DE2032030C3

DE2032030C3 - Fuel rod for a sodium-cooled reactor

Info

Publication number: DE2032030C3
Application number: DE2032030A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. 6051 Dudenhofen Ernst
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1970-06-29
Filing date: 1970-06-29
Publication date: 1979-10-31
Also published as: DE2032030A1; FR2096796A1; DE2032030B2; FR2096796B1; GB1334456A

Description

Die Erfindung betrifft einen Brennelementstab mit Natrium-Bindung für einen natriumgekühlten Reaktor, mit einer Stabhiille, die Kernbrennstofftabletten enthält und die am kopfseitigen Stabende eine öffnung aufweistThe invention relates to a fuel rod with sodium bond for a sodium-cooled reactor, with a stick sheath containing nuclear fuel pellets and an opening at the head end of the stick having

Ein derartiger Brennelementstab ist aus der GB-PS 10 39 941 bekannt Derartige Brennelementstäbe weisen bei natriumgekühlten Reaktoren besondere Vorteile auf, da sie einerseits eine einfache Lösung des Schwellproblems des Brennstoffes und andererseits hohe Stableistungen ermöglichen.Such a fuel rod is known from GB-PS 10 39 941. Such fuel rods have sodium-cooled reactors have particular advantages, as they are, on the one hand, a simple solution to the Swell problems of the fuel and, on the other hand, enable high rod outputs.

Bei dem bekannten Brennelementstab ist ein freier Natriumspiegel der Bindung vorhanden in Verbindung mit einem großen Gasplenum. Die öffnung am Kopfende des Stabes ermöglicht einen Druckausgleich zum umgebenden Natriumkühlmittel, so daß das Stabinnere unter einem gewissen Unterdruck steht da der Kühlmitteldruck am Kernaustritt geringer ist als am Kerneintritt Der innere Unterdruck bewirkt zwar, daß Natrium der Bindung bei Undichtigkeiten auf keinen Fall aus dem Stab verloren geht jedoch ist bei diesem Brennelementstab durch den erniedrigten Innendruck eine niedrige Siedetemperatur des Natriums der Bindung bedingt so daß ein unbehinderter Verlust der Natriumbindung bei Überschreiten der Siedetemperatur auftrittIn the known fuel rod, a free sodium level of the bond is present in connection with a large gas plenum. The opening at the head end of the rod enables pressure equalization to the surrounding sodium coolant, so that the inside of the rod is under a certain negative pressure the coolant pressure at the core outlet is lower than at the core inlet In the event of leaks, sodium of the bond is by no means lost from the rod, however, this is the case The fuel rod has a low boiling temperature of the sodium due to the reduced internal pressure Binding causes an unhindered loss of sodium binding when the boiling temperature is exceeded occurs

Aus der BE-PS 7 17 568 ist auch bereits ein Brennelementstab für einen natriumgekühlten Reaktor, bekannt mit einer Stabhülle, welche Kernbrennstofftabletten enthält wobei am kopfseitigen Stabende sowie am Stabfuß jeweils eine öffnjng vorgesehen ist durch die ein Druckausgleich zwischen dem Stabinneren und dem Kühlmittel hergestellt wird und wobei am kopfseitigen Ende des Brennstabes vor der Öffnung ein gasdurchlässiger Drosselkörper eingesetzt ist, der für flüssiges Natrium einen sehr hohen, für Gase einen sehr niedrigen Strömungswiderstand darstellt. Bei diesem Brennelement ist der Zwischenraum zwischen Hülle und Brennstofftabletten nicht mit Natrium ausgefüllt, d. h. es liegt kein Natriumbindung vor. Außerdem kann bei diesem Brennelementstab bei lokalen Kühlstörungen ein Sieden der Natrium-Bindung vor einem Sieden des Kühlmittels auftreten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Brennelementstab der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein Verlust des Bindungs-Natriums zuverlässig verhindert wird und daß bei lokalen Kühlungsstörungen ein Sieden der Natrium-Bindung vor einem Sieden des Kühlmittels unterdrückt wird.BE-PS 7 17 568 also already discloses a fuel rod for a sodium-cooled reactor, with a rod casing containing nuclear fuel tablets, an opening being provided at the head end of the rod and at the base of the rod, through which a pressure equalization is established between the rod interior and the coolant and wherein at the head end of the fuel rod in front of the opening a gas-permeable throttle body is inserted, which represents a very high flow resistance for liquid sodium and a very low flow resistance for gases. In this fuel element, the space between the shell and the fuel pellets is not filled with sodium, ie there is no sodium bond. In addition, in the case of local cooling disturbances in this fuel assembly, the sodium bond can boil before the coolant boils.
The invention is based on the object of designing a fuel assembly rod of the type mentioned at the outset in such a way that loss of the sodium binding agent is reliably prevented and that, in the event of local cooling disturbances, boiling of the sodium bond before the coolant boils is suppressed.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die den Anspruch 1 kennzeichnenden Merkmale gelöstThis object is achieved according to the invention by the features characterizing claim 1

Bei dem erfindungsgemäßen Brennelementstab wird somit der gewünschte innere Überdruck durch Druckausgleich des Stabinneren mit dem Kühlmittel amIn the case of the fuel assembly rod according to the invention, the desired internal overpressure is thus achieved by pressure equalization the inside of the rod with the coolant on

Rod foot reached The achievable overpressure at the

primär gefährdeten Stellen ist überproportional zur jeweiligen Stableistung und kann bei Vollast einigePrimarily endangered places is disproportionate to the respective staff performance and can be some at full load

Atmospheres. The throttle body, which is at the top of the rod

eingesetzt ist sorgt dafür, daß die Gase relativ ungehindert den Bindungsraum verlassen können, während er das Abströmen des Natriums nach oben hin weitgehend unterbindetis used ensures that the gases can leave the binding space relatively unhindered, while it largely prevents the sodium from flowing upwards

The connection of the

2ϊ Natrium-Bindung zum Kühlmittel am Stabfuß kontrolliert so daß in Verbindung mit dem Drosselkörper bei einer starken Volumzunahme im Stabinneren durch Natriumsieden und thermische Dehnungen sich sofort ein Druck aufbaut der das Natriumsieden wiederum unterdrückt Diese Siedekontrolle ist umso wirksamer, je weniger Gas im aktiven Stabteil vorhanden ist Ein eignes Gaspolster entfällt aber, da die Spaltgase mit dem Kerndruckabfall als treibende Kraft viel leichter durch das Filter gepreßt werden als das flüssige Natrium. 2ϊ Sodium binding to the coolant at the rod base is controlled so that, in connection with the throttle body, if there is a strong increase in volume inside the rod due to sodium boiling and thermal expansion, a pressure builds up immediately, which in turn suppresses the sodium boiling.This boiling control is all the more effective, the less gas is present in the active rod part There is no separate gas cushion, however, since the fission gases with the core pressure drop as the driving force are pressed through the filter much more easily than the liquid sodium.

Der erfindungsgemäße Brennelementstab weist folgende Vorteile auf:The fuel assembly rod according to the invention has the following advantages:

Bei Undichtigkeiten wird die Natrium-Bindung vom Elementfuß her ständig vom Kühlmittel her erneuertIn the event of leaks, the sodium bond from the element base is constantly renewed by the coolant

Die Natrium-Bindung kann wegen Fehlens eines Gasplenums und wegen des hohen Abströmwiderstandes nur sehr langsam durch Sieden verlorengehen, so daß die Kerninstrumentierung mit größerer Wahrscheinlichkeit rechtzeitig eingreifen kann, da dieThe sodium bond can occur because of the lack of a gas plenum and because of the high flow resistance only very slowly lost to boiling, so core instrumentation is more likely can intervene in good time, as the

t5 Schadensausbreitung langsam vor sich geht bzw. bei Kühlungsstörungen das Kühlmittel evtl. früher zum Sieden kommtt5 spread of damage is slow or slow Cooling malfunctions the coolant may boil earlier

Auch ist bei dem erfindungsgemäßen Brennelementstab eine blasenfreie Natriumfüllung von unten in denIn the case of the fuel assembly rod according to the invention, a bubble-free sodium filling is also inserted from below into the

so fertigen, trockenen, mit Brennstoff gefüllten Stab leichter möglich, als das bisherige bekannte Einfüllen von oben. Zum anderen dürfte die zwar geringe, aber doch vorhandene, durch den Abfluß von Natrium aus dem Drosselkörper verursachte Natriumströmung im Spalt von unten nach oben dazu helfen, Blasen nach oben zu transportieren und ein Festsetzen von größeren Blasen im Spalt zu erschweren.so finished, dry, fuel-filled stick easier than the previously known filling from above. On the other hand, it is likely to be small, but but existing, caused by the outflow of sodium from the throttle body, sodium flow in the Gap from bottom to top to help transport bubbles upwards and prevent larger ones from sticking To complicate bubbles in the gap.

Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist das Rückschlagventil am Brennelementfuß mit einem Überdruckventil versehen, um den thermischen Dehnungen des Natriums vom kalten bis zum heißen Betriebszustand Rechnung zu tragen, falls das über den Drosselkörper in geringen Mengen abströmende Natrium nicht schnell genug einen unzulässigen innerenIn an advantageous embodiment of the invention, the check valve is on the fuel assembly base with a Pressure relief valve is provided to relieve the thermal expansions of the sodium from cold to hot The operating state must be taken into account if small quantities of the flow are discharged through the throttle body Sodium doesn’t create an impermissible internal fast enough

^far' Überdruck abbauen kann. ^far 'can relieve excess pressure.

\nhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher erläutert. Das Brennelement besieht aus der Hülle 1, in demThe invention is explained in more detail using an exemplary embodiment shown in the drawing. The fuel assembly seen from the shell 1, in which

der Brennstoff in Form von Pellets 2 eingebracht ist Im Spaltraum 3 zwischen Hülle und Brennstoff befindet sich Natrium für die Natrium-Bindung. Der Brennelementstab weist eine obere öffnung 4 und ehe unter öffnung 5 auf, die nach der Fertigung, d. h, nach dem FülleE des Brennelementstabes mit Natrium durch eine geeignete Dichtung vorläufig bis zum Einsatz im Reaktor verschlossen sind. Zwischen dem Brennstoff und der oberen öffnung befindet sich ein Drosseikörper 6, der für Gase leicht, für Natrium dagegen schwer durchdringbar ist An dem Drosselkörper schließt sich eine Tauchglocke 7 an.the fuel is introduced in the form of pellets 2 Im Gap 3 between shell and fuel is sodium for the sodium bond. The fuel rod has an upper opening 4 and before opening 5, which after production, i. h, after Use a suitable seal to temporarily fill the fuel assembly rod with sodium until it is ready for use in the Reactor are closed. A throttle body is located between the fuel and the upper opening 6, which is easy for gases to penetrate, but difficult for sodium to penetrate. It closes on the throttle body a diving bell 7 on.

Im Stabfuß ist ein Rückschlagventil 8 vorgesehen, das gewährleistet, daß im Normalfall nur Natrium von außen nach innen in den Stab eintreten kann. Das Rückschlagventil enthält weiterhin ein kugelförmiges federbelastetes Oberdruckventil 9, das bei einem zu hohen Innendruck im Stab in Funktion tritt und Natrium aus dem Stab heraustreten läßtA check valve 8 is provided in the rod foot ensures that normally only sodium can enter the rod from the outside in. That Check valve also contains a spherical spring-loaded pressure relief valve 9, which at a high internal pressure in the rod comes into operation and sodium can escape from the rod

1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Fuel element rod with sodium bond for a sodium-cooled reactor, with a rod cover, which contains nuclear fuel pellets and which has an opening at the head end of the rod, characterized in that, in a manner known per se, there is also an opening on the rod foot is provided, through which a pressure equalization between the rod interior and the coolant on Rod foot is produced that in a likewise known manner at the head end of the fuel assembly rod in front of the opening (4) a gas-permeable throttle body (6) is inserted, which for liquid Sodium is very high, for gases very high represents low flow resistance and that a check valve (8) in the foot-side opening is arranged

2. Fuel element rod according to claim 1, characterized in that the check valve (8) with a pressure relief valve (9) is provided

3. Fuel element rod according to claim 1 or 2, characterized in that above the throttle body (6) a diving bell (7) is attached