DE2332958C2

DE2332958C2 - Brennstoffelement, bei dem Kernbrennstoff in einer gasdichten Hülle angeordnet ist

Info

Publication number: DE2332958C2
Application number: DE2332958A
Authority: DE
Inventors: Pierre Manosque Boyer; Henri Fontaine Pellissier; Michel Epinay Sur Orge Wacongne
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1972-06-28
Filing date: 1973-06-28
Publication date: 1982-08-19
Also published as: FR2191216B1; GB1411308A; JPS4950391A; JPS5322635B2; FR2191216A1; DE2332958A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffelement, bei dem Kernbrennstoff in einer gasdichten Hülle angeordnet ist und bei dem die Hülle Indikatorgase enthält, die für das betreffende Brennstoffelement charakteristisch sind. Ein derartiges Brennstoffelement ist aus der DE-OS 19 22 592 bekannt.

Die Markierung von Brennstoffelementen mit unterschiedlichen Indikatorgasen ist bekannt. Die in das Innere eines Kernbrennstoffstabs eingeführten Indikatorgase können solange nicht daraus entweichen, wie die den Kernbrennstoff umgebende Hülle dicht geschlossen ist. Das Auftreten der Indikatorgase außerhalb der den Kernbrennstoff umgebenden Hüllen ist daher ein Anzeichen dafür, daß diese Hüllen undicht sind und gegebenenfalls ersetzt werden müssen. Da sich die Indikatorgase voneinander unterscheiden braucht bei einem Hüllenbruch nur noch die Zusammensetzung des freigesetzten Indikatorgases festgestellt zu werden, um zu wissen, in welchem Brennstoffelement bzw. an welcher Stelle im Kernreaktor der Hüllenbruch aufgetreten ist. Dabei wird die Lokalisierungsgenauigkeit um so größer, je größer die Anzahl der verfügbaren Indikatorgase ist. Bei dem aus der DE-OS 19 22 592 bekannten Brennstoffelementen weisen die Indikatorgase verschiedene Isotopen-Mischungen der Gase Helium, Neon und Argon auf. Auch die Verwendung unterschiedlicher Isotopen-Mischungen der Gase Xenon und Krypton ist in diesem Zusammenhang bekannt.

Ein Problem bleibt das Einbringen der Indikatorgase in die den Kernbrennstoff umgebenden Hüllen. Wenn man die Indikatorgase zuvor in eine dichte Kapsel einschließt, die aus einem Material mit niedriger Schmelztemperatur wie beispielsweise Indium besteht, werden die Indikatorgase zwar dann aus diesen Kapseln freigesetzt sobald die Temperatur in dem Kernbrennstoffstab ausreicht um das Material der Kapseln zum Schmelzen zu bringen. Jedoch hat diese Art der Einbringung der Indikatorgase in die Kernbrennstoffs stäbe den Nachteil, daß das die Kapsel bildende Metall, wie Indium, nur eine geringe Fließfestigkeit zeigt und daher die Gefahr besteht daß die Kapsel sich unter der Einwirkung erhöhter Drücke vorzeitig öffnet bevor die umgebende Hülle abgedichtet ist In diesem Falle wies ίο der Kembrennstoffstab nicht die gewünschte Indikator- * gas-Zusammensetzung auf. Außerdem erweist sich das geschmolzene Material der Kapseln, das in den Kernbrennstoff eindringt, als ein für den Betrieb des Atomkernreaktors störendes Element Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Brennstoffelement zu entwickeln, bei dem die Gewähr für das Einbringen der Indikatorgase mit großer Sicherheit gegeben ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß bei einem Brennstoffelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 die Hülle eine gasdichte, die Indikatorgase enthaltende Kapsel einschließt, daß die Kapsel aus einem Material besteht, dessen Schmelzpunkt oberhalb der Betriebstemperatur des Kernbrennstoffs liegt und daß die Kapsel einen Auslaß für die Indikatorgase aufweist, der einen Schmelzverschluß aus einem Material enthält, dessen Schmelzpunkt unterhalb der Betriebstemperatur des Kernbrennstoffs liegt

Durch das erfindungsgemäße Brennstoffelement wird bewirkt daß die aus nichtschmelzbarem Material bestehenden Kapseln, in denen die Indikatorgase eingeschlossen sind, über einen an diesen angebrachten Auslaß, der durch einen Schmelzverschluß verschlossen ist, die Indikatorgase in das Innere der Kernbrennstoffhüllen hinein austreten läßt wenn der Schmelzverschluß der Kapseln bei einer unterhalb der Betriebstemperatur des Kernbrennstoffs liegenden Temperatur zum Schmelzen kommt.

Vorzugsweise wird der Schmelzverschluß wie im Anspruch 4 gekennzeichnet ausgebildet.

Die Kapseln bestehen bevorzugt aus einem Material, z. B. rostfreiem Stahl, wie es auch für die Hüllen des Kernbrennstoffs verwendet wird. Auch die porösen « Membranen für die Kapseln bestehen aus einem hochschmelzenden Material, und sie weisen beispielsweise eine Porosität in der Größenordnung von 20 Mikron auf.

Das für die Ansammlung der sich aus dem Kernbrennstoff entwickelnden Spaltgase bestimmte Kammervolumen wird im übrigen durch die Anwesenheit der Kapsel praktisch nicht verkleinert, da das Kapselvolumen für die Spaltgase ebenfalls zur Verfügung steht.

Für die weitere Erläuterung der Erfindung und ihrer Vorteile wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine im Rahmen der Erfindung verwendbare Kapsel sowie ein mit einer solchen Kapsel ausgestatteter Kernbrennstoffstab dargestellt sind. Dabei zeigt in der Zeichnung

F i g. 1 einen Längsschnitt durch die Kapsel und Fig.2 einen Axialschnitt durch einen mit einer solchen Kapsel ausgerüsteten Kernbrennstoffstab. Die in F i g. 1 dargestellte Kapsel wird aus einem Rohr gezogen, und sie enthält eine Kammer 1, die durch die Wand 3 dieses Rohres und durch einen Schmelzverschluß 2 begrenzt wird. Die Kammer 1 wird je nach der

Art ihres Materials entweder durch eine Schweißnaht 4 oder durch einfaches Zusammenquetschen der Wand 3 verschlossen. Sie findet ihre Fortsetzung in einem Rohrabschnitt 5. der sozusagen einen Schwanz für die Kapsel bildet. Der Schmelzverschluß 2 liegt in einer Einschnürung 6, die durch Zusammendrücken der Rohrwand 3 erhalten werden kann. Ein zwischen der Einschnürung 6 und dem oberen Teil 3' der Rohrwand 3 gelegener Raum 7 wird durch eine poröse Membran 8 aus gesintertem rostfreiem Stahl verschlossen; die Membran 6 ist dabei im Rohrabschnitt 3' durch zwei Sicken 9 und 10 festgelegt

Fig.2 zeigt einen Kernbrennstoffstab 11 einer Bauart, die mit der zuvor beschriebenen Kapsel ausgestattet ist, von der insbesondere die Rohrwand 3, die Einschnürung 6 und der Schwanz 5 erkennbar sind. Von dem Kernbrennstoffstab 11 ist weiterhin dessen erste Brennstofftablette 12 dargestellt, die im Inneren der Hülle 13 des Kernbrennstoffstabs 11 auf einem Stützkoltz 14 abgestützt ist, der seinerseits durch ein zylindrisches Abstandsstück 15 gehalten wird, das auf einer Ringschulter 16 an einem kegelstumpfförmigen Sockel 17 Halt findet Der Schwanz 5 der Kapsel ruht auf dem Scheitel 18 des Sockels 17, der seinerseits am Grunde 19 des Kernbrennstoffstabs 11 sitzt. Damit bildet der von der Hülle 13, dem Stützklotz 14 und dem Grunde 19 des Kernbrennstoffstabs 11 umschlossene Raum eine Sammelkammer 20 für sich im Kernbrennstoff entwickelnde Spa ltgase.

Sobald die Temperatur des Kernbrennstoffstabs U hinreichend angestiegen ist, um den Schmelzverschluß 2 der Kapsel zum Schmelzen zu bringen, werden die im Inneren der Kammer 1 in der Kapsel enthaltenen Indikatorgase frei und treten durch die poröse Membran 8 in die Sammelkammer 20 des Kernbrennstoffstabs aus. Das geschmolzene Material des Schmelzverschlusses 2, das in den Raum 7 eintritt, wird durch die Membran 8 zurückgehalten und kann daher weder mit dem Kernbrennstoff noch mit dem Material der Hülle 13 in Berührung kommen.

Die Kapseln sind so ausgestaltet, daß sie unter konstantem Druck mit einer vorgegebenen Menge an Indikatorgas gefüllt werden können. Beispielsweise köante ihre Herstellung und ihre Füllung nachstehende Phasen umfassen:

Formen der Rohform ausgehend von gezogenen Rohren,

Verschließen eines Endes durch Verschmelzen mit einer Schmelzverbindung aus Zinn oder Blei, Einbringen und Festlegen der porösen Membran, Einführen einer vorgegebenen Menge an Indikatorgas in die Kapsel und

Abschnüren des Schwanzes durch elektrisches Verschweißen eines Endes.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brennstoffelement, bei dem Kernbrennstoff in einer gasdichten Hülle angeordnet ist und bei dem die Hülle Indikatorgase enthält, die für das betreffende Brennstoffelement charakteristisch sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (13) eine gasdichte, die Indikatorgase enthaltende Kapsel einschließt, daß die Kapsel aus einem Material besteht, dessen Schmelzpunkt oberhalb der Betriebstemperatur des Kernbrennstoffs liegt und daß die Kapsel einen Auslaß für die Indikatorgase aufweist, der einen Schmelzverschluß (2) aus einem Material enthält, dessen Schmelzpunkt unterhalb der Betriebstemperatur des Kernbrennstoffs liegt

2. Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Kapsel (3) gleich dem Material der Hülle (13) ist

3. Brennstoffelement nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet daß das Material für den Schmelzverschluß (2) Zinn oder Blei ist,

4. Brennstoffelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß in Ausströmrichtung der Indikatorgase hinter dem Schmelzverschluß (2) eine poröse Membran (8) aufweist, deren Schmelzpunkt oberhalb der Betriebstemperatur des Kernbrennstoffs liegt und die für die Indikaturgase durchlässig ist, jedoch für das geschmolzene Material des Schmelzverschlusses (2) undurchlässig ist.