DE1206533B - Kernreaktor-Brennstoffelement und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Kernreaktor-Brennstoffelement und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. α.:
G21c
Nummer: 1206 533
Aktenzeichen: U 6080 VIII c/21 g
Anmeldetag: 24. März 1959
Auslegetag: 9. Dezember 1965
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kernreaktor-Brennstoffelement mit mehreren zylindersymmetrischen
Spaltstoffkörpern (Pellets), die in einem aus korrosionsbeständigem Material bestehenden Umhüllungsrohr
in Form einer sich fast über die ganze Länge des Umhüllungsrohres erstreckenden Spaltstoffsäule
angeordnet und eingeschlossen sind, wobei das Schutzrohr durch mit der Rohrwandung fest
verbundene Abstandsscheiben und Endscheiben in mehrere Abteile unterteilt ist, in denen die in den
einzelnen Abteilen befindlichen Spaltstoffkörper mit einem solchen axialen und radialen Spiel angeordnet
sind, daß den Spaltstoffkörpern sowohl eine maximale betriebsbedingte Längsausdehnung in den Abteilen
als auch eine Längsverschiebung möglich ist.
Die in den gegenwärtigen oder in Bau befindlichen Druckwasserreaktoren und ähnlichen heterogenen
Reaktoren verwendeten Brennstoffstäbe haben häufig eine Länge von etwa 3 m und einen Außendurchmesser
von etwa 7,62 bis 10,16 mm. Wie nachstehend näher beschrieben, weisen diese Brennstoffstäbe ein
langgestrecktes rohrförmiges Gehäuse auf, das aus einem korrosionsbeständigen Material, z. B. Zirkon,
Zirkonlegierung, rostfreier Stahl oder Aluminiumlegierung, hergestellt ist. Die Verwendung einer
Zirkonlegierung ist jedoch zweckmäßig, da diese einen niedrigeren Neutroneneinfangquerschnitt und
günstige Wärmedehnungseigenschaften aufweist.
Solche Umhüllungsrohre oder Schutzrohre werden mit Spaltmaterial, beispielsweise Uranoxyd (UO2),
gefüllt, das in Form von verhältnismäßig kurzen geraden zylindrischen Pellets durch Verdichten des
pulverförmigen Oxyds und nachfolgendes Sintern und Schleifen hergestellt wird. Beim Schleifen der
Pellets wird deren Außendurchmesser so bemessen, daß die Pellets mit verhältnismäßig enger Passung
im Umhüllungsrohr sitzen, derart, daß das diametrale Spiel etwa 0,0762 bis 0,1524 mm beträgt.
Dieses Spiel ist notwendig, damit die Pellets leicht in das Umhüllungsrohr zur Bildung einer Pelletsäule
eingesetzt werden können. Außerdem dehnen sich während des Betriebs des Reaktors die Pellets, da sie
eine höhere Temperatur erhalten als das Umhüllungsrohr, das sich in Kontakt mit dem durch den Reaktor
fließenden Kühlmittel befindet, stärker aus, so daß die erwähnten Spielräume eine Längsbewegung der
Pelletsäule relativ zum Umhüllungsrohr ermöglichen. Der Temperaturunterschied zwischen dem Mittelteil
der Spaltstoffpellets und dem Umhüllungsrohr wird durch das vorerwähnte Spiel verstärkt. Dieses Spiel
muß jedoch groß genug sein, damit die relative radiale Ausdehnung der Pellets nicht zur Folge hat,
Kernreaktor-Brennstoffelement und Verfahren
zu seiner Herstellung
zu seiner Herstellung
Anmelder:
United States Atomic Energy Commission,
Germantown, Md. (V. St. A.)
Vertreter:
Dr.-Ing. W. Abitz, Patentanwalt,
München 27, Pienzenauer Str. 22
Als Erfinder benannt:
Francis Mason Cain jun., Apollo, Pa. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 24. März 1958 (723 422)
daß sich eines oder mehrere der Pellets im Umhüllungsrohr
klemmen. Ferner kann die Ansammlung von Splittern und Teilchen des Spaltstoffes und
anderer kleiner Teilchen in diesen Spielräumen, die durch den periodischen Betrieb des Reaktors verursacht
wird, schließlich dazu führen, daß eine größere Bewegung der gesamten Pelletsäule durch
eine Verklemmung zwischen einem oder mehreren Pellets und der benachbarten Wandung des Umhüllungsrohres
verhindert wird. Dies kann zur Folge haben, daß das Umhüllungsrohr ausgebeult wird
oder in anderer Weise eine Verformung erfährt, wenn sich die Säule weiterhin in Längsrichtung ausdehnt.
Um eine unterschiedliche Ausdehnung der Spaltstoffpellets in Längsrichtung zu ermöglichen, wurde
bei den bekannten Arten der Brennstoffelemente gewöhnlich an einem Ende derselben ein Hohlraum
vorgesehen. Bei einem Druckwasserreaktor erfordern jedoch die während des Betriebs auftretenden Drücke
die Verwendung eines verhältnismäßig dicken Umhüllungsrohres, um das Einbrechen an dem vorerwähnten
Hohlraum zu verhindern. Bei dem Druckwasser-Leistungsreaktor kann dieser Druck einen
Wert von 176 kg/cm2 während des Betriebs des Reaktors und 264 kg/cm2 bei den in der Inbetriebnahme
vorausgehenden Versuchen erreichen. Wenn die Länge des Hohlraumes den Durchmesser des
Umhüllungsrohres übersteigt, kann im Bereich des Hohlraumes ein Einbrechen erfolgen, wenn das Umhüllungsrohr
nicht so kräftig gemacht wird, daß es
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diesem Druck Widerstand leisten kann. Bei der Her- scheiben mit der Innenwand des als Hüllrohr oder
stellung des Umhüllungsrohres im Ziehverfahren Verbundrohr ausgebildeten Umhüllungsrohres hartmuß
daher die gesamte Rohrwandung dicker ge- verlötet sind. Damit wird sowohl eine Aufteilung des
macht werden, als es an sich zur Abstützung bzw. Spaltstoffes in einzelne Elemente, die einzelnen Ab-Halterung
des Spaltstoffstabes erforderlich wäre. 5 teilen zugeordnet sind, als auch die Möglichkeit er-Durch
die Verwendung von zusätzlichem Um- halten, daß die einzelnen, in den Abteilen angehüllungsmaterial,
das bei Druckwasserreaktoren ordneten Spaltstoffkörper (Spaltstoffpellets) sich sokorrosionsbeständig
sein muß, ergeben sich nicht wohl in axialer als auch in radialer Richtung ausnur
größere Herstellungskosten, sondern auch Nach- dehnen können.
teile hinsichtlich der Neutronenökonomie des Re- io Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Verfahren
aktorsystems. zum Herstellen eines Kernbrennstoffelementes, bei
Wenn jedoch die nicht abgestützte Länge des dem zylindrische oder ringförmige Spaltstoffkörper
Hohlraumes verringert werden kann, nimmt der einzeln oder in Gruppen abwechselnd mit Abstands-Widerstand
gegen das Einbrechen zu und ist es mög- scheiben in ein Hüllrohr oder Verbundrohr eingesetzt
lieh, Spaltstoffstäbe zu verwenden, die eine dünnere 15 werden. Bei einem solchen Kernbrennstoffelement
Umhüllung haben. Durch die Erfindung wird, wie werden gemäß dem Verfahren nach der Erfindung
nachstehend beschrieben, die Verwendung eines die Innenflächen des Hüllrohres oder des Verbunddünneren
Umhüllungsrohres ermöglicht und eine rohres mit einer Hartlotlegierung überzogen und
Verbesserung der Neutronenökonomie des Reaktors nach dem Einsetzen der Spaltstoffkörper und Abaußer
den nachstehend näher dargelegten weiteren 20 Standsscheiben das gesamte Brennstoffelement auf
Vorteilen erzielt und gleichzeitig die Verwendung eine Temperatur erhitzt, die ausreicht, um die Abeiner
geringeren Menge teuren Umhüllungsmaterials Standsscheiben in einem solchen Abstand voneinermöglicht.
ander durch die temperaturbedingte Längsausdeh-
Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zu- nung der Spaltstoffkörper zu verschieben, daß die
gründe liegt, besteht deshalb darin, die Ver- 25 Abteile, die hierdurch zwischen je zwei Abstandsseuchungsgefahr
des Kühlmittelstromes durch ein scheiben erhalten werden, den für den Betrieb des
Kernbrennstoffelement zu verringern, indem der Brennstoffelementes im Reaktor erforderlichen Ausgesamte
Brennstoff in einzelne, in sich geschlossene dehnungsraum umschließen, und daß die Abstands-Abteile
unterteilt wird. scheiben durch die Wärmebehandlung mit den Innen-
Es ist bereits bekannt, diese Unterteilung des 30 flächen des Hüllrohres oder des Verbundrohres in
Brennstoffes in einem Kernreaktor dadurch zu be- dieser Stellung hartverlötet werden,
wirken, daß der Spaltstoff in mehrere durch vonein- An Hand der Figuren wird die Erfindung beispielsander getrennte Schutzhüllen gebildete Behälter auf- weise näher erläutert. Es zeigt
wirken, daß der Spaltstoff in mehrere durch vonein- An Hand der Figuren wird die Erfindung beispielsander getrennte Schutzhüllen gebildete Behälter auf- weise näher erläutert. Es zeigt
geteilt wird. Bei dieser bekannten Anordnung kommt F i g. 1 eine schaubildliche Ansicht einer Ausfüh-
bei einem Bruch einer Schutzhülle infolge der 35 rungsform eines Umhüllungsrohres, das bei dem in
Wärmeausdehnung des Spaltstoffes jeweils der ge- den Fig. 2 und 3 dargestellten Brennstoffelement
samte Inhalt eines von einer Schutzhülle gebildeten verwendbar ist, wobei ein Teil des Rohres für die
Behälters mit dem Kühlmittel in direkte Berührung, Zwecke der Darstellung weggebrochen ist,
was in hohem Maße unerwünscht ist. F i g. 2 eine teilweise auseinandergezogene Dar-
Es wurde bereits ein zur Verwendung in einem 4° stellung einer Ausfuhrungsform eines Brennstoffheterogenen
Kernreaktor geeignetes Brennstoff- elementes nach der Erfindung,
element vorgeschlagen, bei dem mehrere Spaltstoff- Fig. 3 eine Ansicht im Längsschnitt der endpellets hintereinander in einem an beiden Enden ver- gültigen Form des in der F i g. 2 dargestellten Brennschlossenen Umhüllungsrohr angeordnet sind, wobei Stoffelementes,
element vorgeschlagen, bei dem mehrere Spaltstoff- Fig. 3 eine Ansicht im Längsschnitt der endpellets hintereinander in einem an beiden Enden ver- gültigen Form des in der F i g. 2 dargestellten Brennschlossenen Umhüllungsrohr angeordnet sind, wobei Stoffelementes,
jeweils benachbarte Spaltstoffpellets einen Abstand 45 Fig. 4 eine schaubildliche Ansicht eines Umvoneinander
besitzen und zur Fixierung dieser An- hüllungsrohres, das zur Verwendung bei einer andeordnung
das Umhüllungsrohr zur festen Anlage an ren in den F i g. 5 und 6 dargestellten Ausführungsdie
Spaltstoffpellets gestreckt ist. Bei einer bevor- form eines Brennstoffelementes geeignet ist, wobei
zugten Ausführungsform dieses vorgeschlagenen ein Teil des Umhüllungsrohres für die Zwecke der
Brennstoffelementes sind die Abteile durch Ab- 5° Darstellung weggebrochen ist,
Standscheiben voneinander getrennt, und das Um- Fig. 5 eine teilweise auseinandergezogene Darhüllungsrohr liegt sowohl an diesen Abstandsschei- stellung einer anderen Ausführungsform eines Brennben als auch an den Spaltstoffpellets an. Durch das Stoffelementes nach der Erfindung,
Recken oder Strecken wird dabei ein formschlüssiger F i g. 6 eine Ansicht im Längsschnitt der end-Kontakt mit den Abstandsscheiben und den Spalt- 55 gültigen Form des in der F i g. 5 gezeigten Brennstoffstoffpellets bewirkt. Die Erfindung bezweckt eine elementes.
Standscheiben voneinander getrennt, und das Um- Fig. 5 eine teilweise auseinandergezogene Darhüllungsrohr liegt sowohl an diesen Abstandsschei- stellung einer anderen Ausführungsform eines Brennben als auch an den Spaltstoffpellets an. Durch das Stoffelementes nach der Erfindung,
Recken oder Strecken wird dabei ein formschlüssiger F i g. 6 eine Ansicht im Längsschnitt der end-Kontakt mit den Abstandsscheiben und den Spalt- 55 gültigen Form des in der F i g. 5 gezeigten Brennstoffstoffpellets bewirkt. Die Erfindung bezweckt eine elementes.
Lösung der obengenannten Aufgabe bei einem Brenn- Die in F i g. 1 bis 3 beispielsweise dargestellte
Stoffelement, bei dem der Spaltstoff in einzelne Ab- Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeteile
aufgeteilt ist, wobei kein formschlüssiger Kon- ten Brennstoffelementes weist ein Umhüllungsrohr 20
takt des Spaltstoffes mit den Innenflächen der Hülle 60 und eine Vielzahl von Spaltstoffpellets 22 auf, welche
erforderlich ist; dabei soll die angestrebte Lösung die wesentlichen Bestandteile des allgemein mit 24
sowohl für zylindrische Hüllrohre als auch für hohl- bezeichneten Brennstoffelementes bildet. Die Spaltzylindrische Hüllrohre oder Verbundrohre geeignet Stoffpellets 22 werden in das Umhüllungsrohr 20,
sein, die zentral vom Kühlmittelstrom durchströmt wie in der F i g. 3 gezeigt ist, eingesetzt und nach dem
werden können und in denen die Spaltstoffkörper 65 Einsetzen durch zwei Endstopfen 26 und 28 herdie
Form von Ringen haben. metisch abgedichtet, die mit den Enden des Um-
Die Lösung besteht darin, daß bei einem Kern- hüllungsrohres 20 durch ringförmige Schweißnähte
brennstoffelement nach der Erfindung die Abstands- 30 dichtend verbunden werden. Jeder der Endstopfen
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26 und 28 weist einen eingezogenen Teil 32 auf, so 52 bzw. 54 zwischen jedem Spaltstoffpellet 48 und
daß nach dem Einsetzen des Stopfens in das offene dem Umhüllungsrohr 44 bzw. 46 verhanden ist.
Ende des Umhüllungsrohres 20 das Brennstoff- Beim Zusammenbau des in den F i g. 4 bis 6 dar-
element 24 eine glatte Außenfläche besitzt. gestellten Brennstoffelementes werden zwischen die
Innerhalb des Umhüllungsrohres 20 sind die 5 Umhüllungsrohre 44 und 46 eine Vielzahl von ring-
Spaltstoffpellets 22 durch Abstandsscheiben 34 in ge- förmigen Abstandsscheiben 56 eingesetzt, um die
sonderte Gruppen unterteilt. Die Abstandsscheiben Spaltstoffpelletsäule in gesonderte Gruppen zu unter-
34 werden in das Umhüllungsrohr 20 zusammen teilen. Die Abstandsscheiben 56 werden an ihrem
mit den Spaltstoffpellets 22 eingesetzt, so daß sie das Außen- und Innenumfang mit dem Umhüllungsrohr
Spaltstoffelement 24 in eine Vielzahl einzelner Ab- io 44 bzw. 46 verbunden und vorzugsweise abgedichtet,
teile 36 unterteilen. Die Abstandsscheiben 34 werden wie nachstehend beschrieben, um das Brennstoff-
mit der Innenwandung des Umhüllungsrohres 20 in element 42 in eine Vielzahl von Abteilen 58 zu unter-
der nachstehend beschriebenen Weise hermetisch teilen. Nachdem dies geschehen ist, werden die Enden
dichtend verbunden, um jedes der Abteile 36 her- der Umhüllungsrohre 44 und 46 durch zwei End-
metisch abzudichten. Wenn in der Wandung des 15 stopfen 60 und 62 hermetisch abgedichtet, die durch
Umhüllungsrohres 20 ein Bruch eintritt, kann daher eine Schweißnaht 64 bzw. 66 mit den jeweiligen
nur der Inhalt desjenigen Abteils 36, an welchem Enden der Umhüllungsrohre 44 und 46 dichtend
der Bruch stattgefunden hat, in das Reaktorkühl- verschweißt werden. Nach dem vollständigen Zu-
mittelsystem austreten. sammenbau ist in jedem der abgedichteten Abteile 58
Wenn das Brennstoffelement 24 gemäß der Lehre ao ein ringförmiger Ausdehnungsraum 68 vorhanden,
der Erfindung zusammengebaut wird, wird ein Raum Bei der Herstellung des Brennstoffelementes 24 38 für die unterschiedliche Wärmedehnung in jedem (F i g. 3) oder 42 (F i g. 6) werden die Innenflächen Abteil bei Raumtemperatur vorgesehen, so daß sich des Umhüllungsrohres 20 bzw. 40 und die Außendie Spaltstoffpellets 22 relativ zum Umhüllungsrohr fläche des Umhüllungsrohres 46 mit einem Überzug 20 ausdehnen können. Da jedoch die Länge der 25 69 aus Metall oder einer Nickel-Eisen-Chrom-Räume 38 in der Längsrichtung des Umhüllungs- Legierung, beispielsweise nach einem an sich berohres geringer ist als ihr Durchmesser, findet ein kannten chemischen Plattierungsverfahren, versehen. Einbrechen der Rohrwandung benachbart den Räu- Nach einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung men 38 während der vorerwähnten Reaktorbetriebs- der Brennstoffelemente 24 und 42 werden das Umbedingungen nicht statt. Es kann daher bei der An- 30 hüllungsrohr 20 oder die Umhüllungsrohre 44 und 46 Ordnung nach der Erfindung ein dünnwandigeres aus der vorerwähnten Zirkonlegierung hergestellt, Umhüllungsrohr 20 verwendet werden, als wenn der während die Abstandsscheiben 34 oder 56 aus rost-Gesamtausdehnungsraum an einem Ende des Brenn- freiem Stahl von der Type 304 (AISI) hergestellt werstoffelementes, wie bei den bekannten Element- den. Sodann werden die Pellets 22 und die Abstandsanordnungen, vorgesehen wäre. 35 scheiben 34 in das Umhüllungsrohr 20 eingesetzt,
der Erfindung zusammengebaut wird, wird ein Raum Bei der Herstellung des Brennstoffelementes 24 38 für die unterschiedliche Wärmedehnung in jedem (F i g. 3) oder 42 (F i g. 6) werden die Innenflächen Abteil bei Raumtemperatur vorgesehen, so daß sich des Umhüllungsrohres 20 bzw. 40 und die Außendie Spaltstoffpellets 22 relativ zum Umhüllungsrohr fläche des Umhüllungsrohres 46 mit einem Überzug 20 ausdehnen können. Da jedoch die Länge der 25 69 aus Metall oder einer Nickel-Eisen-Chrom-Räume 38 in der Längsrichtung des Umhüllungs- Legierung, beispielsweise nach einem an sich berohres geringer ist als ihr Durchmesser, findet ein kannten chemischen Plattierungsverfahren, versehen. Einbrechen der Rohrwandung benachbart den Räu- Nach einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung men 38 während der vorerwähnten Reaktorbetriebs- der Brennstoffelemente 24 und 42 werden das Umbedingungen nicht statt. Es kann daher bei der An- 30 hüllungsrohr 20 oder die Umhüllungsrohre 44 und 46 Ordnung nach der Erfindung ein dünnwandigeres aus der vorerwähnten Zirkonlegierung hergestellt, Umhüllungsrohr 20 verwendet werden, als wenn der während die Abstandsscheiben 34 oder 56 aus rost-Gesamtausdehnungsraum an einem Ende des Brenn- freiem Stahl von der Type 304 (AISI) hergestellt werstoffelementes, wie bei den bekannten Element- den. Sodann werden die Pellets 22 und die Abstandsanordnungen, vorgesehen wäre. 35 scheiben 34 in das Umhüllungsrohr 20 eingesetzt,
Zwischen den einzelnen Spaltstoffpellets 22 und derart, daß ein Raum etwa 2,5 cm (nicht dargestellt)
der gegenüberliegenden Innenwandung des Um- an dem einen Ende des Umhüllungsrohres 20 bleibt;
hüllungsrohres 20 wird ein Spielraum 40 vorgesehen, dieser Raum reicht für die Ausdehnung der bei dieum
eine Bewegung der Spaltstoffpelletsäule in jedem ser Ausführungsform verwendeten UO2-Pellets bei
Abteil 36 zu ermöglichen. Da jedoch das Brennstoff- 40 der Hartlöttemperatur von Nickel oder der vorelement
24 in Abteile unterteilt ist, verursacht eine erwähnten Nickellegierung oder bei etwa 1010° C
Klemmwirkung zwischen einem der Spaltstoffpellets aus. Bei der Herstellung des Brennstoffelementes 42
22 jedes Abteils 36 und der Innenwandung des Um- werden die ringförmigen Pellets 48 und die Abhüllungsrohres
keine Verwindung des Umhüllungs- Standsscheiben 56 zwischen den Umhüllungsrohren
rohres 20, da die Fläche der Klemmstelle keiner 45 44 und 46 so angeordnet, daß ein nicht gezeigter
größeren Ausdehnungsbewegung der gesamten Spalt- Ringraum von etwa 2,5 cm an einem Ende bleibt,
stoffpelletsäule ausgesetzt werden kann. Vor der Nach dem Einsetzen der Spaltstoffkörper 22 bzw. Abdichtung der Enden des Umhüllungsrohres 20 mit 48 werden die Endstopfen 26 und 28 bzw. 60 und 62 den Endstopfen 26 und 28 und vor der dichtenden mit dem Umhüllungsrohr 20 bzw. 44 und 46 in der Verbindung der Abstandsscheiben 34 mit dem Um- 50 vorangehend beschriebenen Weise dichtend verhüllungsrohr 20 wird das Brennstoffelement 24 mit bunden. Anschließend wird das Brennstoffelement einem wärmeübertragenden Gas, beispielsweise mit 24 bzw. 42 in einem Ofen auf eine Temperatur von Helium, gefüllt, um die Wärmeübertragung durch etwa 1010° C während eines Zeitraumes von 30 bis den Raum 40 des Brennstoffelementes 24 zu er- 60 Minuten erhitzt. Um eine Oxydation der Umleichtem. 55 hüllungsrohre zu verhindern, wird das Brennstoff-
stoffpelletsäule ausgesetzt werden kann. Vor der Nach dem Einsetzen der Spaltstoffkörper 22 bzw. Abdichtung der Enden des Umhüllungsrohres 20 mit 48 werden die Endstopfen 26 und 28 bzw. 60 und 62 den Endstopfen 26 und 28 und vor der dichtenden mit dem Umhüllungsrohr 20 bzw. 44 und 46 in der Verbindung der Abstandsscheiben 34 mit dem Um- 50 vorangehend beschriebenen Weise dichtend verhüllungsrohr 20 wird das Brennstoffelement 24 mit bunden. Anschließend wird das Brennstoffelement einem wärmeübertragenden Gas, beispielsweise mit 24 bzw. 42 in einem Ofen auf eine Temperatur von Helium, gefüllt, um die Wärmeübertragung durch etwa 1010° C während eines Zeitraumes von 30 bis den Raum 40 des Brennstoffelementes 24 zu er- 60 Minuten erhitzt. Um eine Oxydation der Umleichtem. 55 hüllungsrohre zu verhindern, wird das Brennstoff-
Das in den F i g. 4 bis 6 dargestellte Brennstoff- element im Ofen in einem Vakuum oder in einem
element ist mit Mitteln zur Vergrößerung seiner inerten Gas, wie Helium oder Stickstoff, gehalten.
Wärmeübertragungsfläche versehen. Das allgemein Bei der vorerwähnten Temperatur dehnen sich die mit 42 bezeichnete Brennstoffelement hat einen ring- UO2-Pellets 22 bzw. 48 in Längsrichtung des Brennförmigen Querschnitt. Für diesen Zweck sind ein 60 Stoffelementes 24 bzw. 42 aus, wodurch die Trennäußeres Umhüllungsrohr 44 und ein inneres Um- wände, d. h. die Abstandsscheiben 34 bzw. 56 aus hüllungsrohr 46 gleichachsig zueinander angeordnet, rostfreiem Stahl selbsttätig festgestellt werden, so daß wobei in den von den beiden Umhüllungsrohren ein- die Ausdehnungsräume 38 bzw. 68 in jedem Abteil geschlossenen Raum eine Vielzahl von ringförmigen nach dem Abkühlen des Brennstoffelementes 24 bzw. Spaltstoffpellets 48 eingesetzt sind. Die radiale Dicke 65 42 auf Raumtemperatur entstehen. Die Ausdehnung der ringförmigen Pellets 48 ist geringfügig kleiner als der Uranoxydpellets 22 bzw. 48 bei der Hartlötdie des Ringraumes 50 zwischen den gleichachsigen temperatur von 1010° C reicht aus, die Trennwände Umhüllungsrohren 54 und 55, so daß ein Spielraum 34 bzw. 56 aus rostfreiem Stahl so festzustellen, daß
Wärmeübertragungsfläche versehen. Das allgemein Bei der vorerwähnten Temperatur dehnen sich die mit 42 bezeichnete Brennstoffelement hat einen ring- UO2-Pellets 22 bzw. 48 in Längsrichtung des Brennförmigen Querschnitt. Für diesen Zweck sind ein 60 Stoffelementes 24 bzw. 42 aus, wodurch die Trennäußeres Umhüllungsrohr 44 und ein inneres Um- wände, d. h. die Abstandsscheiben 34 bzw. 56 aus hüllungsrohr 46 gleichachsig zueinander angeordnet, rostfreiem Stahl selbsttätig festgestellt werden, so daß wobei in den von den beiden Umhüllungsrohren ein- die Ausdehnungsräume 38 bzw. 68 in jedem Abteil geschlossenen Raum eine Vielzahl von ringförmigen nach dem Abkühlen des Brennstoffelementes 24 bzw. Spaltstoffpellets 48 eingesetzt sind. Die radiale Dicke 65 42 auf Raumtemperatur entstehen. Die Ausdehnung der ringförmigen Pellets 48 ist geringfügig kleiner als der Uranoxydpellets 22 bzw. 48 bei der Hartlötdie des Ringraumes 50 zwischen den gleichachsigen temperatur von 1010° C reicht aus, die Trennwände Umhüllungsrohren 54 und 55, so daß ein Spielraum 34 bzw. 56 aus rostfreiem Stahl so festzustellen, daß
ausreichende Ausdehnungsräume 38 bzw. 68 entstehen, um die unterschiedliche Wärmedehnung der
Pellets 22 bzw. 48 bei den Reaktorbetriebstemperaturen zu ermöglichen.
Außerdem werden durch die stärkere Wärmedehnung der Trennwände 34 bzw. 56 aus rostfreiem
Stahl in ihrer radialen Richtung im Vergleich zu den Rohren 20 bzw. 44 und 46 aus Zinnlegierung die
Trennwände 34 bzw. 56 in innige Berührung mit den gegenüberliegenden Flächen der Umhüllungsrohre
gedrückt. Bei dieser Temperatur befindet sich natürlich das Hartlötmaterial aus Nickel oder einer Nickellegierung,
mit dem die Umhüllungsrohre überzogen worden sind, in schmelzflüssigem Zustand, so daß es
mit dem rostfreien Stahl an den Kanten der Trennwände 34 und 56 eine eutektische Legierung bildet.
Wenn sich die Brennstoffelemente 24 und 42 abkühlen, erstarrt die eutektische Legierung, bevor eine
innige Berührung zwischen den Trennwänden 34 und 56 aus rostfreiem Stahl und den jeweiligen Umhüllungsrohren
20, 44 und 46 herbeigeführt werden konnte. Die Trennwände 34 und 56 werden daher
mit den gegenüberliegenden Flächen des Umhüllungsrohres 20, 44 bzw. 46 hartverlötet, um hierdurch
die Abteile 36 bzw. 58 voneinander hermetisch abzudichten.
Claims (2)
1. Kernreaktor-Brennstoffelement mit mehreren zylindersymmetrischen Spaltstoffkörpern
(Pellets), die in einem aus korrosionsbeständigem Material bestehenden Umhüllungsrohr in Form
einer sich fast über die ganze Länge des Umhüllungsrohres erstreckenden Spaltstoffsäule angeordnet
und eingeschlossen sind, wobei das Schutzrohr durch mit der Rohrwandung fest verbundene
Abstandsscheiben und Endscheiben in mehrere Abteile unterteilt ist, in denen die in den einzelnen
Abteilen befindlichen Spaltstoffkörper mit einem solchen axialen und radialen Spiel angeordnet
sind, daß den Spaltstoffkörpern sowohl eine maximale betriebsbedingte Längsausdehnung
in den Abteilen als auch eine Längsverschiebung möglich ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abstandsscheiben (34, 56) mit der Innenwand des als Hüllrohr (20) oder als Verbundrohr
(44, 46) ausgebildeten Umhüllungsrohres hartverlötet sind.
2. Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffelementes nach Anspruch 1, bei dem zylindrische
oder ringförmige Spaltstoffkörper einzeln oder in. Gruppen abwechselnd mit Abstandsscheiben in
das Hüllrohr oder das Verbundrohr eingeschoben werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenflächen
des Hüllrohres (20) oder des Verbundrohres (44, 46) mit einer Hartlotlegierung überzogen
werden, daß nach dem Einsetzen der Spaltstoffkörper und Abstandsscheiben das gesamte
Brennstoffelement auf eine Temperatur erhitzt wird, die ausreicht, um die Abstandsscheiben in
einem solchen Abstand voneinander durch die temperaturbedingte Längsausdehnung der Spaltstoffkörper
zu verschieben, daß die Abteile, die hierdurch zwischen jeweils zwei Abstandsscheiben
erhalten werden, den für den Betrieb des Brennstoffelementes im Reaktor erforderlichen Ausdehnungsraum
umschließen, und daß die Abstandsscheiben durch die "Wärmebehandlung mit
den Innenflächen des Hüllrohres oder des Verbundrohres in dieser Stellung hartverlötet werden.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1011536,1026012,
026 450;
britische Patentschriften Nr. 778 881, 790 334;
USA.-Patentschriften Nr. 2798 848, 2 825 689;
»Der große Brockhaus«, 16. Auflage, 1955, Bd. 7, S. 327;
»The Journal of the British Nuclear Energy Conference«, Januar 1958, S. 15 bis 40.
In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsche Patente Nr. 1068 821, 1114261.
Deutsche Patente Nr. 1068 821, 1114261.
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