DE2203518C3 - Kernreaktorbrennstab - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kernreaktorbrennstab, der .us einem beidseitig mit Endkappen verschlossenen, dünnwandigen, di- Kembrennstoffüllung umschließenden Hüllroh^r sowie einer Einrichtung zur Zurückhaltung und zeitlich verzierten Ableitung von Spaltprodukten mit Hilfe eines gasabsorbierenden Filtermaterials und einer in der benachbarten Endkappe vorgesehenen, durchgehenden Bohrung besteht. Derartige Kernreaktorbrennstäbe werden auch als entlüftete Brennstäbe bezeichnet und sind vornehmlich für gasgekühlte Kernreaktoren vorgesehen. Aus ihnen sind die Brennelemente zusammengesetzt, an deren Brennstabtragplatte sie mit einer ihrer Endkappen befestigt sind. Inner- oder außerhalb dieser Platte ist außerdem ein Leitungssystem angeordnet, an das die Gasabführungsbohrungen der einzelnen Brennstabendkappen angeschlossen sind. Nach dem Einsetzen derartiger Brennelemente in einen Kernreaktor werden diese Sammelleitungen eines jeden Brennelementes an ein Gasabführungssystem der Kernreaktoranlage angeschlossen, das jedoch nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist und im Prinzip als bekannt vorausgesetzt wird.

Das in den einzelnen Brennstäben vorgesehene gasabsorbierende Filtermaterial, das z. B. aus Aktivkohle bestehen kann, hat die Aufgabe, die gasförmigen Spaltprodukte für eine gewisse Zeit zu binden, während der die hauptsächlichste Radioaktivität abklingen kann. Die über die Gasabführungsleilungen entweichenden Spaltprodukte werden also nur verzögert freigegeben und besitzen dann nur noch einen verhältnismäßig niedrigen Pegel Von Radioaktivität. Dieses Filtermaterial wird üblicherweise im Anschluß an die Kernbrennsloffüllung in die Hüllrohre der Brennstäbe eingebracht. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß der Zwischenraum zwischen Hüllrohr und dieser Füllung aus Filtermaterial praktisch nicht so klein gemacht werden kann, daß die durch ihn ermöglichte Bypaßströ' mung der gasförmigen Spaltprodukte vemachlässigbar gering ist. Außerdem erreicht bei dieser Konstruktion der Kontakt zwischen dem Filtermaterial und den zu absorbierenden Spaltprodukten nicht seinen bestmöglichen Wert,

Eine weitere Lösung der Unterbringung von Filtermaterial in einem Brennstab ist der schweizerischen Patentschrift 4 86 098 zu entnehmen. Dort ist das Filtermaterial in einer Leitung untergebracht, deren

to eines Ende mit dem Brennstabhüürohr verbunden ist. Das andere Ende steht frei im Innenraum des Hüllrohres, das mit seitlichen Öffnungen versehen ist Eine durchbohrte Endkappe ist nicht vorhanden, so daß es nicht möglich ist, die austretenden Spaltgase kontrolliert aufzufangen und abzuleiten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die austretenden Spaltgase kontrolliert aufzufangen und abzuleiten, was im Hinblick auf die Weiterverarbeitung der austretenden Spaltprodukte von allerhöchster Wichtigkeit ist Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Filtermaterial in an sich bekannter Weise in einem eigenen, mii dem Hüllrohr verbundenen Behäiter untergebracht ist und daß dieser Behälter mit der durchbohrten Endkappe metallurgisch verbunden ist.

Dieser Behälter ist dabei an wenigstens der Spaltprodukteintrittsseite mit einem porösen Körper abgeschlossen, durch den Spaltprodukte diffundieren können. Dieser ist vorzugsweise mit dem Behältermaterial gasdicht, beispielsweise über eine Lötung verbunden.

Zur Vermeidung der eingangs erwähnten Bypaßströmung ist das Filtermaterial in den Behälter eingepreßt.

In den F i g. 1 und 2 sind zwei Konstruktionsmöglichkeiten für entlüftete Brennstäbe zur weiteren Erläuterung dieses Erfindungsprinzips dargestellt.

Die Brennstabkonstruktion besteht gemäß F i g. 1 aus dem Hüllrohr 1, der Kembrennstoffüllung 2 beispielsweise in Tablettenform, der unteren Endkappe 3, der oberen Endkappe 4 mit der zentralen Bohrung 4a sowie der Feder 5 zur Niederhaltung der Kernbrennstofftabletten 2 und dem eingepreßten Filtermaterial 6 aus Aktivkohle. Das Filtermaterial 6 wird dabei von einem Hüllrohr 7 eingeschlossen, das den gleichen Außendurchmesser wie das Hüllrohr 1 hat. Dieses Hüllrohr 7 ist mit der oberen Endkappe 4 verschweißt und über eine Zwischenkappe 8 abgeschlossen, bildet somit einen eigenen Behälter, und ist mit dem übrigen Brennstab, d. h. mit dem Hüllrohr 1 desselben, verschweißt. Diese Zwischenkappe 8 ist mit einer zentralen Bohrung Sa für den Durchtritt der Spaltprodukte, weiterhin mit einer napfförmigen Ausnehmung zur Aufnahme eines porösen Körpers 9 versehen, der insbesondere auch die Aufgabe hat, die Spaltprodukte ohne großen Druckabfall und fein verteilt der Filtermaterialzone 6 zuzuführen. Besonders günstig ist daher für diesen Zweck ein von den Spaltprodukten diffundierbares Material wie z. B. porös gesintertes AIjO].

Die Rückhaltezeit der Spaltprodukte im Filtermaterial wird außerdem durch ein gleichartiges poröses oder diffundierbares Material 9 vor der Bohrung 4a der Endkappe 4 beeinflußt.

In der Ausführungsform gemäß Fig,2 ist nur der obere Teil des Brennstabes dargestellt. Gleiche Teile sind wieder mit gleichen Bezügszeichen Versehen, Hier ist das Hüllrohr 2 von der unteren Endkappe 3 bis zur oberen Endkappe 4 durchgezogen, das Filtermaterial aus Aktivkohle 6 befindet sich in einem gesonderten Behälter im Inneren dieses Hüllrohres 2. Dieser wird einerseits gebildet durch das fohfförmige Teil 7, die

Filterendkappe 8b mit der Bohrung 8a sowie die Endkappe 4, mu der der zylindrische Teil 7 verschweißt ist An beiden Enden der Filtermaterialfüllung 6 befindet sich wieder wie im Beispiel nach Fig. 1 das poröse Material 9. Diese Ausführungsform hat den großen Vorteil, daß das Hüllrohr ungeteilt und ohne zusätzliche Schweißverbindungen die gesamte Länge des Brennstabes durchsetzt

In Fig.3 ist eine kleine Abwandlung dieses das Filtermaterial einhaltenden Behälters dargestellt. Hier wurde auf eine eigene Filter endkappe Sb verzichtet und dafür das poröse Material 9 als Endstopfen 9a in das Rohr 7 eingesetzt und mit diesem beispielsweise durch Hartlötung 10 gasdicht verbunden.

Selbstverständlich kann auch der Körper 9 aus porösem Material auf der anderen Seite des Filtereinsatzes mit dem Endkappenmateriai gasdicht verbunden werden. Auf diese Weise werden zusätzliche Beipaßmöglichkeiten, die verkleinernd auf die Rückhaltezeit der Spaltprodukte wirken, vermieden.

Durch die dargestellten Konstruktionsmöglichkeiten bzw. das diesen zugrunde liegende Prinzip ist es möglich, nicht nur die Wirkungsweise des Spaltgasentlüftungssystems ganz wesentlich zu verbessern, vielmehr ist es auch möglich, den das Filtermaterial 6 enthaltenden Behälter in gesonderten Arbeitsgängen herzustellen und zu überprüfen, so daß sich der Einsatz des Filtermaterials bei der Brennstabherstellung ohne

ίο zusätzliche Handhabungsschwierigkeiten durchführen läßt Erfindungswesentlich ist außerdem, daß das Filtermaterial in den Behälter eingepreßt ist Dabei ist es insbesondere auch vorteilhaft den Behälter nach seiner Füllung durch an sich bekannte Methoden im Durchmesser herabzusetzen und den Kontakt zum Filtermaterial zu verbessern, was bei bekannten Brennstabausführungen nvt Filterzonen nicht möglich ist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Kernreaktorbrennstab, bestehend aus einem beidseitig mit Endkappen verschlossenen, dünnwandigen, die Kembrennstoffüllung umschließenden Hüllrohr sowie einer Einrichtung zur Zurückhaltung und zeitlich verzögerten Ableitung von Spaltprodukten mit Hilfe eines gasabsorbierenden Filtermaterials und einer in der benachbarten Endkappe vorgesehenen, durchgehenden Bohrung, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial (6) in an sich bekannter Weise in einem eigenen, mit dem Hüllrohr (1) verbundenen Behälter untergebracht ist und daß dieser Behälter mit der durchbohrten Endkappe (4) metallurgisch verbunden ist.

2. Kernreaktorbrennstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter an wenigstens der Spaltprodukteintrittsseite mit einem porösen Körper (9) abgeschlossen ist, durch den hindurch die Spaltprodukte diffundieren können.

3. Kernreaktorbrennstab nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Körper (9) mit dem Behältermaterial gasdicht verbunden ist.

4. Kernreaktorbrennstab nach Anspruch 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial (6) in den Behälter eingepreßt ist.