DE1010660B

DE1010660B - Schutzhuelse fuer Spaltstoffelemente von Kernreaktoren

Info

Publication number: DE1010660B
Application number: DES48398A
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Werner Oldekop
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1956-04-19
Filing date: 1956-04-19
Publication date: 1957-06-19
Also published as: CH347582A

Description

Schutzhülse für Spaltstoffelemente von Kernreaktoren In heterogenen Reaktoren wird der Spaltstoff meist in Form von Stäben oder Blechen, den sogenannten Spaltstoffelementen, in die Moderatursubstanz, z. B. aus Graphit oder D.0, eingebettet. Um eine Korrosion derBrennstoffelementezuvermeiden und damit die bei der Kernspaltung entstehenden, zum Teil hochradioaktiven Spaltprodukte den Reaktor und seine Umgebung nicht zu verseuchen sowie auf Grund der sonstigen bei einem Reaktor gegebenen Verhältnisse und. Anforderungen werden die Spaltstoffelemente mit einer Hülse versehen.
Der Hülsenwerkstoff muß gemäß den vorgenannten Bedingungen im Reaktor folgende Eigenschaften aufweisen 1. Geringer Absorptionsquerschnitt für Neutronen, 2. hohes Bremsvermögen für Kerntrümmer, ferner für a-, ß- und y-Strahlung, 3. geringe Beeinflußbarkeit der mechanischen und chemischen Eigenschaften durch Neutronenbeschuß, 4. möglichst hoherErweichungs- undSchmelzpunkt, 5. Gasdichtigkeit, 6. hinreichende chemische Widerstandsfähigkeit. Als Hülsenwerkstoff wurde bisher vorwiegend Aluminiam, insbesondere Sinteraluminium mit Aluminiumoxydzusätzen, verwendet. Bei Temperaturbeanspruchungen, die wesentlich über 400° C hinausgehen, wurde bisher auch gesintertes Zirkon verwendet. Dieses muß vorher extrem rein dargestellt, vor allem von Hafnium und Stickstoff befreit werden. Weiterhin sind auch Hülsen aus rostfreiem Stahl vorgeschlagen worden. Derartige Schutzhülsen sind verhältnismäßig sehr teuer. Neuerdings wurde ein keramischer Hülsenwerkstoff entwickelt, der Neutronen nur sehr schwach absorbiert und für Temperaturen bis zu etwa 1000° C brauchbar ist. Bei diesem Werkstoff dürfte die Erreichung einer genügenden Gasdichtigkeit Schwierigkeiten bereiten.
Gemäß der Erfindung wird als Hülsenwerkstoff Glas verwendet. Es kommen z. B. Alkali-Silikat- oder .Alkali-Blei-Silikat-Gläser in Frage, die sich für andere Anwendungszwecke zur Herstellung von Glasüberzügen bereits bewährt haben. Die nachfolgende Gegenüberstellung der Eigenschaften des Schutzhülsenwerkstoffes nach der Erfindung und der bisher bekannten Schutzhülsen.werkstoffe zeigt,die günstigen Eigenschaften des ersteren: Absorptionsquerschnitt für thermische Neutronen Er beträgt bei Aluminium 0,22 harn. Bei einem Blei-Silikat-Glas, wie es bereits zur Herstellung von Glasüberzügen auf Kupfer in einer Zusammensetzung von 63 Molprozent Si 021 25 Molprozent Pb O, 10 Molprozent Nag O und 2 Molprozent Al. 03 verwendet wurde, beträgt der mittlere Absorptionsquerschnitt 0,084 barn und liegt somit unterhalb des Absorptionsquerschnittes des Aluminiums.
Bremsvermögen für Kerntrümmer und für a-, ß- und y-Strahlung Die Reichweite von Kerntrümmern und von a- und ß-Teilchen hängt in erster Näherung nur von der Teilchenenergie und von der Dichte des betreffenden Stoffes ab. Gläser und Aluminium haben etwa die gleiche Dichte. Auch die Reichweite von y-Quanten liegt im Energiebereich zwischen 0,1 und 100 meV bei Gläsern der obeügenannten Zusammensetzung in der gleichen Größenordnung wie bei Aluminium.
Der Erweichungswert der meisten Gläser liegt oberhalb 600° C. Sie sind in dieser Hinsicht als Hülsenwerkstoff zumindest dem Aluminium überlegen.
Die mechanischen Eigenschaften kristalliner Festkörper, insbesondere von Metallen, werden durch Neutronenbeschuß ungünstig beeinflußt. Dies beruht darauf, daß die Neutronen Störungen im Kristallgitter verursachen und damit eine Herabsetzung der Festigkeit. Gläser sind dagegen, da sie keine ausgeprägte Gitterstruktur besitzen, gegen Neutronenbeschuß unempfindlicher.
Die chemische Widerstandsfähigkeit der nach der Erfindung als Hülsenwerkstoff zu verwendenden Gläser ist zumindest ebenso groß, wie die der neuerdings vorgeschlagenen keramischen Hülsenwerkstoffe: Hinzu kommt, daß Glasüberzüge absolut gasdicht sind. Die Herstellung der Schutzhülse nach der Erfindung kann in der Weise erfolgen, daß auf das an sich fertige Spaltstoffelement ein Glasüberzug aufgebracht wird. Dieser kann z. B. durch Eintauchen des Spaltstoffelements in eine Glasschmelze gebildet werden. Ein anderes Verfahren besteht darin, daß der Glasüberzug auf elektrophoretischem oder elektrostatischem Wege hergestellt wird. Hierbei wird in an sich bekannter Weise der zu überziehende Gegenstand, in diesem Fall also das Spaltstoffelement, elektrophöretisch oder elektrostatisch mit Glaspulver überzogen und dieses anschließend eingebrannt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Schutzhülse für Spaltstoffelemente von Kernreaktoren, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Glas besteht.
2. Schutzhülse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Alkali-Silikat- oder ein Alkali-Blei-Silikat-Glas verwendet ist.
3. Verfahren zur Herstellung einer Schutzhülse für Spaltstoffelemente von Kernreaktoren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf das an sich fertige Spaltstoffelement zur Bildung der Hülse ein Glasüberzug aufgebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasüberzug durch Eintauchen des Spaltstoffelements in eine Glasschmelze aufgebracht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekonnzeichneet, das ein Glaspulverüberzug auf elektrophoretischem oder elektrostatischem Wege auf das Spaltstofel.ernent aufgebracht und auf diesem eingebrannt wird.