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Das Institut für Reaktorbauelemente (Leitung: Dipl-Ing. Ritz) befaßt sich vornehmlich mit der Frage, inwieweit die zur Diskussion stehenden Typen von Brutreaktoren den an sie gestellten Forderungen durch Entwicklung geeigneter Bauelemente gerecht werden können. Im Vordergrund des Interesses stehen das mechanische sowie thermo- und hydrodynamische Verhalten der Brennelemente bei hoher Belastung sowie das Betriebsverhalten und die Sicherheit von Kreisläufen und Ihrer Komponenten. 7 Institut für Reaktorbauelemente (IRB) Im Dezember 7970 waren am Institut 24 Akademiker, 76 Ingenieure und 67 sonstige Mitarbeiter beschdftlgt. 7/69/1 Untersuchung zur Dampfkühlung, vornehmlich zur Entwicklung von Brennelementen 7/69/77 Entwicklung und experimentelle Untersuchungen an Brennelementen Der für dampfgekühlte Brutreaktoren charakteristische Stababstand (ca. 1 mm) fordert für den Bündelverband wendeiförmige Abstandshalter. Als solche wurden betrachtet: - ein auf den Brennstab gewickelter Draht, - 3 und 6 Wendelrippen als integraler Bestandteil der Hüllrohre. Im Jahre 1970 wurden Arbeiten zum Wärmeübergang und Druckverlust in 19-5tabbündeln mit 3 Wendelrippen pro Stab durchgeführt, wobei die Steigerung der Wendelrippen variiert wurde. Es zeigte sich, daß eine Verminderung der Rippensteigung von h =450 mm auf h = 300 mm nur eine geringe Zunahme des mittleren Wärmeüberganges und des Druckverlustes bewirkt. - Zur Untersuchung des lokalen Wärmeüberganges in Brennstabbündeln wurden die axialen und azimutalen Temperaturverteilungen an den Hüllrohren eines 19-5tabbündels mit 3 Wendelrippen gemessen. Es wurde theoretisch untersucht, wieviel Druckabfall im Core gewonnen werden kann, wenn durch konstruktive Maßnahmen hohe Strömungsgeschwindigkeiten und damit hohe Wärmeübergangszahlen nur im Bereich hoher Hüllrohrtemperaturen am Bündelende erzeugt werden. Mit Strömungskanälen, deren Querschnitt gleichmäßig vom Eintritt zum Austritt hin kleiner wird, kann gegenüber einer Anordnung mit gleichbleibenden Kanälen bei vorgegebenen Werten von maximaler Hüllrohrtemperatur, Gasaustrittstemperatur und Stableistung der Druckabfall um etwa 10 %vermindert werden. Es wurden überlegungen zur Nachwärmeabfuhr aus Reaktorkernen angestellt. Zur Vorbereitung von Flutversuchen an einem elektrisch beheizten Brennelement wurde die Erprobung der dafür vorgesehenen Heizstäbe fortgesetzt. Ein Verfahren zum Anbringen von Wendelrippen auf instrumentierten Heizstäben wurde erarbeitet. Im Rahmen der Teststrecken-Instrumentierung wurde ein Wasserspiegeldetektor für hohen Druck entwickelt und als Prototyp erprobt. 7/69/72 Fortgeschrittene Brennstabentwicklung Brennstäbe mit Innenrippen bzw. -nocken Eine Möglichkeit zur Erhöhung der Stableistung unter Beibehaltung des erprobten Uranoxides als Brennstoff stellt die Anordnung von Rippen oder Nocken in der äußeren Zone des Brennstoffquerschnittes dar. In diesem Bereich des größten Temperaturgradienten wird durch die Innenrippengeometrie ein wesentlicher Teil des Wärmetransportes in radialer Richtung übernommen. Im Rahmen der Brennstabentwicklung wurde zunächst die Herstellung der Innenrippengeometrie durch elektrochemisches Abtragen (Elysiersenken) untersucht. Die Weiterentwicklung dieses Elysierverfahrens bezog sich vor allem auf die Erzielung einer hohen Vorschubgeschwindigkeit, Maßhaltigkeit und Oberflächengüte der Bohrungen. Mit der Laboranlage wurde bislang ein maximaler Vorschub von 30 mm/min bei der Herstellung von Profilbohrungen in langen Rohren erzielt. - Außerdem wurde das Einbringen des Brennstoffes in Brennstäbe mit Innenprofilen untersucht. Durch Einvibrieren abgerundeter U0 2 -Partikel zweier sehr unterschiedlicher Durchmesserbereiche wurde eine Brennstoffdichte von 79 %der theoretischen Dichte erzielt. Hierbei gelangte die sogenannte Infiltrationsmethode zur Anwendung, wobei zunächst die Partikel mit der Maximalgröße in das Hüllrohr eingebracht wurden. Die dabei entstehenden sodann beim Vibrieren mit den Kornfraktionen kleinerer Abmessungen gefüllt. 109
Dichte des einvibrierten Brennstoffes 79 % d.th.D. Korngrößenverteilung der abgerundeten U0 2 -Partikel Abb.l: 74% 26 % 0,63 - 0,72 mm
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