DE1220532B - Process for the manufacture of a nuclear reactor fuel element - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.:Int. Cl .:

G21cG21c

Deutschem.: 21g-21/20German: 21g-21/20

Nummer: 1220532Number: 1220532

Aktenzeichen: P 23108 VIII c/21 gFile number: P 23108 VIII c / 21 g

Anmeldetag: 8. Juli 1959 Filing date: July 8, 1959

Auslegetag: 7. Juli 1966Opening day: July 7, 1966

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Kernreaktor-Brennstoffelementes, wonach ein auf seiner Oberfläche mit Ausnehmungen versehener fester Brennstoffkörper in einen Behälter eingeschlossen und die Behälterwandung in diese Ausnehmungen dann eingedrückt wird.The invention relates to a method for producing a nuclear reactor fuel element, after which a solid body of fuel recessed on its surface is placed in a container enclosed and the container wall is then pressed into these recesses.

Kernreaktor-Brennstoffelemente bestehen üblicherweise aus einem Brennstoffkörper in Stabform und einem diesen aufnehmenden verhältnismäßig dünnwandigen Metallbehälter. Zu beiden Enden der Einheit Brennstoffkörper—Behälter sind Einrichtungen vorgesehen, die ein Verbinden mehrerer Brennstoffelemente übereinander und das Laden und Entladen eines Brennstoffkanäles im Reaktor gestatten. Bei derartigen Brennstoffelementen wird angestrebt, daß der Behälter möglichst dicht am Brennstoffkörper anliegt, um einen guten Wärmeübergang zu erreichen. Bei diesen Brennstoffelementen dehnt sich während des Betriebs das Material des Behälters stärker aus als das des Brennstoffkörpers. Dabei führt die stärkere Ausdehnung des Behälterwerkstoffes dazu, daß die Behälteroberfläche eine tonnenartige Form annimmt, wodurch der innige Kontakt zwischen ^Behälter und Brennstoffkörper stellenweise verlorengeht, was wiederum eine unerwünscht große Temperaturdifferenz zwischen Brennstoffkörper und Behälter zur Folge häti ;Nuclear reactor fuel elements typically consist of a rod-shaped fuel body and a relatively thin-walled metal container accommodating this. At both ends of the unit Fuel body containers — devices are provided that allow a plurality of fuel elements to be connected one above the other and allow the loading and unloading of a fuel channel in the reactor. at Such fuel elements are aimed at that the container as close as possible to the fuel body in order to achieve good heat transfer. These fuel elements expand During operation, the material of the container is stronger than that of the fuel body. Included the greater expansion of the container material leads to the container surface becoming barrel-like Takes shape, whereby the intimate contact between ^ container and fuel body in places is lost, which in turn creates an undesirably large temperature difference between the fuel body and Container result häti;

Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurden bereits zahlreiche Vorschläge gemacht, deren größte Gruppe davon ausgeht, daß man in den Brennstoff Ausriehmungen in Form von Nuten einarbeitet, in die man zum Zweck der Verankerung das Behältermaterial hineindrückt. Die Wirksamkeit einer derartigen Verankerung hängt von der Gestaltung der Nuten ab, in die das Material beispielsweise gemäß einem bekannten Vorschlag in einer Druckkammer unter der Einwirkung eines Druckmittels bleibend hineingepreßt wird. Da bei diesem Verfahren eine plastische Verformung des Behältermaterials erzielt wird, können Rillen oder Nuten mit annähernd senkrecht zur Oberfläche des Brennstoffkörpers verlaufenden Wänden keine wirksame Verankerung bewirken, wenn sich das Behältermaterial unter Betriebsbedingungen erwärmt und ausdehnt. Auch in diesem Fall tritt, da sich das Behältermaterial in Achsrichtung wegen der Anwesenheit weiterer Brennstoffelemente nicht ausdehnen kann, der oben angedeutete Effekt auf, wobei das in die Nuten hineingedrückte Material am Herausgleiten oder Herausschnappen nicht gehindert werden kann.In order to avoid this disadvantage, numerous proposals have already been made, the largest group of which assumes that one works in the fuel grooves in the form of grooves into which one for the purpose of anchoring, press in the container material. The effectiveness of such anchoring depends on the design of the grooves in which the material, for example according to a known Proposal pressed into a pressure chamber under the action of a pressure medium will. Since a plastic deformation of the container material is achieved in this process, can Grooves or grooves with walls approximately perpendicular to the surface of the fuel body do not produce effective anchoring when the container material is under operating conditions warms and expands. Also in this case occurs because the container material in the axial direction because of the Presence of further fuel elements can not expand the effect indicated above, whereby the material pressed into the grooves is not prevented from sliding out or snapping out can be.

Nuten mit schwalbenschwanzförmigem Querschnitt ergeben eine etwas bessere Verankerung, sind jedoch Verfahren zur Herstellung eines
Kernreaktor-BrennstoffelementesDovetail cross-section grooves provide slightly better anchoring, but are methods of making one
Nuclear reactor fuel element

Anmelder:Applicant:

C. A. Parsons & Company Limited,C. A. Parsons & Company Limited,

Newcastle-upon-Tyne, NorthumberlandNewcastle-upon-Tyne, Northumberland

(Großbritannien)(Great Britain)

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. C. H. Huss, Patentanwalt,Dipl.-Ing. C. H. Huss, patent attorney,

Garmisch-Partenkirchen, Rathausstr. 14Garmisch-Partenkirchen, Rathausstr. 14th

Als Erfinder benannt:
Andrew Thomson Bowden,
Newcastle-upon-Tyne, Northumberland
(Großbritannien)Named as inventor:
Andrew Thomson Bowden,
Newcastle-upon-Tyne, Northumberland
(Great Britain)

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 11. Juli 1958 (22 335),
vom 10. Juni 1959Claimed priority:
Great Britain of July 11, 1958 (22 335),
dated June 10, 1959

sehr schwierig herzustellen, zumal sie in geringen Abständen voneinander vorgesehen werden müssen, um ein Auswölben zwischen aufeinanderfolgenden Nuten zu unterbinden.very difficult to manufacture, especially since they have to be provided at short distances from one another, to prevent bulging between successive grooves.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das Ablösen der Hülle vom BrennstofEkörper mit Sicherheit zu verhindern.The invention is based on the task of removing the casing from the fuel body Prevent security.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird die Behälterwandung in die Ausnehmungen des Brennstoffkörpers während des Aufheizens des Brennstoffelementes im Reaktor durch das über das Brennstoffelement fließende Reaktorkühlmittel eingedrückt. Die Verformung der Behälterwandung erfolgt also in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen (Temperatur und Druck) und zumindest weitgehend im Bereich der elastischen Verformung des Behältermaterials, wobei das Behältermaterial die Ausnehmungen nicht völlig ausfüllen muß, sondern nur in dem Maße in diese eingedrückt wird, wie dies der unterschiedlichen Ausdehnung zwischen Behälter und Brennstoffkörper entspricht.In the method according to the invention, the container wall is inserted into the recesses of the fuel body during the heating of the fuel element in the reactor by the fuel element flowing reactor coolant pressed in. The deformation of the container wall therefore takes place in Depending on the operating conditions (temperature and pressure) and at least largely in the range the elastic deformation of the container material, the container material being the recesses does not have to fill out completely, but is only pressed into this to the extent that this is the case for the different Corresponds to the expansion between the container and the fuel body.

Es ist zwar auch schon ein Brennstoffelement bekanntgeworden, bei dem der Brennstoffkörper mitIt is true that a fuel element has already become known in which the fuel body with

609 588/313609 588/313

Bohrungen versehen ist, die ihn quer durchsetzen und von der Wandung des Behälters überspannt werden. Diese Bohrungen dienen jedoch dazu, den Druck des Fluidums im Inneren des Behälters zu begrenzen und können bei der thermischen Längenänderung des Behälters nicht ausgleichend wirken, da sie in ihrer Querschnittsfläche im Verhältnis zur Oberfläche des Behälters sehr klein gehalten und in großen Abständen voneinander angeordnet sind. Ein Abheben der Behälterwand bei unterschiedlicher Ausdehnung zwischen Brennstoffkörper und Behälter ist daher auch in diesem Falle zu erwarten.Bores is provided, which penetrate it transversely and are spanned by the wall of the container. However, these bores serve to reduce the pressure of the fluid inside the container limit and cannot compensate for the thermal change in length of the container, since they are kept very small in their cross-sectional area in relation to the surface of the container and in large distances from each other. A lifting of the container wall with different Expansion between the fuel body and the container is therefore also to be expected in this case.

An Hand der Zeichnungen wird der Erfindungsvorschlag näher erläutert. Es stellt dar The proposed invention is explained in more detail with reference to the drawings. It shows

Fig. Ϊ einen Vertikalschnitt durch einen Teil eines für das beanspruchte Verfahren geeigneten Brenstoffelementes.-und· ' ··;"■■'Fig. Ϊ a vertical section through part of a suitable for the claimed method Fuel element.-and · '··; "■■'

F i g. 2 einen Horizontalschnitt durch * ein weiteres hierfür geeignetes Brennstoffelement.F i g. 2 a horizontal section through * another fuel element suitable for this.

Das zur Verwendung kommende Brennstoffelement für einen gasgekühlten, graphitmoderierten Kernreaktor kann z. B. aus Kernbrennstoff in Form von Uranoxyd oder Urankarbid, das in' einem Behälter aus rostfreiem Stahl auf genommen ist, bestehen. Das Blechj- aus -dem der Behälter geformt ist, ist etwa 0,25 bis 0,5 mm dick. Unter Betriebsbedingungen im Reaktor ist die Ausdehnung des rostfreien Stahls im Verhältnis zum Brennstoff beträchtlich. Der Behälter aus rostfreiem Stahl wird durch den Druck des Kühlgases, der in einem Reaktor der hier in Frage kommenden Type sich in der Größenordnung von 10 bis 15 kg/cm² bewegt, in die Ausnehmungen eingedrückt, wodurch der Kontakt mit der Oberfläche des Brennstoffes aufrechterhalten und die Ausdehnung des Bleches aufgenommen wird.The coming to use fuel element for a gas-cooled, graphite-moderated nuclear reactor can, for. B. from nuclear fuel in the form of uranium oxide or uranium carbide, which is taken in 'a container made of stainless steel, exist. The sheet metal from which the container is formed is approximately 0.25 to 0.5 mm thick. Under operating conditions in the reactor, the expansion of the stainless steel relative to the fuel is considerable. The stainless steel container is pressed into the recesses by the pressure of the cooling gas, which in a reactor of the type in question is in the range of 10 to 15 kg / cm ² , thereby maintaining contact with the surface of the fuel and the expansion of the sheet is recorded.

Es können auch Metall-Keramik-Mischungen als Kernbrennstoff verwendet werden, da diese im Verhältnis zum Metall des Behälters einen sehr geringen Ausdehnungskoeffizienten haben.Metal-ceramic mixtures can also be used as nuclear fuel, as these are in proportion have a very low coefficient of expansion in relation to the metal of the container.

An Stelle von Umf angsnuten können auch Längsnuten oder eine Serie von in die Oberfläche des Brennstoffs geformte Eindrückungen vorgesehen werden.Instead of circumferential grooves, longitudinal grooves or a series of grooves can be made in the surface of the Fuel molded indentations can be provided.

Das Brennstoffelement nach der Fig. 1 weist einen Brennstoffkörper in Gestalt mehrerer übereinandergestapelter Scheiben 1, die in einer Hülle 2 aus rostfreiem Stahl untergebracht sind, auf. Jede Scheibe weist eine oder mehrere Umf angsnuten 3 auf, die in die Oberfläche eingeformt sind und in die das Blech während des Betriebes durch das Kühlgas hineingedrückt wird, nachdem sich das Blech ausgedehnt hat. Bei dem Brennstoffelement nach der F i g. 2 erstrecken sich die Nuten 4 in der Längsrichtung.The fuel element according to FIG. 1 has a fuel body in the form of several discs 1 stacked one on top of the other, which are accommodated in a casing 2 made of stainless steel. Each disk has one or more circumferential grooves 3 which are formed in the surface and into which the sheet metal is pressed by the cooling gas during operation after the sheet metal has expanded. In the fuel element according to FIG. 2, the grooves 4 extend in the longitudinal direction.

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Herstellung eines Kernreaktor-Brennstoffelementes, wonach ein auf seiner Oberfläche mit Ausnehmungen versehener fester Brennstoffkörper in einen Behälter eingeschlossen und die Behälterwandung in. 'diese Ays-• nehmungen dann eingedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälterwandung in die Ausnehmungen des Brennstoffkörpers während des Aufheizens des Brennstoffelementes im Reaktor durch das über-das Brennstoffelement fließende Reaktorkühlmittel eingedrückt wird.1. Process for the production of a nuclear reactor fuel element, after which a solid body of fuel recessed on its surface is enclosed in a container and the container wall in. 'this Ays- • is then pressed in, characterized in that the container wall into the recesses of the fuel body during the heating of the fuel element is pressed into the reactor by the reactor coolant flowing over the fuel element. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge_r kennzeichnet, daß die Ausnehmungen als' Uran fangsnuten ausgebildet werden.2. The method of claim 1, characterized ge _r denotes that the recesses as a 'uranium fangsnuten be formed. 3. Verfahren nach Anspruch.l, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen als Längsnuten ausgebildet werden.3. The method according to claim l, characterized in that that the recesses are designed as longitudinal grooves. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen durch Eindrückungen hergestellt werden.4. The method according to claim 1, characterized in that the recesses by indentations getting produced. 5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem aus übereinandergestapelten Scheiben bestehenden Brennstoffkörper jede Scheibe mit einer oder mehreren Nuten versehen wird.5. The method according to claim 1 and 2, characterized in that in one of stacked one on top of the other Discs existing fuel body, each disc is provided with one or more grooves. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1032 438;
französische Patentschriften Nr. 1126 414,
1156133;
britische Patentschrift Nr. 768 078.Considered publications:
German Auslegeschrift No. 1032 438;
French patent specification No. 1126 414,
1156133;
British Patent No. 768 078. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings 609 588/313 6.66 © Bundesdruckerei Berlin609 588/313 6.66 © Bundesdruckerei Berlin