements, so that the Walls of the fuel assembly boxes are only stressed with a slight pressure difference and therefore only need to be of low wall thickness.

Die Randelemente müssen die radialen Kräfte aufnehmen, die durch den Druck in den Räumen 11 und gegebenenfalls 12 entstehen. Sie sind deshalb mit entsprechenden Verspanneinrichtungen zu versehen, so daß sie mit den Gitterplatten 4 und 5 fest verspannt werden können.The edge elements must absorb the radial forces caused by the Pressure in the spaces 11 and possibly 12 arise. You are therefore with appropriate To provide bracing devices so that they are fixed to the grid plates 4 and 5 can be braced.

Zum Zwecke des Druckausgleichs und der Massenverteilung des -Kühlmittels über den gesamten Kernquerschnitt können die Kastenwände im oberen Bereich mit Perforierungen versehen werden. Gleichzeitig wird dadurch das Problem der Verbiegung des Kastens infolge der Temperaturschieflage, d.h. der ungleichmäßigen Temperaturverteilung über den Rernquersc1rnitt gelöst.For the purpose of pressure equalization and mass distribution of the coolant The box walls can be perforated over the entire core cross-section in the upper area be provided. At the same time, this poses the problem of box bending as a result of the temperature imbalance, i.e. the uneven temperature distribution solved over the Rernquersc1rnitt.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Ausfuhrung liegen darin, daß aufgrund der Entlastung der Brennelementkastenwandungen bei Auswärtsströmung des Kühlmittels im Reaktorkern diese von nur geringer Wandstärke zu sein brauchen und ihr Ausbeulen durch den über die Verbindungsleitungen und den Drosseleinrichtungen aufgebauten Gegendruck wirkungsvoll verhindert wird. Ordnet man Dicht-Abstandsleisten am unteren und oberen Ende der Spalt zone sowie am Kopfende der Brennelemente an, so ist es möglich über Drosseleinrichtungen in der oberen Kammer 12 des Reaktorkerns einen geringeren Druck aufzubauen als in der unteren Kammer 11. Dadurch kann für den oberen Bereich der Brennelemente ein geringerer Gegendruck gewahlt werden als für den unteren, wo im Brennelementinneren ein höherer Flüssigkeitsdruck herrscht. Da der Gegendruck jeweils zwischen oben und unten angeordneten Dicht-Abstandsleisten wirkt, treten axiale Kräfte auf die Brennelemente nicht auf.The advantages of the embodiment according to the invention are that due to the relief of the fuel assembly box walls when the coolant flows outwards in the reactor core these need to be of only small wall thickness and their bulging by the built-up via the connecting lines and the throttle devices Back pressure is effectively prevented. One arranges sealing spacer strips at the bottom and the upper end of the gap zone as well as at the head end of the fuel assemblies, so it is possible via throttle devices in the upper chamber 12 of the reactor core Build up lower pressure than in the lower chamber 11. This allows for the upper A lower back pressure can be selected than for the lower part of the fuel assemblies, where there is a higher liquid pressure inside the fuel assembly. Because the back pressure acts between sealing spacer strips arranged above and below axial forces on the fuel assemblies do not occur.

Claims (5)

P a t e n t a n s p r ü c h eP a t e n t a n s p r ü c h e Reaktorkernaufbau mit Brennelementen, bei denen in einem Kasten Stäbe mit Brennstoff und/oder Brutstoff enthalten sind und die Dicht-Abstandsleisten zur gegenseitigen Distanzierung tragen, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Breimelemente der äußeren Reihe (3) VerspalBleinrichtungen haben und mit Dichtflächen (9, 10) versehen sind, die das Kerninnere nach außen hin abschließen und daß im Kerninneren mittels Drosseleilleichtungen ein dem Druck in den Brennelament kästen entgegenwirkende Druck aufgebaut wird. Reactor core structure with fuel elements in which rods are placed in a box with fuel and / or breeding material are included and the sealing spacer strips for bear mutual distancing that the pulp elements of the outer row (3) have splitting devices and with Sealing surfaces (9, 10) are provided which close off the inside of the core towards the outside and that in the interior of the core by means of throttle parts a pressure in the fuel boxes counteracting pressure is built up. 2. Reaktorkernaufbau nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Anordnung der Dicht-Abstandsleisten(8, 8', 811)vorzugsweise im Bereich des unteren und oberen Endes der Spaltzone, sowie am Kopfende der Brennelemente vorgesehen sind.2. reactor core structure according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the arrangement of the sealing spacer strips (8, 8 ', 811) is preferred in the area of the lower and upper ends of the fission zone and at the top of the fuel assemblies are provided. 3. Reaktor3cernaufbau nach den Ansprüchen 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Dichtflächen (9) nur im Bereich der Spaltzone vorhanden sind.3. Reaktor3cern structure according to claims 1 and 2, d a d u r c h g It is not noted that the sealing surfaces (9) are only in the area of the gap zone available. 4. Reaktorkernaufbau nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Dichtflächen über den Bereich der Spaltzone hinaus bis zum Kopf ende der Brennelemente vorhanden sind.4. reactor core structure according to claim 1 or one of the following, d a it is indicated that the sealing surfaces over the area of the Fissure zone also up to the head end of the fuel assemblies are present. 5. Reaktorkernaufbau nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kastenwände im oberen Bereich Perforierungen besitzen.5. reactor core structure according to claim 1 or one of the following, d a It is noted that the box walls have perforations in the upper area own.