DE2551896C2 - Verfahren zum gleichmäßigen Zünden einer langgestreckten Zündmasse, sowie Brennstab zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zum gleichmäßigen Zünden einer langgestreckten Zündmasse, sowie Brennstab zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum gleichmäßigen Zünden einer langgestreckten, in einem Rohr
befindlichen Zündmasse in radialer sowie in axialer Richtung, mittels einer zusätzlichen Zündmasse sowie
mittels eines diese Zündmasse beaufschlagenden, elektrisch beheizten Leiters. Weiterhin betrifft die
Erfindung einen Brennstab zur thermischen Simulation von schmelzenden Kernreaktor-Brennelementen für
hohe spezifische Leistung unter Anwendung dieses Verfahrens, bestehend aus einem Hüllrohr, gefüllt mit
einem Reaktionsgemisch bzw. einer Zündmasse wie z. B. Thermit und einer/1 darin angeordneten elektrischen
Leiter zur Zündung des Gemisches über die gesamte aktive Stablänge, sowie einer zusätzlichen, vom
elektrischen Leiter zuerst gezündeten Zündmasse.
Im Rahmen der Sicherheitsuntersuchungen von Kernreaktoren muß auch der Ablauf von schweren
Störfällen betrachtet werden. Hierzu gehört u.a. das Niederschmelzen von Brennelementen bei Kühlungsverlust oder bei überhöhter Reaktorleistung.
Experimentelle Untersuchungen zu diesem Thema wurden bisher überwiegend in besonderen Kreisläufen
in Versuchsreaktoren durchgeführt Solche Experimente sind durch den hohen technischen Aufwand
kostspielig, zeitraubend und in ihrer Parametervariation eng begrenzt Große Bündel reit z. B. 169 Einzelstäben
kommen wegen des damit verbundenen Aufwandes für solche Experimente nicht in Frage.
Die nukleare Wärmefreisetzung im Reaktor kann mit
ίο gewissen Einschränkungen kurzeitig durch eine chemische
Reaktion simuliert werden. Die Erfindung geht daher von der bekannten Technik der Wärmeerzeugung
durch die Reaktion von Thermit und von einer bekannten Zündvorrichtung aus.
Eine Simulation der thermohydraulischen Bedingungen in einem Kernreaktor-Brennelement setzt voraus,
daß die Wärmeerzeugung, wie dies beim Brennelement der Fall ist in den einzelnen Stäben stattfindet. Das
heißt, das chemische Reagenz muß in Hüllrohren mit den Dimensionen der Brennstäbe zur Zündung gebracht
werden. Diese Zündung muß nahezu gleichzeitig über die volle Länge aller Stäbe erfolgen. Aufgrund des
großen Längen-Durchmesserverhältnisses der Stäbe und der relativ geringen Abbrandgeschwindigkeit der
gängigen Thermite wird diese Bedingung durch einen axialen Abbrand der Thermitmasse in den Stäben nicht
erreicht. Der Abbrand muß radial erfolgen, was eine Linienzündung im Zentrum eines jeden Stabes vorausgesetzt.
Die bisherigen Versuche, dieses Problem zu lösen, gingen davon aus, im Zentrum des Stabes einen
isolierten Widerstandsdraht anzuordnen und diesen durch hohe elektrische Ströme und Spannungen rasch
auf Temperaturen über der Zündtemperatur des Gemisches aufzuheizen. Abgesehen von den hohen
erforderlichen Leistungen gelingt es mit dieser Methode nicht, eine gleichmäßige Zündung über der Länge des
Stabes zu erreichen. Dies hat verschiedene Ursachen wie:
Ungleichmäßiger Wärmeübergang vom Widerstand zur Thermitmasse, Inhomogenitäten in der Isolierschicht,
unterschiedliche örtliche Zündtemperatur der Thermitmasse und anderes mehr.
Es wird daher nur an wenigen Stollen die Zündtemperatur erreicht. Doch tritt eine hohe Wärmeerzeugung
auf und der Widerstandsdraht schmilzt. Der Stromkreis und damit die Wärmeerzeugung wird unterbrochen und
eine Zündung an anderen Stellen tritt nicht mehr ein, weil der Widerstand sich sofort abkühlt.
Ausgehend von den vorstehend gemachten Ausführungen und der bekannten Zündvorrichtung hat nun die
vorliegende Erfindung zur Aufgabe ein Verfahren zur gleichmäßigen Zündung eines solchen Brennstabes
sowie einen zur Durchführung dieses Verfahrens geeigneten Brennstab anzugeben, bei dem eine gleichmäßige
Zündung über die gesamte Länge des Stabes in radialer Richtung erreicht wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art vor,
daß eine ebenfalls langgestreckte, zusätzliche Zündmasse mittels des Leiters unter Wärmeisolierung gegenüber
der zu zündenden Masse auf Zündtemperatur gebracht wird, reagiert, und danach unter Verzögerung durch die
Wärmeisolierung die Hauptreaktionsmasse gezündet wird. ErfindungsgemäB wird zur Durchführung eines
solchen Verfahrens ein Brennstab der eingangs beschriebenen Art angegeben, bei welchem in der
llauptreaktionsmassc koaxial zum Hüllrohr ein Widerstandsrohr als elektrischer Leiter angeordnet ist,
welches seinerseits mit einer Reaktionsmasse, wie z. B.
Thermit gefüllt ist und an seiner Außenseite mit einem wärmeisoUerenden Mantel umgeben ist Dabei ist es
vorteilhaft, daß der wärmeisolierende Mantel aus Keramik, Giasgewebeschlauch, Gas, Luft, Wendeldraht
oder einer Kombination dieser Stoffe besteht
Letztlich schlägt die Erfindung vor, daß wärmeisolierende Mantel sowohl thermisch als auch elektrisch
isolierend ist
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand der Figur näher erläutert:
Die Figar zeigt den schematischen Aufbau eines
Brennstabes, in dem das Verfahren zur gleichmäßigen Zündung verwirklicht wird.
In dem Hüllrohr 1 befindet sich die Hauptreaktionsmasse
2, die hier in Form von Pellets eingefüllt ist. Als Hauptreaktionsmasse dient ein Thermit, bestehend aus
Eisenoxid und Aluminium. Der Durchmesser des Hüllrohres 12 1 ist 10 mm. Im Inneren der Hauptreaktionsmasse
1 ist zentrisch ein elektrisch geheiztes Widerstandsrohr 3 eingesetzt, welchem mit einer
Reaktionsmasse 4, die ebenfalls aus dem gleichen
Thermit besteht, gefüllt ist. Um das Widerstandsrohr 3 ist ein wärmeisolierender Mantel 5 aus Keramik,
Glasfiber, Luft oder anderen Materialien angeordnet, der das Widerstandsrohr 3 von der Hauptreaktionsmasse
2 trennt Die Stromzuführung zu dem Widerstandsrohr folgt über die koaxial eingesetzte Leitung 6.
Das elektrisch beheizte Widerstandsrohr 3 bzw. der innere Zündmechanismus des Brennstabes besteht aus
einem Rohr von 3 mm Durchmesser und 0,2 mm Wandstärke. Dieser Zündmechanismus wird durch die
Stromzufuhr über die Leitung 6 bis über die Zündtemperatur von mehr als 1000° aufgeheizt Durch
den wärmeisoUerenden Mantel 5 wird verhindert, daß die Hauptreaktionsmasse 2 bei der Aufheizung des
Zünders bzw. der zusätzlichen Zündmasse 4 schon die Zündtemperatur erreicht Erst wenn die zusätzliche
Zündmasse 4 gezündet hat und schmelzflüssig geworden ist, erfolgt ein Durchschmelzen des Mantels 5 und
eine Zündung der äußeren Thermitladung bzw. der Hauptreaktionsmasse 2, die sich in engem Kontakt mit
dem Mantel 5 befindet
Der Außendurchmesser des Hüllrohres 1 beträgt etwa 7 mm, die Wandstärke ungefähr 03 mm.
Versuche mit dem erfindungsgemäßen Brennstab haben gezeigt, daß seine Handhabung problemlos ist
und er die Möglichkeit bietet, Brennelemente im Originalmaßstab der Kernreaktor-Brennelemente zu
simulieren. Als besonderer Vorteil der Erfindung zeigte sich, daß eine gleichmäßige Zündung in radialer
Richtung über die Länge des Stabes erreicht werden konnte. Die Abbrandgeschwindigkeit der Thermitmischung
betrug ca. 10 mm/Sekunde, d. h., bei gleichzeitiger Zündung gemäß dem vorgeschlagenen erfindungsgemäßen
Verfahren erfolgt das Abbrennen der ringförmigen Hauptreaktionsmasse von 1,3 mm Stärke
bei dem neuen Brennstab von einem zentral aus liegenden Zündmechanismus her in ca. 0,13 Sekunden.
Durch Vorheizen auf höhere Temperaturen läßt sich die Abbrennzeit der Hauptreaktionsmasse noch weiter
verkürzen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Verfahren zum gleichmäßigen Zünden einer langgestreckten, in einem Rohr befindlichen Reaktionsmasse
in radialer sowie in axialer Richtung, mittels einer zusätzlichen Zündmasse sowie mittels
eines dieses Zündmasse beaufschlagenden, elektrisch beheizten Leiters, dadurch gekennzeichnet,
daß die zusätzliche, ebenfalls langgestreckte Zündmasse mittels des Leiters unter
Wärmeisolierung gegenüber der zu zündenden Masse auf Zündtemperatur gebracht wird, reagiert,
und danach unter Verzögerung durch die Wärmeisolation die Hauptreaktionsmasse gezündet wird.
2. Brennstab zur thermischen Simulation von schmelzenden Kernreaktor-Brennelementen für
hohe spezifische Leistungen unter Anwendung eines Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem
Hüllrohr, gefüllt mit einem Reaktionsgemisch, wie z. B. Thermit und einem darin angeordneten
elektrischen Leiter zur Zündung des Gemisches über die gesamte aktive Stablänge sowie einer zusätzlichen
vom elektrischen Leiter zuerst gezündeten Zündmasse, dadurch gekennzeichnet, daß in der
Hauptreaktionsmasse (2) koaxial zum Hüllrohr (I) ein Widerstandsrohr (3) als elektrischer Leiter
angeordnet ist, welches seinerseits mit einer zusätzlichen Zündmasse (4) wie z. B. Thermit gefüllt
ist und an seiner Außenseite mit einem wärmeisolierenden Mantel (5) umgeben ist.
3. Brennstab nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmeisolierende Mantel (5) aus
Keramik, Glasgewebeschlauch, Gas, Luft, Wendeldraht oder einer Kombination dieser Stoffe besteht.
4. Brennstab nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
wärmeisolierende Mantel (5) sowohl thermisch als auch elektrisch isolierend ist.
5. Brennstab nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an
den Enden des Widerstandsrohres (3) koaxiale Zuführungsleitungen (6) für den Zündstrom eingesetzt
sind.
Priority Applications (3)
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2551896A DE2551896C2 (de) | 1975-11-19 | 1975-11-19 | Verfahren zum gleichmäßigen Zünden einer langgestreckten Zündmasse, sowie Brennstab zur Durchführung des Verfahrens |
Publications (2)
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DE2551896C2 true DE2551896C2 (de) | 1982-01-14 |
Family
ID=5962106
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE2551896A Expired DE2551896C2 (de) | 1975-11-19 | 1975-11-19 | Verfahren zum gleichmäßigen Zünden einer langgestreckten Zündmasse, sowie Brennstab zur Durchführung des Verfahrens |
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CN109676241B (zh) * | 2019-03-04 | 2024-04-05 | 国网河南省电力公司电力科学研究院 | 一种放热焊接用引燃装置 |
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-
1976
- 1976-11-08 GB GB46343/76A patent/GB1567769A/en not_active Expired
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