DE1959509A1

DE1959509A1 - Poroese Stopfen fuer Kernbrennstoffstaebe

Info

Publication number: DE1959509A1
Application number: DE19691959509
Authority: DE
Inventors: Jean-Paul Van Dievoet
Original assignee: Belgonucleaire SA
Current assignee: Belgonucleaire SA
Priority date: 1968-11-29
Filing date: 1969-11-27
Publication date: 1970-06-11
Also published as: FR2024538A7; BE724655A; US3699638A; FR2024538B3; GB1231129A

Description

Patentanmeldung

BSLGONUCLBAIRBS. A., 35, Rue des Colonies, Brüssel, Belgien

"Poröse Stopfen für Kernbrennstoffstäbe¹¹

Die Erfindung betrifft Spaltmaterialstäbe für Kernreaktoren, insbesonderaHSpaltmaterialstäbe für schnelle Reaktoren.

■- ■ ■ ·

Da die Abbrandrate (Verbrennungsgeschwindigkeit, combustion rate) in schnellen Reaktoren sehr groß ist, werden die Stabe während ihrer Bestrahlung innerhalb des Reaktors einem ständig anwachsenden Druck unterworfen, welcher als Ergebnis des Aufbaus der Spaltungsgase auftritt und der ein Anschwellen dieser Stäbe bewirkt und dadurch einen zusätzlichen Druckverlust des längs der Stäbe fließenden Kühlmittels schafft.

Es ist bekannt, zur Reduzierung des Gasdrucks die Stäbe durch einen Behälter zu dehnen, dessen Volumen den maximalen Druckwert festlegt. Bin solcher Behälter verursacht einen sehr erheblichen zusätzlichen Druckverlust·

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Man hat auch bereits mit Öffnungen versehene Spaltstoffstäbe zum Vermeiden des Anschwellens vor-* geschlagen, d.h. Stab·, welche da* Spaltungsgae von seiner Entstehung an freisetzen können. Dieses Spaltungsgas sammelt sich dann oben im Reaktorkessel, wo es abgezogen werden kann.

Zum Realisieren solcher entgaster, mit Öffnungen/ versehener Spaltstoffstäbe hat man poröse Hülsen für die Spaltstoffstäbe vorgeschlagen. Diese führen jedoch wegen der Schwierigkeit, die gewünschte Porosität zu erzielen, zu unbefriedigenden Ergebnissen. Eine solche Hülse muß selektiv wirken und sie muß den Durchgang der Spaltungsgase ermöglichen, während sie den Durchgang von anderen Gasen und Dämpfen, welche innerhalb oder außerhalb der Hülse entstehen und we¹she eventuell die porösen Wände verstopfen, verhindern muß. Darüberhinaus muß die Hülse sehr gute mechanische Eigenschaften besitzen, und dies ist eine Eigenschaft oder Forderung, welche kaum mit der Porosität vereinbar ist.

Bei einer anderen Lösung wurde vorgeschlagen, die Verschweißung des Stopfens mit der Hülse, porös auszubilden. Auch diese Lösung ist nicht befriedigend, da die vorgeschlagenen Schweißverbindungen nicht mehr die erforderliche mechanische Festigkeit sicherstellen.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen porösen Stopfen, der.auf die Hülse aufgeschweißt werden kann und welcher eine selektive Porosität für die Spaltungsgase ermöglicht.

Das Verfahren zur Herstellung eines solchen porösen Stopfen* ist.erfindungagemKß dadurch charakterisiert, daß der Stopfen aus einem Profilmaterial

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auf Metallbasis ausgeschnitten wird, welches Unreinheiten aufweist, die mit Hilfe einer plastischen Deformation einer bevorzugten Ausrichtung der Metallkristalle unterlegen haben·

Diese Kristall-Ausrichtung der metallischen Profile kann durch verschiedene bekannte Verfahren erzielt werden, beispielsweise durch "Ziehen,' '.-, \ Walzen, Extrudieren oder durch eine Kombination äolcher Verfahren. ;

Ein solcher Stopfen hat infolge seiner verglichen mit der Hülse erheblichen Größe eine ausreichende Festigkeit trotz seiner Porosität.

Indem man Stopfen geeigneter Form aus vorbehandelten Materialien ausschneidet, kann mannStopfen erhalten, welche einen metallurgischen Aufbau mit einer ausgerichteten Orientierung der Kristalle besitzen.Dieser Aufbau verleiht dem Stopfen eine selektive Porosität, welche zum Durchlassen der Spaltungsgase sehr geeignet ist, während der größte Anteil der Dämpfe bzw. Gase und anderer Produkte durch Einbau eines konventionellen Filters zurückgehalten werden kann, welcher zwischen dem Brennstoff und dem Stopfen mit metallurgischer Porosität angeordnet ist.

Es ist selbstverständlich möglich, daß erfindungsgemäß Stopfen mit porösen Durchgängen in verschiedenen Richtungen hergestellt werden, Dies hängt davon ab, ob das Ausschneiden in Längsrichtung oder Querrichtung des gewalzten Stücks erfolgt ist*

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Nachstehend wird ein Aueführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben, fts zeigen: '

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Fig« 1 eine perspektivische Ansicht eines ge* ; ssogenen Stabes« ',

Fig· 2 einen schematiachen Schnitt eines Endes' eines Spaltstoffstabs« der mit einem Stopfen versehen ist, welcher aus der ; in Fig. 1 dargestellten Stange ausgeschnitten ist,

Fig· 3 eine perspektivische Ansicht eines dicken . gewalzten . Blechs mit einem transver

salen« also quer erfolgten Auschnitt«

Fig· 4 einen schematischen Schnitt des Endes

eines Spaltstoffstabs« welcher mit einem Stopfen versehen ist, wie er aus dem in Fig« 3 dargestellten Blech ausgeschnitten ist.

In Fig. 1 ist ein gezogener Stab dargestellt« an dessen einem Ende ein Stück weggebrochen gezeichnet ist. Dieser gezogene Stab wird in Scheiben oder.Stücke geschnitten, welche Stopfen bilden. Da die Kristalle in Längsachsenrichtung ausgerichtet werden, ist es möglich, Scheiben oder Stücke zu erhalten, welche poröse Durchgänge in dieser Richtung besitzen. Der Spaltstoffstab gemäß Fig. 2 besteht aus einer Hülse 1, welche mit Brennstoffpillen 2 gefüllt ist, und welche einen Stopfen 3 besitzt« der durch die Schweißnaht k an der Hüle 1 befestigt ist. Der Stopfen, welcher aus einer von dem in Fig. 1 dargestellten Stab abgeschnittenen Scheibe gemacht ist« besitzt poröse Durchgänge, welche durch die Pfeile 5 bezeichnet werden und durch welche die Spaltungsgase entweichen können. Mit dem Bezugszeichen 6 ist ein klassischer Filter bezeichnet.

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Fig· 3 sseigt eine perspektivisch· repräsentative Ansicht eines Stücks dicken gewalaten Stahlblech«_T von dem ein Teil weggebrochen gezeichnet ist* und da« einen Ausschnitt 7 besitzt·

Der Brennstoffstab gemä& Fig, k beeitst die gleichen Elemente wie der Brennstoff»tab gemäft Fig. 2. Lediglich der Stopfen ist aus dem Teil hergestellt, ! weichet aus dem in Fig, 3 dargestellten Stück ausgeschnitten ist.

Die in Fig. 1 dargestellte Stange und das in Fig. % dargestellte Stahlblech können durch jedes bekannte Mittel hergestellt werden, entweder indem man Metallpulver oder schwammige bzw» poröse Metalle verwendet oder auch indem man dünne, an ihrer Oberfläche oxydierte Bleche aufwickelt oder aufeinanderaetzt.

Das Oxydieren kann beispielsweise durch eine Wärmebehandlung in einer oxydierenden Atmosphäre erfolgen und der Porositätsgrad kann dann durch die Dauer der Behandlung oder durch die Temperatur eingestellt werden·

Nachstehend wird lediglich als Beispiel die Herstellung einer Stange gemäß Fig. 1 beschrieben:

Elementare Metallpulver« vorzugsweise Siseir; Nic k el-und ChroRigHiit Korndurchmessern «wischen 40 und 100 Micron werden miteinander vermischt und mtmmmfimmmmmffmmiUb unter Anwendung eines Drucks von etwa 1,5 t/cm susammengepreftt, damit sie einen Block aus rostfreiem Stahl bilden» Dieser Block wird danach in eine Schut«umhüllung eingeschlossen werden, welche ihn während der späteren Behandlung vor Oxydation

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schützt. Danach wird der Block durch Ziehen in eine Stange verarbeitet, wobei diaees Verfahren mit einem

V6ÄV3 arbeitet«

Die gezogene Stange wird dann in Scheiben ge» schnitten, welche die porösen Stopfen bilden· Beim Versuch haben diese Stopfen eine gute Porosität für Xenon und Krypton geneigt* Diese beiden Gase sind die wesentlichen Bestandteile von während der Bestrahlung des nuklearen Brennstoff» entstehenden Spaltungsgasen..

Die Vorteile der vorgeschlagenen porösen Stopfen sind augenfällig,und zwar sind sie im wesentlichen wie folgt zusammenzufassen:

1.) Verkleinerung der Maße von Srennstoffstäben« Tatsächlich wird es nicht mehr notwendig sein, einen Behälter zum Sammeln der Spaltungsgase einzuführen* Daß ein solcher Behälter fehlen kann,führt zu einer Verringerung der Druckverluete des Kühlmittels, welcheslängs der Stäbe zirkuliert· Dementsprechend erfolgt ein größerer Energieausstoß·

2«) Bs gibt geringere Probleme hinsichtlich des Schwellens von Brennstoffstäben durch die Spaltungsgase·

3«) Im Fall von gasgekühlten schnellen Reaktoren ermöglicht der Stopfen den Ausgleich der Druckwerte außerhalb und innerhalb des Stabs»

Bs ist selbstverständlich, daß die Erfindung keineswegs auf die vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist· So ist es beispieleweise möglich, den Stopfen aus einem Material auszuschneiden, welches auf •ine andere als die beschriebene Weise hergestellt worden ist. Selbstverständlich kann der Stopfen auch

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aus dem in Fig. 3 dargestellten Blech ausgeschnitten sein« wobei das Schneiden entweder in paralleler oder in Querrichtung zur Walzrichtung oder in der Ebene des letzteren erfolgt» Es können auch ander· Mittel oder Verfahren zum Ausrichten der Kristalle, wie sie dem Fachmann geläufig sind, verwendet werden.

- 8 -- Patentansprüche -

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Claims

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Patentansprüche:

Verfahren zum Herstellen eines Stopfens für einen Brennstoff stab, dadurch g ekennzeichnet ,' daß der Stopfen aus einem profilierten feuerfesten Material ausgeschnitten ist, welches Verunreinigungen enthält und das durch plastische Deformation einer bevorzugten Ausrichtung seiner metallischen Kristalle unterworfen worden ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen in Richtung der Achse der Ausrichtung der Kristalle ausgeschnitten ^ist-
3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen in einer Richtung ausgeschnitten wird, die quer zur Achse der Ausrichtung der Kristalle verläuft.
k» Verfahren nach Ansprüchenl bis 3, dadurch g e kennzeichnet, daß die Kristalle durch Ziehen ausgerichtet werden.
5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3t dadurch gekennzeichnet, daß die Kristalle durch Walzen ausgerichtet werden.
6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3i dadurch g e k e η η ζ e ich net , daß die Kristalle durch Extrudieren ausgerichtet werden.

7· Poröser Stopfen für Brennstoffstäbe, dadurch g e k en η zeichnet, daß er nach einem Verfahren gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 6 herge stellt worden ist.

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