DE9414259U1

DE9414259U1 - Kernreaktorbrennelement

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Publication number: DE9414259U1
Application number: DE9414259U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1994-09-02
Filing date: 1994-09-02
Publication date: 1994-11-17
Anticipated expiration: 2004-09-03

Description

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Beschreibung
Kernreaktorbrennelement

Die Neuerung betrifft ein Kernreaktorbrennelement mit einem Brennelementkopf und einem Brennelementfuß und einem Führungsrohr, das an seinem Oberende am Brennelementkopf und an seinem Unterende am Brennelementfuß festgeschraubt ist, sowie mit Brennstäben, die zwischen Brennelementkopf und Brennelementfuß angeordnet sind und Kernbrennstoff enthalten.

In einem Leichtwasser-Kernreaktor ist es zur Verlängerung der Standzeit erforderlich, den Kernbrennstoff {UO2, UC^/PuC^, ThC>2) mit spaltbaren Isotopen anzureichern. Zur Verringerung einer anfänglichen Oberschußreaktivität und zum Abbau von Leistungsspitzen eines Kernreaktors, in dem dieses Kernreaktorbrennelement angeordnet ist, ist es aus neutronenphysikalischer Sicht notwendigt, einen abbrennbaren Neutronenabsorber vorzusehen. Zu solchen abbrennbaren Neutronenabsorbern gehören Bor, Gadolinium, Samarium, Europium, Erbium und andere Seltene Erden sowie deren Verbindungen mit anderen chemischen Elementen sowie Kombinationen aus diesen Stoffen. Bei langen Zykluszeiten des Kernreaktorbrennelements bis zu dessen Auswechseln in Leichtwasserkernreaktoren hat sich Bor als 5 Neutronenabsorber wegen seines weitgehenden Ausbrands als besonders günstig erwiesen.

Das Einbringen von Bor in einem Kernbrennstoffkörper aus UO2, UO2/PUO2 oder ThC>2 ist mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden, insbesondere dann, wenn Bor oder eine borhaltige chemische Verbindung zu dem Brennstoffpulver hinzugemischt wird, das zur Preßkörpern gepreßt und anschließend gesintert wird. Während dieses Sinterns bildet sich eine leicht flüchtige Borverbindung, die nicht im Kernbrennstoff gehalten werden 5 kann, sondern fast vollständig insbesondere in einer reduzierend wirkenden oder inerten Sintergasatmosphäre ausgetrieben wird.

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Auch Zumischen von Gadolinium als abbrennbarer Neutronenabsorber in Form von GCI2O3 in UO2-Pulver, das anschließend gepreßt und gesintert wird, ist bekannt.. Gadolinium ist während des Sinterns weitgehend nicht flüchtig. 5

Für Arbeiten mit offenliegenden, nicht bestrahlten abbrennbaren Absorbern ist ein gesonderter räumlicher Bereich in den Fertigungsstätten notwendig, in dem das Einbringen oder Zumischen dieses abbrennbaren Absorbers zu offenem, unbestrahlten Kernbrennstoff wie UO2 durchgeführt wird. Dieser Bereich ist wegen Strahlenschutzmaßnahmen nur einem zugelassenen Personenkreis geöffnet und bedarf eines kostspieligen betrieblichen Abluftsystems und umfangreicher Zutrittskontrollen.

Der Neuerung liegt daher die Aufgabe zugrunde, beim Herstellen eines Kernreaktorbrennelements Arbeiten zu vermeiden, die eine Ausstattung von offenem, unbestrahlten Kernbrennstoff mit offenen abbrennbaren Absorberstoff erfordern.

Zur Lösung dieser Aufgabe hat ein Kernreaktorbrennelement der eingangs erwähnten Art neuerungsgemäß die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Schutzanspruchs 1.

Die Neuerung geht von dem Gedanken aus, daß der Neutronenab-5 sorber wie Bor oder Gadolinium oder eine chemische Verbindung mindestens einer dieser beiden Stoffe in das Hüllrohr eingebracht werden kann, ohne daß dies in einem besonderen Kontrollbereich geschehen muß, da hierbei ja kein offener Kernbrennstoff zugegen sein braucht. Außerdem verhindert das an beiden Enden abgeschlossene Hüllrohr jegliches Wegdampfen des Neutronenabsorbers, insbesondere von Bor.

Die Neuerung und ihre Vorteile seien anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbespiel näher erläutert: 35

Die Zeichnung zeigt stark schematisiert in Seitenansicht ein Kernreaktorbrennelement für einen Druckwasserkernreaktor.

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Dieses Kernreaktorbrennelement weist einen Brennelementkopf und einen Brennelementfuß 3 auf. Ferner sind zwei Führungsrohre 4 erkennbar, in die ein Steuerstab eingeführt wird, wenn das Kernreaktorbrennelement in einem Druckwasserkernreaktor an einer ganz bestimmten Stelle angeordnet ist. Jedes der Führungsrohre 4 ist mit einem Ende am Brennelementkopf 2 und mit dem anderen Ende am Brennelement fuß 3 festgeschraubt. Ferner ist jedes der beiden Führungsrohre 4 durch jeweils eine Masche von gitterförmigen Abstandhaltern 5 geführt, die mit Abstand voneinander zwischen Brennelementkopf 2 und Brennelement fuß 3 angeordnet sind. Die; Führungsrohre sind zumindest am oberen Ende, das am Brennelementkopf 2 festgeschraubt ist, offen, so daß gegebenenfalls ein Neutronen absorbierender Steuerstab in diese Führungsrohre 4 eingeschoben werden kann. Die gitterförmigen Abstandhalter sind formschlüssig außen an den Führungsrohren 4 gehaltert, z.B. festgeschweißt.

Mehrere mit Kernbrennstoff wie UO2 gefüllte Brennstäbe, von 0 denen nur ein einziger Brennstab 6 in der Zeichnung dargestellt ist, sind parallel zueinander und parallel zu den Führungsrohren 4 zwischen Brennelementkopf 2 und Brennelementfuß 3 angeordnet. Jeder Brennstab 6 ist jeweils durch eine Masche der gitterförmigen Abstandhalter 5 geführt und in diesen Masehen unter Einwirkung von Blattfedern des Abstandhalters kraftschlüssig gehaltert. Jeder Brennstab 6 hat Abstand sowohl vom Brennelementkopf als auch vom Brennelementfuß 3, so daß sich die Länge dieser Brennstäbe 6 ungeändert Temperaturänderungen anpaßen kann.

Die Oberenden von zwei Hüllrohren 7 sind an einem Verbindungsteil 8 festgeschraubt. Jedes Hüllrohr 7 besteht aus einer Zirkoniumlegierung oder rostfreiem Stahl und ist an beiden Enden gasdicht verschlossen. Jedes Hüllrohr 7 ist in eines der beiden Führungsrohre 4 eingesetzt und reicht dort bis faßt an das Unterende, welches am Brennelementfuß 3 festgeschraubt ist. In jedem Hüllrohr 7 befindet sich Bor in Form

von Borsäure oder Bortrioxid. Günstig ist es, wenn 15g Bor in jedem Hüllrohr 7 enthalten sind.

Das in den Hüllrohren 7 befindliche Bor wirkt in einem Druckwasserkernreaktor, in dem das Kernreaktorbrennelement entsprechend der Zeichnung eingesetzt ist, als abbrennbarer Neutronenabsorber .

Claims

S4 G 3 4 9 6 Schut zansprüche

1. Kernreaktorbrennelement mit einem Brennelementkopf (2) und einem Brennelementfuß (3) und einem Führungsrohr (4), das an seinem Oberende am Brennelementkopf (2) und an seinem Unterende am Brennelementfuß (3) festgeschraubt ist, sowie mit Brennstäben (6), die zwischen Brennelementkopf (2) und Brennelementfuß (3) angeordnet sind und Kernbrennstoff enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Führungsrohr (4) ein Hüllrohr (7) befindet, in dem ein abbrennbarer Neutronenabsorber, vorzugsweise Bor und/oder eine borhaltige chemische Verbindung eingeschlossen ist.

2. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der abbrennbare Neutronenabsorber im Hüllrohr (7) Gadolinium und/oder eine chemische Gadoliniumverbindung ist.