SE425707B - Sett att innesluta utbrenda kernbrenslestavar i en behallare av koppar - Google Patents

Description

20 25 30 8101778-2 uppfinningen blir hele-låst een hele tillförlitlig. materialen i behållare och lock övergår i detta fall i varandra utan att någon fog, eller något övergångsområde med annan materialsammazxsättning existerar mellan dem. Att såsom i det kända fallet sammanfoga koppardelar med stor vägg-tjocklek genom svetsning är förenat med stora svårigheter och ger en fog med annan struktur än intilliggande material. Fogen kan därför bli, en svag del i den tillslutna behållaren. I ' Uppfinningen" avser närmare bestämt ett sätt att innesluta i en kärnreektor utbrända bränslestavar i en behållare av koppar, varvid bränslestavarna in- bäddas i ett korrosionsbeständigt material i behållaren, känneteclmat därav, att bränslestavarna inbäddas i kopparpulver i behållaren och behållaren täckes med ett lock av koppar samt att behållaren med innehåll och lock innesluten i en tillsluten gastät kapsel eller med locket gastätt sammen- __ fogat med behållaren underkastas en isostatisk pressning vid för bildning av en sammanhängande tät enhet av behållaren, pulvret och locket erforder- ligt tryck och erforderlig temperatur.

Normalt får den gastäta kapseln sitta kvar då. behållaren deponeras för lång- tidsförvarixxg. Denna kapsel kan utföras av tjock plåt och av samma kvalitet som behållaren, -dvs av koppar, vilket lcraftigt minskar sannolikheten för att något sammanhängande materialfel eller defekt i kcpparmaterialet skall kunna uppträda. Den yttre kapseln kex: också. utföras av något annat material, som kan ge ett kompletterande korrosionsslqdd till koppar såsom rostfritt stål eller titan. d Behållaren, lock och kopparpmver framställes med fördel av 'en högren koppar- kvalitet med låg syrehalt, min 99,95 ß Cu (inklusive små mängder Ag), en s k OFHC (Ozcygen Free High Conductivity) typ. Sådan kvalitet förutses ige en god korrosionsbeständighet hos den färdiga produkten.

Partiklarna i kopparpulvret är företrädesvis sfäriske., eller åtminstone till övervägande del sfäriska. Partiklar med sådan formlhar god flytförmåga och ger därigenom hög fyllnadsgrad. Ewllnadsgraden kan förbättras vid användning av kulor med åtminstone två. olika kornstorlekar. Lämplig kornstorlek för en av två. fraktioner är därvid 0,5-1,5 mm och för den andra av frektionerna O,1-0,2 mm. Genom att utsätta behållaren och/eller bränsleelement för lätta slag eller vibrationer kan fyllnadsgradên för det anbringade koppargmlwet ytterligare förbättras. Vidare kan, för-samma syfte, någon vibrerande pack- ningsarxordxxing tillfälligt anbringas på. eller i det ifyllda kopparpulvret. 10 15 20 25 šO 35 w .ef-smånn. . 8101778-2 Den isostatiaka pressningen för bildningen av den sammanhängande täta enhe- ten av behållare, look och pulver utföres lämpligen vid ett tryck av minst 10 MPa och vid en temperatur av 600-BO0°C.

För att snabbt och säkert uppnå en tät och beståkzdig sammanfogning av look till behållare vid den isostatiska pressningen utan att behöva tillgripa höga. temperaturer och långa behandlingstider är det viktigt att fogytorna. före sammanläggningen är befriade från främmande ämnen genom någon lämplig behandling, t ex skrapning, tvättning eller etsning. Sëlrskilt viktigt är ett fogytonxa. befrias från oxidbeläggningar, vilket kan ske genom tvättning med syra eller genom vätgasreduktion av oxidbeläggningen vid. förhöjd tempe- retur.

Genom att ge fogytorzza en vise textur såsom rillor, repor eller präglat mönster, utsätts vid tryckpåläggningen delar av kontaktytorxxa för en kraf- tig plastisk deformering samtidigt som färska och rena metallytor genereras.

Detta gör att fogområdet blir mera reaktionsvilligt, vilket underlättar bildningen av en tät fog mellan lock och behållare vid den isostatiska pressningen. Vidare kan man _d.els genom den nämnda textureringen av fog- ytorzza och dels genom att utforma anliggzningsdelar mellan lock och behållare på. åtminstone en av dessa trappstegsformade, eller genom att tillverka locket med en central, i behållaren med passning inskjutande tapp, förlänga den verkliga fogläxzgden relativt ett plant och slätt lock med en faktor 2-3, vilket ytterligare säkerställer att en semmazmängande tät enhet av lock och behållare erhålles vid den efterföljande heta isostatiska pressnizngen. Dess- utom underlättas monter-ingen av lock till kapsel genom den mekaniska styr-- ning, som ett trappstegsformat utförande av anliggningsdelarna eller en central tapp utgör, samt förhindras att lägesförskjutningar vid tryokpåf- läggning och kompaktering uppkommer.

För att bränslestavarna skall bli inbäddade var för sig och i förutbestämda lägen i behållaren kan de hållas på avstånd från varandra. med distanselement vid tillförseln av kopperpulvret och tillslutníngen av behållaren. Enligt en fördelaktig xztföringsform utgöres distanselementen av spridare, normalt av rostfritt stål, vari bränslestavarna i form av 'bränslestavlofxippen är mord- nade i kärnreaktorn under drift. Bränslestavlmippen kan därvid, efter det 'bränslestavarne utbränts i reaktorn, utan montagearbete placeras i koppar- behållaren ooh behandlas enligt den föreliggande uppfinningen för izmeslut- ning och ldngticlniförvaring. Enligt en annan fördelellztig xitföringeform av a1o177së2¿ 10 15 20 30 \.*l \I'| uppfinningen utgöres distaneel-ementen av koppar. Denne. utföringsform lämpar sig särskilt 'om bränslestavarna är demonterade, dvs inte anordnade i form av lafippen i spridare. Distanselement av koppar med omkringliggande koppar- pulver ger vid pressningen en homogen enhet utan övergångsområden med ezinan struktur.

Innan den isoetatiska pressningen av behållaren med lock och innehåll för bildningen av en sammezzhängende tät enhet av komponenterna av koppar utföres, _ underkastas de enligt en särskilt fördelaktig utföringwsform av uppfinningen en lcrypdeformation genom en isostatisk pressning vid en lägre temperatur än den som användes vid den slutliga pressningen. komponenterna är därvid i anordnade i den tillslutna gastäta kapseln som användes vid den slutliga pressningen respektive är anordnade med locket gastätt förbundet med behålla- ren om ingen särskild kapsel användes. För krypdeformationen användes före- trädesvis ett tryck av minst 10 MPa och en temperatur av 500-50000. Genom att på detta sätt underkastadelarna av kopparen isostatisk pressning vid lägre temperatur än den som användes vid den slutligasammanfogningen av delarna åstadkommer man ett effektivt stëdtryok på. bränslestavar-nas hölje- rör under fortsatt uppvärmning. Nan kan på. så. sätt eliminera eller i varje fall lcraftigt minska risken för att i dem befintlig gas skall ge ett tryck, som orsakar lcrypbrott i rören *vid värmning av dem till en temperatur som är ' erforderlig för att en sanmanhäncvande enhet skall bildas av pulver, behållare och lock av koppar. Bränslestavarna innehåller nämligen gaser, bl a. helimn och fissionsgaser, som redan vid rumstemperatur kan ge ett tryck av 50 bar i dem.

Uppfinningen skall förklaras närmare genom beskrivning av exempel under *hän- visning till bifogade ritning, i vilken fig 1 och 2 illustrerar två ut- föringsformer av behållare med bränslestavar, pulver och lock före någon isostatisk pressning utförts och fig 5 en detalj av anordningen enligt fig 1 i större skala.

I en behållare 10 av koppar anordnas i enlighet med fig 1 ett antal utbrända bränslestavar 11 från en kärnreaktor. Bränslestavarna; som består av zirka- lov-rör innehållande kutsar av urandioxid, sitter kvar i de spridare 12 som håller samman bränslestavarna i varje bränslestavlmippe i kärnreaktorn. I fig 1 och 2 fyra brälnslestavknippen 13, 14, 15 och 16 synliga. Bränsle- stavkrxippena kan eventuellt placeras på. icke visade stöd i bottnen av be- hållaren eller på 'en bädd av koppar-pulver. Behållaren fyllas under vibrering sedan i sin helhet med en blandning 17 av 70 viktdelar av ett pulver med sfäriska partiklar med en diameter av O,5-1,5 och av 50 viktdelar av ett _.. -..d_- - »...._...__............. 10 15 20 25 8101778-2 pulver med sfäriska partiklar med en diameter av 0,1~0,2 mm. På. behållaren placeras därefter ett lock 18 av koppar. Behållare, lock och pulver är av den tidigare nämnda kopparkvaliteten innehållande 99,95 7š Cu (inkl små mängder Ag). Den del 19 av locket som anligger mot behållaren är utformad med trappform. Locket har en central nedre del 20 som skjuter in i behålla- ren. De mot varandra anliggande ytorna 10a och 18a på behållaren 10 respek- tive locket 18 är såsom framgår av fig 5 texturerade. Ytorna rengöras väl och befrias från oxid med syra före påsåttningen av locket på behållaren.

Behållare med lock och innehåll anordnas i en kapsel 21 av kopparplåt eller av stålplåt, vars lock 22 av koppar-plåt respektive av stålplåt svetsas fast under bildning av en gastät fog 25. Locket är försett med ett rör 24 av koppar respektive stål som kan anslutas till en vakuumpump för evakuering av kapsel med innehåll. Efter evakuering tillslutes kapseln genom igensvets- ning av röret ovanför lockets övre yta.

Kapsel med innehåll underkastas varm isostatisk pressning i två. steg med en gas, t ex argon, som tryckmedium i en ugn för isostatisk pressning av den typ som är beskriven i det svenska patentet 7612146-6. I det första steget utsättas den för ett tryck av 80 MPa och för en temperatur av 450-50000 under en tid av 2-10 timmar. Därvid undergår kopparn i behållare, lock och pulver en lcrypdeformation, vilket medför att fyllningen av koppar- pulvret ger bränslestavarna ett effektivt stödtryck som förhindrar kryp- brott i zirkaloyrören till följd av att trycket hos i dessa rör befintlig gas ökar vid fortsatt uppvärmning. Denna. behandling medför dock inte att pulverkornen, behållaren och locket bildar en sammardlängande tät enhet.

Ett sådant resultat åstadkommas genom att temperaturen i ugnen höjes till omkring 70000, varvid trycket utan ytterligare gastillförsel samtidigt ökar till omkring 100 Ma och genom att dessa betingelser bibehålles under 1=-4 timmar. Sedan kapsel med innehåll sålunda underkastats isostatisk press- ning i ett andra steg får den med inneslutet material svalna, varefter trycket sänkas till atmosfäretryck och kapseln tages ur ugnen. Normalt får kapseln sitta kvar på den eammanpressade produkten då den deponeras för lårrgtidsfözvaring.

I det i fig 2 illustrerade utföringsexemplet användes ingen säasskilt kapsel för att innesluta. materialet i behållaren gastätt. I stället är behållaren 10 och locket 18 försedda med ílänsar 25 resp 26. Efter placering av bränsle- stavarna i behållaren och fyllning av denna med kopparpiilvret, sammanfogat flänsarna 25 och 26 genom svetsning' eller lcallpreesnirzg till en gaatät fog 27.

Lackat tim :försett :ned ett rör 28 av koppar :nom tillvalutan: efter evnkuering

Claims (7)

1. 8101778-2 - 6 av behållaren med.- gastätt anbringat lock. Efter tillslutningen underkastas den slutna behållaren isostatisk pressning i två steg på sätt som beskri- vits för den tillslutna kapseln i enlighet med fig 1. PATENTKIWAV' 1. Sätt att innesluta i en kärnreaktor utbrända. bränslestavar (11) i en behållare (10) av koppar, varvid bränslestavarna inbäddas i ett korro- sionsbestëndigt nateríal i behållaren, Ä k ä. n n e t e c k n a. t därav, att bränslestavarna inbäddas i kopparpulver (17 ) i behållaren och behålla- ren täckes' med ett lock (18) av koppar samt att behållaren med innehåll och lock innesluten i en tillsluten gastät kapsel (21, 22) eller med locket gas- tätt sammanfogat med behållaren nnderkastae en isoetatisk pressning vid för bildning av en sammanhängande tät enhet av behållaren, pulvret och locket erforderligt tryck och erforderlig temperatur.

2. Sätt' enligt patentkrav 1, k ä n n e t e k n a. t därav, att kapseln är av koppar.

3. Sätt enligt patentkrav 1 eller 2, k ä. n n e t e c k n e. t därav, att den isostatiska. pressningen för bildningen av den sammenlfxängande täta enhe- ten utföres vid ett tryck av minst 10 ma. och en temperatur av 600-800°C.

4. Sätt enligt något av patentkraven 1-5, k ä n n e t e c k n a. t därav, att bränslestavarna (11) hålls på avstånd. från varandra i behållaren (10) med distanselement (12).

5. Sätt enligt patentkrav 4, k ä. n n e t e c k n a. t därav, ett distans- elementen (12) utgöres av spridare för bränslestavlmippen för lcärnreßktorer.

6. Sätt enligt patentkrav 4, ak ä. n n e t e c k n a t därav, att distans- elementen (12) är av koppar.

7. Sätt enligt något av patentkraven 1-6, k ä. n n e t e c k n a t därav, att anliggxingedelar (19) mellan lock (18) och behållare (10) på. åtminstone endera av lock och behållare är trappstegsformade. s. Sätt enligt något av patentkraven 1-7, k ä. n n e t e c k n e. t därav, att locket (18) är förment med en del (RO) nom med pennan-img; :alcjutor in 1. behållaren. I 8101778-2 9. Sätt enligt något av patentkreven 1-8, k ä. n n e t e c k n a. t därav, att ytor (18a, 10a) på anliggmíngsdelar (19) mellan lock (18) och behållare (10) är utformade med rillor, repor eller annat ytmönster. 10. Sätt enligt något av patentkraven 1~9, k ä n. n e t e c k n a, t där-av, att före den isoatatiska preseningen av behållaren (10), pulvret (17) och locket (18) vid för bildning av en sammanhängande tät enhet av dem erfor- derligt tryck och erforderlig temperatur underkastas behållaren med inne- håll och look: innesluten i den tillslutna gastäta kapseln (21, 22) eller med locket g-astätt sammanfogat med behållaren en isostatisk pressning vid en lägre temperatur för åetadkemmende av en krypdefomation av behållare, pulver och lock. 11. Sätt enligt patentkrav 10, k ä. n n e t e c k n a. t därav, att den isostatiska pressningen för åatadlzommande av lcrypdefomationen utföres vid ett tryck av minst 10 MPa. och vid en temperatur av 500-50D°C.