Die Erfindung betrifft eine Brennstoffanordnung für einen flüssigmetallgekühlten Brutreaktor, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Brennstoffanordnung ist durch die DE-OS 15 64 994 bekannt und weist ein Brennstoffelement auf, das in einen Sitz im Tragaufbau eines Brutreaktors dichtend eingesteckt ist.

Das Brennstoffelement weist einen rohrförmigen, ein Brennstabbündel umgebendenen Mantel auf, dessen Unterseite durch eine Hülse verlängert ist, die ihrerseits zum Einstecken des Brennstoffelements in den Sitz eingerichtet ist.

An der Unterseite des Mantels des bekannten Brennstoffelements ist eine Kegelfläche ausgebildet, die mit einer Gegenfläche an der Oberseite eines Rohrstutzens in dichtendem Eingriff steht, der seinerseits fest im Tragaufbau verankert ist.

Im Inneren dieses Rohrstutzens ist auf einem Biegestab auslenkbar eine außermittige Paß-Zylinderfläche angeordnet, in welche die Hülse des Brennstoffelements einführbar ist; ein weiterer Biegestab zwischen Mantel und Hülse ermöglicht den Eingriff der Hülse in die außermittige Paßfläche.

Die so geschaffene Anordnung dient zur seitlichen Anstellung des Brennstoffelements, ist aber auch imstande, Verbiegungen des Brennstoffelements aufzunehmen, die während des Betriebes auftreten, und zu gestatten, daß auch das verbogene Brennstoffelement noch ohne weiteres aus seinem Sitz herausgezogen werden kann.

Die Verbiegung oder Schwenkbewegung des Brennstoffelements kann jedoch nur so lange aufgenommen werden, wie diese nicht die Abdichtung zwischen Mantel und Tragaufbau beeinträchtigt oder zur gegenseitigen Verklemmung dieser Elemente führt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte Brennstoffanordnung dahingehend weiterzubilden, daß sie auch eine über das normale Maß hinausgehende, seitliche Schwenkbewegung oder Verbiegung des Mantels des Brennstoffelements aufnehmen kann. Hierbei sollen überhöhte Spannungen vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Hierbei wird zunächst auf die federnde Anordnung der Paßfläche für die Hülse verzichtet. Stattdessen ist der Sitz von zwei ortsfesten, mit Axialabstand angeordneten Aufnahmen gebildet, so daß die Hülse starr und ortsfest im Tragaufbau aufgenommen ist.

Um die genannte Schwenkbewegung aufzunehmen, ist die Hülse bis zum Mantel hin soweit verlängert, daß zwischen diesen Elementen ein Ringspalt gebildet ist, der oberhalb der genannten beiden Aufnahmen liegt. In diesem Ringspalt sind elastische Spaltringe zur Abdichtung angeordnet, die imstande sind, dichtend die Radialverschiebung zwischen Hülse und Mantel innerhalb des genannten Ringspaltes unter Gewährleistung der erforderlichen Abdichtung zuzulassen. Der Biegestab schließlich ist erfindungsgemäß so weitergebildet, daß er auch den Ausgleich erhöhter Verbiegung des Brennstoffelements zuläßt.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Brennstoffanordnung ist es daher möglich, daß das Brennstoffelement jeder Art von Schwankung in der Form des Reaktorkerns folgen kann, die der Voraussicht nach während des Betriebs sowohl unter normalen wie unter erweiterten Parametern stattfindet, ohne daß hierdurch überhöhte Spannungen auftreten.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dem Anspruch 2 entnehmbar.

Der Gegenstand der Erfindung wird anhand der beigefügten, schematischen Zeichnung beispielsweise noch näher erläutert. In dieser zeigt:

Fig. 1 einen zweiteiligen Schnitt durch ein Brennstoffelement, wobei jeweils die rechten Seiten der Figuren quer zu Flachseiten des sechseckigen Mantels verlaufen, während die linken Seiten quer zu dessen Ecken verlaufen, und

Fig. 2 eine Einzelheit der Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.

Das in Fig. 1a und 1b senkrecht gezeigte Brennstoffelement weist einen Brennstoffabschnitt 1, einen oberen Endabschnitt 2 und einen unteren Endabschnitt 3 auf.

Der Brennstoffabschnitt 1 weist ein Bündel von im Abstand voneinander befindlichen Brennstäben 4 auf, die von einem röhrenförmigen Mantel 5 mit sechseckigem Querschnitt umschlossen sind. Die Brennstäbe (von denen nur einer gezeigt ist) werden unten von einem Gitter 6 getragen und werden seitlich durch Zellengitter 7, die in bestimmten Intervallen im Abstand voneinander entlang des Bündels angeordnet sind, gestützt. Der Mantel 5 ist an jedem Ende zur Anpassung an den oberen und unteren Endabschnitt 2 bzw. 3 verlängert.

Der obere Endabschnitt 2 weist ein dickwandiges Rohr 8 aus Stahl auf, das in der oberen Verlängerung des Mantels gehalten wird; es bildet einen Durchflußkanal für das Kühlmittel. Das Rohr 8 bildet zusammen mit entsprechenden Rohren 8 von anderen Brennstoffelementen einen oberen Neutronenschild für einen Kernreaktor. Das Rohr 8 trägt ein Endanpassungsstück 9, das als Ausgangsöffnung für das Kühlmittel dient. Es hat innere Nasen 10 zum Eingriff für Einrichtungen zum Anheben des Brennstoffelements. Vorsprünge 11a, von denen jeder auf einer Seite eines unteren sechseckigen Bereichs des Endanpassungsstücks angeordnet ist, und Vorsprünge 11b auf dem Mantel wirken mit entsprechenden Vorsprüngen auf benachbarten Brennstoffelementen dahin, die Brennstoffelemente in gegenseitigem Abstand zu halten.

Der untere Endabschnitt 3 ist mit dem Mantel 5 durch Zugschrauben 12 verbunden und weist eine durchflußdrosselnde Einrichtung 13, ein Filterteil 14 und eine Hülsenanordnung 15 auf. Die durchflußdrosselnde Einrichtung 13 weist eine Reihe von Drahtgitterplatten 16 auf, die zwischen mit Öffnungen bzw. Schlitzen versehenen Platten 17 angeordnet sind, und ist in einem zylindrischen Rohr 18 enthalten. Das Rohr 18 hat eine innere Schulter 19 an seinem oberen Ende, gegen die die Anordnung aus Drahtgitterplatten 16 und mit Schlitzen versehenen Platten 17 durch eine innere Hülse 20 geklemmt wird, die über ein Schraubgewinde 21 in Eingriff mit dem Rohr 18 steht. Das Filterteil 14 weist ein Drahtgitter 22 auf, das an der Außenseite eines mit Öffnungen versehenen Stützteils 23 von insgesamt konischer Form getragen ist. Der Konus hat an seiner Basis ein offenes Ende, das gegen die durchflußdrosselnde Einrichtung innerhalb des Rohres gerichtet ist. Das Stützteil 23 hat einen Flansch 24, der eng an die Wand der Hülse 20 eingepaßt ist, und ist daran durch sich radial erstreckende Schrauben 25 befestigt.

In Fig. 2 ist dargestellt, daß der Mantel 5 an der Stelle 26 an einem unteren Endflansch 27, der die Hülse 20 trägt, angeschweißt ist. Ein Tragbefestigungsring 28 von sechseckiger Außenform ist durch die Zugschrauben 12 am Flansch 27 befestigt.

Der Tragbefestigungsring 28 hat eine Schulter 29, die innerhalb einer Bohrung 30 ausgebildet ist, und die Arme 31 einer Spinne bzw. eines Tragkreuzes 32, die das obere Ende eines Ständerstabes 33 bilden, sind in Auflage an der Schulter durch Schweißung befestigt. In der Zeichnung ist das Tragkreuz dreiarmig, es können aber nötigenfalls mehr Arme vorgesehen sein. Der Querschnitt des Stabes 33 vermindert sich über einen kleineren Bereich seiner Länge nach unten und erhöht sich dann über einen größeren Bereich seiner Länge nach unten, wie gezeigt. Der Stab endet an seinem unteren Ende in einem Abschnitt 34 mit größerem Durchmesser, der an dem geschlossenen Ende 35 einer mit geschlossenem Ende versehenen Befestigungshülse 36 durch eine Zugschraube 37 befestigt ist. Ein Stift 38 ist vorgesehen, um eine relative Drehung zu verhindern. Der Kopf 39 der Zugschraube 37 ist im geschlossenen Ende 35 der Hülse 36 versenkt, und das Senkloch ist durch einen Propfen 40 verschlossen. Der Stab 33 stellt ein Verbindungsglied zwischen dem Mantel und der Hülsenanordnung dar, und die spezielle Form des Stabes 33 ist so gewählt, daß er ein gewünschtes Maß an Biegsamkeit besitzt.

Das obere Ende der Befestigungshülse 36 ist innerhalb des sich nach unten erstreckenden unteren Endes des Ringes 28 mit einem ringförmigen Zwischenraum untergebracht, und ein Paar elastischer Dichtungs-Spaltringe 41, die in Nuten 42 in der Hülse 36 getragen sind, greifen an der entsprechenden Oberfläche des unteren Endes des Ringes 28 an.

Das Brennstoffelement ist freitragend so angebracht, daß es sich senkrecht erstreckt und durch Eingriff der Befestigungshülse 36 in Aufnahmen bildende koaxiale Öffnungen 43 und 44 in einer oberen Platte 45 bzw. einer unteren Platte 46 eine Brennstoffanordnung des Reaktorkerns bildet, wobei die Aufnahmen 43, 44 mit gegenseitigem Vertikalabstand angeordnet sind und die Platten 45, 46 ein Teil des Tragaufbaus sind, der den Kern des Reaktors trägt. Die äußere Oberfläche der Befestigungshülse 36 ist an den Stellen 47 und 48 zylindrisch ausgebildet, um Flächen zum Eingriff in die Aufnahmen 43 und 44 zu bilden, wobei die untere zylindrische Oberfläche von geringerem Durchmesser ist, um eine Justierung des Brennstoffelements in einer korrekten axialen Lage zu gewährleisten, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist.

Der Stab 33 weist ein solches Maß an Biegsamkeit auf, daß das Brennstoffelement ein gewisses Maß an seitlicher Schwenkbewegung aus der Vertikalen um die untere Platte 46 zeigen kann. Die Befestigungshülse 36 wird starr gehalten, wohingegen der Ring 28, das Paßstück 27 und der Mantel 5 mit seinen Inhalten zu einer seitlichen Bewegung, wie sie durch die Biegsamkeit des Stabes 33 gegeben ist, fähig sind. Die Ringe 41 erlauben dabei eine Relativbewegung zwischen der Hülse 36 und dem Ring 28 und halten dabei eine Dichtungsfunktion aufrecht, die es nur einer kontrollierten Leckmenge flüssigen Natriums erlaubt, vorbeizugelangen. Der Fluß des flüssigen Natriums, der dazu dient, Wärme von den Brennstäben abzuführen, findet von Einlaß-Speicherraum 49, der durch den Raum zwischen den Platten 45 und 46 gebildet wird, durch die Einlaßkanäle 50 in der Befestigungshülse 36 statt und fließt an den Armen des Tragkreuzes 33 vorbei nach oben in die Hülse 20 und durch den Filter 14, um dann über die darüber befindlichen, nicht gezeigten Brennstäbe zu fließen, bevor das Kühlmittel das Brennstoffelement verläßt und sich mit den Durchflußmengen ähnlicher Brennstoffelemente vereint.