DE1114261B

DE1114261B - Spaltstoffelement und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1114261B
Application number: DEU6066A
Authority: DE
Inventors: Robert Knowles Mcgeary; Erling Frisch; Fritz Randolph Winslow
Original assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Current assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Priority date: 1958-03-17
Filing date: 1959-03-17
Publication date: 1961-09-28
Also published as: GB896343A; US3105030A; FR1220414A; NL123308C; NL237134A; US3100742A; US3089830A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

U6066Vmc/21g

ANMELDETAG: 17. MÄRZ 1959

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 28. SEPTEMBER 1961

Die Erfindung betrifft ein zur Verwendung in einem heterogenen Kernreaktor geeignetes Spaltstoffelement, in dem mehrere Spaltstoffpellets hintereinander in einem an beiden Enden geschlossenen Umhüllungsrohr angeordnet sind.

Vorzugsweise sind die Spaltstoffpellets über die ganze Länge des Umhüllungsrohres angeordnet. Das Umhüllungsrohr hat zweckmäßig einen kreisförmigen Querschnitt, jedoch können auch Umhüllungsrohre mit viereckigem Querschnitt oder anderen Querschnitten für besondere Zwecke verwendet werden.

Bekannte Spaltstoffelemente besitzen einen Spielraum zwischen der Innenwandung des Umhüllungsrohres und den zylindrischen Flächen der SpaltstoffpeUets, um eine relativ zu dem Rohr stärkere thermische Ausdehnung der Pellets zu ermöglichen. Die Ansammlung von Splittern und Teilen des Reaktorspaltstoffes und anderen Teilen in diesen Spielräumen kann dazu führen, daß eine größere Bewegung der Spaltstoffpelletsäule relativ zum Umhüllungsrohr eine Beschädigung dieses Rohres bewirkt. Die relativ größere thermische Ausdehnung der SpaltstoffpeUets wird durch die wesentlich größere Erwärmung der mittleren Teile derselben verursacht. Dieser Temperaturunterschied zwischen den mittleren Teilen der SpaltstoffpeUets und dem UmhüUungsrohr wird durch den als Wärmeisolierung wirkenden Spielraum noch verstärkt. Um die thermische Ausdehnung der SpaltstoffpeUets in Längsrichtung des Rohres zu ermöglichen, wurde bisher gewöhnlich an dem einen Ende der Spaltstoffelemente ein Hohlraum vorgesehen. Bei einem Druckwasserreaktor bedingen die während des Betriebs auftretenden Drücke jedoch die Verwendung eines verhältnismäßig dicken Umhüllungsrohres, um zu verhindern, daß dieses an der Stelle des Hohlraumes einbricht. Die Verwendung von zusätzlichem Umhüllungsmaterial, das bei Druckwasserreaktoren korrosionsbeständig sein muß, ist mit einem großen Kostenaufwand verbunden und wirkt sich außerdem nachteilig auf die Neutronenökonomie der Anlage aus.

Um diese Nachteile zu vermeiden, werden gemäß der Erfindung jeweils benachbarte SpaltstoffpeUets im Abstand voneinander angeordnet, und zur Fixierung dieser Anordnung wird das Umhüllungsrohr zur festen Anlage an die Spaltstoffpellets gestreckt.

Durch diese Anordnung, bei der jeweils zwischen zwei SpaJtstoffpellets ein Abstand vorgesehen ist, wird der obenerwähnte Hohlraum in eine Vielzahl von kürzeren Hohlräumen unterteUt. Damit kann das Einbrechen der Rohrwand sicher vermieden werden. Durch die Anlage des Umhüllungsrohres an den Spaltstoff element und Verfahren zu seiner Herstellung

Anmelder:

United States Atomic Energy Commission, Germantown, Md. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Abitz, Patentanwalt, München 27, Gaußstr. 6

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 17. März (Nr. 721 776)

und 24. März 1958 (Nr. 723 421)

Robert Knowles McGeary, ErUng Frisch, und Fritz Randolph Winslow, Pittsburgh, Pa.

(V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden

Spaltstoffpellets und infolge der kürzeren Hohlräume kann das UmhüUungsrohr größeren Drücken als bisher bei gleicher Wandstärke ausgesetzt werden. Darüber hinaus wird durch die Unterteilung der SpaltstoffpeUetsäule die starke Bewegung dieser Säule relativ zu dem Rohr wesentlich verringert, wodurch Ausbeulungen oder andere Verformungen des Umhülmngsrohres vermieden werden können. Es wurde festgestellt, daß bei einer Spaltstoffsäule von einer Länge von etwa 25 cm, wenn die nachstehend angegebenen Messungen zugrunde gelegt werden, die durch die unterschiedliche thermische Ausdehnung zwischen den verhältnismäßig kürzeren Spaltstoffsäulen und den benachbarten Teilen des UmhüUungsrohres verursachten Verformungen des letzteren vernachlässigbar sind.
Vorzugsweise werden gemäß der Erfindung die in dem Umhüllungsrohr befindlichen SpaltstoffpeUets in Abteile angeordnet, die durch Abstandsscheiben voneinander getrennt sind, wobei die SpaltstoffpeUets im Abstand von diesen Scheiben angeordnet sind und zur Fixierung dieser Anordnung das UmhüUungsrohr zur festen Anlage an sowohl die SpaltstoffpeUets als auch die Abstandsscheiben gestreckt ist. Dabei werden, wie nachher beschrieben, aus hersteUungstech-

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nischen Gründen und auch aus Festigkeitsgründen wird. Der Endstopfen 26 wird im Umhüllungsrohr vorzugsweise Abstandsscheiben mit einem etwas durch eine ringförmige Dichtungs- und Auftraggrößeren Durchmesser als die Spaltstoffpellets ver- schweißnaht 30 hermetisch abgedichtet. Das andere wendet. Ende des Umhüllungsrohres 20 wird nach der Her-

Diese Ausführungsform nach der Erfindung hat 5 stellung des Spaltstoffelements 24 in einer nach-

den Vorteil, daß die einzelnen Abteile, in denen stehend in Verbindung mit dem Umhüllungsrohr 20"

sich die Spaltstoffpellets befinden, gegeneinander her- in Fig. 3 beschriebenen Weise abgeschlossen,

metisch abgedichtet sind. Dadurch wird bei einem Die Spaltstoffpellets 22 können aus einem Oxyd

Bruch der Umhüllungsrohrwandung in den meisten eines der Spaltmaterialien, wie ²³³U, ²³³U, ²³⁹Pu, ²³⁸U,

Fällen nur der Inhalt eines einzigen Abteils des Spalt- io ²³²TH, hergestellt werden. Wenn die beiden letzteren

Stoffelements mit dem umgebenden Reaktorkühlmittel Spaltmaterialien ²³⁸U oder ²³²Th verwendet werden,

verbunden, was sich aus bekannten Gründen gegen- die als Brutstoffe bevorzugt werden, wird ein Anteil

über den bisher verwendeten Spaltstoffelementen vor- eines oder mehrerer der übrigen Isotopen zugemischt,

teilhaft auswirkt. um in an sich bekannter Weise eine Kettenreaktion

Die Separierung der in einem Umhüllungsrohr be- 15 aufrechtzuerhalten. Die Pellets 22 können beispiels-

findlichen Spaltstoffpellets in getrennte Abteile mittels weise aus Uranoxyd (UO₂) hergestellt werden, das

zwischen diesen Pellets angeordneter Scheiben ist an auf 2,6 % ²³⁵U angereichert wird,

sich bekannt. Die bekannten Anordnungen weisen Über die Länge der Spaltstoffpelletsäule ist in Ab-

hingegen die eingangs angezeigten Nachteile auf, da ständen eine Vielzahl metallischer Abstandsscheiben

die Pellets und die Zwischenscheiben in einer korn- 20 32 angeordnet. Die Metallscheiben 32 sind zweck-

pakten Säule angeordnet sind. mäßig aus dem gleichen Material wie das Um-

Ein weiterer Vorteil beim Spaltstoffelement nach hüllungsrohr 20, und bei dem dargestellten Beispiel

der Erfindung besteht darin, daß die Spielräume zwi- bestehen sowohl das UrnhüUungsrohr als auch die

sehen den Spaltstoffpellets und dem benachbarten Scheiben aus rostfreiem Stahl.

Umhüllungsrohr nicht mehr vorhanden zu sein 25 Bei einer beispielsweisen Ausführungsform des erbrauchen, wobei gleichzeitig dünnere Rohre als bisher findungsgemäßen Spaltstoffelements hat das UmVerwendung finden können. Die Wärmeübertragung hüllungsrohr 20 einen Innendurchmesser von 7,7343 zwischen dem Reaktorspaltstoff und dem Kühlmittel + 0,0254 mm, während der Durchmesser der zylinwird dadurch erleichtert. drischen Spaltstoffpellets 7,6200 ± 0,0127 mm beträgt,

Die Erfindung sieht auch eine Vorrichtung und 3° so daß ein anfängliches diametrales Gesamtspiel 34 ein Verfahren zum Herstellen solcher Spaltstoff- zwischen 0,0762 und 0,1524 mm zwischen den Spaltelemente vor. stoffpellets und der Innenwand der Umhüllung 20

An Hand der Zeichnungen, die Ausführungs- vorhanden ist. Andererseits werden die Abstandsformen nach der Erfindung darstellen, wird sowohl scheiben 32 mit einem Durchmesser von 7,6581 das neue Spaltstoffelement als auch die Vorrichtung 35 ± 0,00508 mm hergestellt, so daß das Gesamtspiel und das Verfahren zur Herstellung desselben näher zwischen den Scheiben und dem Umhüllungsrohr erläutert. zwischen etwa 0,0508 und 0,1016 mm schwankt.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht im Längsschnitt des an- Hieraus ergibt sich, daß der Durchmesser der Abfanglichen Zusammenbaues des erfindungsgemäßen Standsscheibe 32 geringfügig größer ist als derjenige Spaltstoffelements, aus der auch einige Verfahrens- 40 der Spaltstoffpellets 22. Dieser Unterschied im Durchmaßnahmen für die Herstellung des Spaltstoff- messer ist während der nachfolgend beschriebenen elements ersichtlich sind; Herstellungsvorgänge vorteilhaft, um die Abstands-

Fig. 2 zeigt eine Ansicht im Längsschnitt einer scheiben 32, wie in Fig. 1 gezeigt ist, in ihrer senk-

Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Spaltstoff- rechten Lage halten zu können und um eine zuver-

elements; 45 lässige hermetische Abdichtung zwischen den Scheiben

Fig. 3 zeigt eine Ansicht im Längsschnitt einer 32 und dem Umhüllungsrohr 20 sicherzustellen,

weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bevor die Scheiben 32 und die Pellets 22 in das

Spaltstoffelements; Umhüllungsrohr 20 eingesetzt werden, werden die

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf das Spaltstoff- Scheiben 32 zumindest an ihren diametralen Kanten

element und die Vorrichtung zur Durchführung des 50 mit einer dünnen Schicht aus einer z. B. zwischen

erfindungsgemäßen Verfahrens; 1010 und 1038° C schmelzenden Hartlötlegierung

Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht der in Fig. 4 dar- überzogen. Hierauf wird der Rohrdurchmesser durch

gestellten Einrichtung mit einem Spaltstoffelement. das Strecken des Umhüllungsrohres 20 verringert, bis

Die in Fig. 1 dargestellte anfängliche Form 24 des ein Preßsitz zwischen der Rohrwandung und jeder erfindungsgemäßen Spaltstoffelements weist ein lang- 55 der Scheiben erhalten wird, wodurch die letzteren in gestrecktes Umhüllungsrohr 20 auf, in das eine Viel- ihrer Lage festgehalten werden. Dieser Streckvorgang zahl von Spaltstoffpellets 22 lose eingesetzt sind. Bei wird, wie nachstehend näher beschrieben ist, so lange Verwendung des Spaltstoffelements in einem Druck- fortgesetzt, bis ein angemessener Abstand oder Hohlwasserreaktor, dessen Kühlmittel bei den im Reaktor raum 40 zwischen den Pellets 22 und den voneinauftretenden hohen Temperaturen und Drücken ziem- 60 ander in Abstand befindlichen Scheiben 32 jedes Ablich stark korrodierend wirkt, besteht das Umhül- teils 36 vorhanden ist, so daß die vorerwähnte unter-Iungsrohr20 aus rostfreiem Stahl, Zirkon, einer Le- schiedliche Längendehnung der Pelletsäule relativ gierung des letzteren oder aus anderem korrosions- zum Umhüllungsrohr 20 während des Betriebs des beständigem Material. Das Umhüllungsrohr 20 ist Reaktors stattfinden kann.

etwas länger als die Säule der Spaltstoffpellets 22, um 65 Wie Fig. 2 zeigt, hat dieses Strecken eine gering-

einen Endstopfen 26 aufnehmen zu können, der mit fügige Ausbauchung 38 des Umhüllungsrohres 20'

einem eingezogenen Endteil28 ausgebildet ist, welcher benachbart jeder Abstandsscheibe 32 zur Folge,

in das eine Ende des Umhüllungsrohres 20 eingesetzt Ferner bildet sich bei dieser Ausführungsform ein

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Hohlraum 40 in jedem Abteil 36' des Spaltstoff- An Hand der Fig. 1, 4 und 5 wird eine beispiels-

elements. Die Längenerstreckung dieses Hohlraums weise Ausführungsform einer Vorrichtung zum 40 ist jedoch verhältnismäßig gering, so daß ein Ein- Strecken und Längen des Umhüllungsrohres 20 und brechen des Umhüllungsrohres 20 im Bereich des die Verfahrenstechnik hierzu näher erläutert. Wie Hohlraums 40 trotz Verwendung eines dünneren Um- 5 erwähnt und in Fig. 1 dargestellt, ist das Spaltstoffhüllungsrohres 20 verhindert wird. element 24 an seinem einen Ende mit einem End-

Wenn das Spaltstoffelement 24 nur so weit ge- stopfen 26 versehen. Das andere Ende des Umstreckt wird, daß ein Preßsitz zwischen den Scheiben hüllungsrohres 20 ist, wie bei 50 gezeigt ist, nach 32 und dem Umhüllungsrohr erhalten wird, bleibt außen erweitert und in ein Klemmfutter 52 eingesetzt, noch etwas Spiel 42 zwischen den Spaltstoffpellets io das für diesen Zweck eine durchgehende Bohrung 54 und dem Umhüllungsrohr 20'. Nach dem vorer- aufweist. Der äußere Teil der Bohrung 54 ist mit wähnten Streckvorgang wird das offene Ende des einem Innengewinde 56 versehen, während der mitt-Umhüllungsrohres verschlossen und abgedichtet und lere Verbindungsteil der Bohrung kegelstumpfförmig der Spaltstoffstab auf die Löttemperatur der vorge- ausgebildet ist, wie bei 58 gezeigt ist, derart, daß der nannten Hartlötlegierung, d. h. auf 1010 bis 1038° C, 15 erweiterte Teü 50 des Umhüllungsrohres 20 gegen in einer Wasserstoffatmosphäre erhitzt, um die Ab- diesen kegelstumpfförmigen Teil anliegt. Der erweistandsscheiben 32 mit der benachbarten Innen- terte Endteil 50 des Umhüllungsrohres wird durch wandung des Umhüllungsrohres 20' zu verbinden und eine Ringmutter 60 in seiner Lage gehalten, die in hermetisch abzudichten. Bei der in Fig. 2 dargestellten den mit einem Innengewinde 56 versehenen Teil der Ausführungsform bleibt, wie erwähnt, ein gewisses 20 Bohrung 54 eingeschraubt ist. Die Ringmutter 60 ist Spiel zwischen den Spaltstoffpellets und dem Um- mit einem Schlitz oder einer anderen geeigneten Aushüllungsrohr 20'. Eine größere Bewegung der Ge- nehmung 62 für das Ansetzen eines nicht gezeigten, samtspaltstoffpelletsäule wird jedoch durch die starr geeigneten Werkzeugs an sich bekannter Art zum befestigten Abstandsscheiben 32 verhindert und jede Drehen der Mutter 60 versehen. Bewegung auf die kurze Spaltstoffsäule jedes Abteils 25 wie am besten aus den Fig. 4 und 5 zu ersehen 36' beschränkt. ist, ist das Klemmfutter 52 mit zwei Zapfen 64 und

Obgleich es nicht erforderlich ist, die Abstands- 66 versehen, durch die es mit einer beweglichen scheiben 32 mit dem Umhüllungsrohr 20' hermetisch Halterung 68 der allgemein mit 70 bezeichneten dichtend zu verbinden, ist eine solche Abdichtung Streck- oder Dehnungsvorrichtung verbunden ist. Für vorzuziehen, um eine Verseuchung des Reaktorkühl- 30 diesen Zweck werden die Zapfen 64 und 66 lose in mittelsystems bei einem Bruch des Umhüllungsrohres zwei senkrechte Schlitze 72 eingesetzt, die in der 20' auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Wie voran- Halterung 68 benachbart ihrem vorderen Ende vorgehend ausgeführt, würde in diesem Falle das Ent- gesehen sind. Das andere Ende des Spaltstoffelements weichen gefährlichen Materials in das Reaktorkühl- 24 wird in der Streckvorrichtung 70 dadurch starr mittel praktisch auf den Inhalt eines Abteils 36' 35 befestigt, daß der Endstopfen 26 in einer geeigneten, (Fig. 2) oder 47 (Fig. 3) des Spaltstoffelements be- allgemein mit 74 bezeichneten Klemmvorrichtung einschränkt bleiben. Vor dem Strecken des Umhüllungs- gespannt wird. Die Klemmvorrichtung 74 weist einen rohres 20' kann in dieses ein wärmeaustauschendes Sockel 76, der auf einer Bettplatte 78 der Streckvor-Gas, beispielsweise Helium, zur Wärmeübertragung richtung 70 angeordnet ist, und ein Klemmstück 80 von den Pellets über den Spielraum 42 zum Um- 40 auf. Das Klemmstück 80 und der Sockel 76 sind mit hüllungsrohr 20' gefüllt werden. einander ergänzenden halbkreisförmigen Ausneh-

Bei einer weiteren in Fig. 3 gezeigten Ausführungs- mungen 82 und 84 versehen, welche den Endstopfen form eines Spaltstoffelements gemäß der Erfindung 26 fest umspannen, wenn das Klemmstück 80 auf wird das Umhüllungsrohr 20" vor dem Hartlöten dem Sockel 76 mit Hilfe von zwei Kopfschrauben 86 noch weiter gestreckt, so daß es den Außenumfang 45 festgespannt wird.

jedes der Spaltstoffpellets 22 fest umgreift. Durch Das Spaltstoffelement 24 ist an seinen Enden in der

einen solchen Streckvorgang, der mit der nachstehend Streckvorrichtung 70 durch die starr angeordnete näher beschriebenen Einrichtung durchgeführt wird, Klemmvorrichtung 74 und das Klemmfutter 52 gekommt das Umhüllungsrohr in innige Berührung mit lagert, welch letzteres, wie vorangehend beschrieben, den einzelnen Pellets 22, so daß zwischen den Pellets 5° mit der beweglichen Halterung 68 verbunden ist. Die und dem Umhüllungsrohr kein Spiel vorhanden ist. Halterung 68 ist an ihrem äußeren Ende mit einem Bei dieser Anordnung kann auf das vorerwähnte linearbeweglichen Treibschaft 88 verbunden. Für wärmeübertragende Gas verzichtet werden; die diesen Zweck weist die Halterung 68 ein Querstück Wärmeübertragungseigenschaften des Spaltstoffstabes 90 auf, das mit dem Ende des Treibschaftes 88 durch 44 der Fig. 3 sind durch das Fehlen von Spielräumen 55 eine Verschraubung 92 und zwei länglichen Seitennoch weiter verbessert. Ferner werden durch das teilen 94 und 96 verbunden ist. Die äußeren Enden weitere Strecken des Umhüllungsrohres 20", nachdem 98 der Seitenteile 94 und 96 sind mit dem Querstück dieses auf den Spaltstoffpellets 22 einen festen Sitz 90 durch zwei Ansatzschrauben 100 lose gelenkig erhalten hat, die letzteren geringfügig voneinander verbunden. Bei dieser Anordnung können der lineargetrennt, so daß Zwischenräume 46 zwischen ihnen 60 bewegliche Treibschaft 88 und die Halterung 68 dem und zwischen der Spaltstoffsäule und den Abstands- Klemmfutter 52 eine Längsbewegung mitteilen, wobei scheiben 32 jedes Abteils 47 entstehen. Diese Ab- das letztere durch eine Grundplatte 102 unterstützt stände 46 sind vorteilhaft, da sie eine unterschiedliche wird. Die Länge der Grundplatte 102 in der Richtung Längenausdehnung der inneren Teile der Pellets 22 der Streckbewegung ist so bemessen, daß das Klemmrelatiy zum Umhüllungsrohr ermöglichen und Raum 65 futter 52 auf der Oberfläche 104 der Grundplatte für die Ansammlung von Splittern, Teilchen und an- während des vorgesehenen Bewegungsbereiches des deren Resten während des Betriebs des Spaltstoff- Klemmfutters ständig gleitend aufliegt. In der Nähe elements schaffen. des Endes der Bettplatte 78 ist eine geeignete, allge-

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mein mit 106 bezeichnete Antriebsvorrichtung ange- Der zweite Streckvorgang wird in der beschriebenen ordnet, durch die dem Treibschaft 88 eine lineare Weise so lange fortgesetzt, bis eine bleibende Längung Bewegung mitgeteilt werden kann. Für die Antriebs- des Umhüllungsrohres 20 von weiteren 2°/o einvorrichtung können beispielsweise ein Elektromotor getreten ist. Unter der Annahme der voranstehend

und ein geeigneter Zahnradtrieb vorgesehen sein, 5 gegebenen Abmessungen wird der Innendurchmesser durch den die Drehbewegung des Elektromotors in des gestreckten Umhüllungsrohres 20 auf maximal eine lineare Bewegung des Treibschaftes 88 umge- 7,6454 mm verringert. Hierdurch wird ein Fest- oder wandelt wird, oder gegebenenfalls ein Zylinder, in Preßsitz zwischen dem Umhüllungsrohr 20 und jeder

dem ein Kolben durch ein Druckmittel beweglich ist, der Abstandsscheiben 32 erzielt, so daß die einzelnen

oder irgendeine bekannte Form der Schrauben- io Scheiben 32 innerhalb des Umhüllungsrohres 20 in

winde. ihrer Lage festgestellt werden. Da die Pellets 22 einen

Die Ringmutter 60 des Klemmfutters 52 ist mit geringfügig kleineren Durchmesser haben als die einer mittigen, sich in ihrer Längsrichtung erstrecken- Abstandsscheiben 32, beträgt das diametrale Spiel den Bohrung 108 versehen, durch die ein Stempel 110 zwischen dem Umhüllungsrohr 20 und den Spaltstoffeinsetzbar ist. Wie in Fig. 4 und 5 gezeigt ist, ist eine 15 pellets 22 bis zu 0,0381 mm bei den vorangehend allgemein mit 112 bezeichnete Klemmvorrichtung auf gegebenen Abmessungen. Wenn die Abstandsscheiben der Bettplatte 78 befestigt, in die der Stempel 110 ein- etwas größer gemacht werden, können sich die Spaltgespannt werden kann, um während bestimmter Stoffpellets 22 in jedem Abteil 36 des Spaltstoff-Stufen des Streckvorgangs eine Längsbewegung des- elements 24' frei in der Längsrichtung des Abteils 36' selben zu verhindern. Die Klemmvorrichtung 112 ist 20 bewegen, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Bei der zuletzt beder vorangehend beschriebenen Klemmvorrichtung 74 schriebenen Anordnung wird das Strecken so lange zur Sicherung des äußeren Endes des Spaltstoff- fortgesetzt, bis der Hohlraum 40 jedes Abteils 36' elements 24 gegen eine Längsbewegung ähnlich. Die etwa 4,0640 mm in der Längsrichtung für ein Abteil Klemmvorrichtung 112 ist zwischen den Seitenteilen mit einer Länge von etwa 20 cm beträgt. Dies ist für 94 und 96 der beweglichen Halterung 68 angeordnet, 25 die Pelletausdehnung unter maximalen Drücken des um die Längsbewegung der letzteren nicht zu be- Reaktors mehr als ausreichend, jedoch andererseits hindern. geringfügig genug, um einen Bruch des Rohres im

Nach dem anfänglichen, in Verbindung mit Fig. 1 Bereich der maximalen Betriebsdrücke des Reaktors

beschriebenen Zusammenbau des Spaltstoffelements zu verhindern.

24 wird dieses in die Streckeinrichtung 70, wie in 30 Andererseits kann mit den vorangehend be-Fig. 4 und 5 dargestellt ist, eingesetzt. Das Strecken schriebenen Abmessungen die Anordnung so getroffen des Spaltstoffelements 24 kann beispielsweise derart werden, daß die Pellets 22 einzeln durch die Innengeschehen, daß der Stempel 110 durch die Ringmutter wandung des Umhüllungsrohres 20" (Fig. 3) erfaßt 60 hindurch in das offene Ende des Umhüllungsrohres werden. Dies kann dadurch geschehen, daß dem Um- 20 eingesetzt und an dem zugekehrten Ende der 35 hüllungsrohr 20" eine geringfügige zusätzliche Deh-Säule aus Spaltstoffpellets 22 und Abstandsscheiben nung mitgeteilt wird. Hierdurch werden die Pellets 22 32 zur Anlage gebracht wird. Vor dem ersten Streck- innerhalb jedes Spaltstoffelementabteils 36" durch das Vorgang wird der Stempel 110 in dieser Lage durch Umhüllungsrohr 20" erfaßt und voneinander in der in das Festziehen der Klemmvorrichtung 112 fest- Fig. 3 gezeigten Weise in Abstand gebracht,
gespannt. 40 Nach der Durchführung der vorangehend be-

Hierauf wird die Antriebsvorrichtung 106 betätigt, schriebenen Streckvorgänge wird das Spaltstoffum dem Treibschaft 88 eine lineare Bewegung mit- element 44 oder 24' aus der Streckeinrichtung 70 zuteilen, wodurch die Halterung 68 und das Klemm- herausgenommen und auf die gewünschte Länge futter 52 nach links bewegt werden. Bei den an- derart zugeschnitten, daß der erweiterte Endteil 50 gegebenen Abmessungen für das Umhüllungsrohr 20, 45 in Wegfall kommt. Das offene Ende des Umhüllungsdie Spaltstoffpellets 22 und die Abstandsscheiben 32 rohres wird durch einen Endstopfen 114, der dem wird die Streckbewegung des Treibschaftes 88 so vorangehend beschriebenen Endstopfen 26 ähnlich ist, lange fortgesetzt, bis das Umhüllungsrohr 20 eine verschlossen. Der Endstopfen 114 wird mit dem bleibende Längung von etwa 1 °/o erfahren hat. Durch bisher offenen Ende des Umhüllungsrohres 20 durch diese Streckung des Umhüllungsrohres 20 wird dessen 50 eine ringförmige dichtende Schweißnaht 116 verInnendurchmesser bis auf 7,6708 mm verkleinert. bunden. Wenn zwischen dem inneren Ende 118 und Diese Abmessung ist geringfügig größer als der dem dem Ende am nächsten gelegenen Spaltstoff-Durchmesser der Abstandsscheiben 32, um eine Be- pellet 22 a ein Hohlraum bleibt, wird dieser durch das wegung des Umhüllungsrohres 20 relativ zu den Ab- Einsetzen einer oder mehrerer Abstandsscheiben 120 Standsscheiben zu ermöglichen. 55 ausgefüllt.

Wie erwähnt, ist der Durchmesser der Abstands- Wie erwähnt, ist jede der Abstandsscheiben 32 mit scheiben 32 geringfügig größer als derjenige der einer Hartlötlegierung überzogen worden. Nach den Pellets 22. Dementsprechend wird die erste Streck- Streckvorgängen und dem Verschließen des offenen stufe unterbrochen, unmittelbar bevor das Um- Endes des Umhüllungsrohres 20 wird das Spaltstoffhüllungsrohr in seinem Durchmesser so stark ver- 60 element in einen Ofen gebracht und auf eine Hartlötringert wird, daß es auf den Abstandsscheiben 32 temperatur von 1010 bis 1038° C erhitzt, welche ausaufliegt, reicht, die vorerwähnte Hartlötlegierung zum Schmel-

Anschließend an diesen ersten Streckvorgang wird zen zu bringen und die Abstandsscheiben 32 mit der

die Klemmvorrichtung 112 gelöst und der Stempel Innenwandung des Umhüllungsrohres 20' oder 20"

110 aus dem offenen Ende des Umhüllungsrohres 20 65 hermetisch zu verbinden. Auf diese Weise wird jedes

herausgezogen. Nach dem Herausnehmen des Stern- Spaltstoffelement Abteil 36' bzw. 36" hermetisch von

pels wird das Umhüllungsrohr von neuem einer den übrigen Abteilen abgedichtet. Bei einem Bruch

Längung durch die Streckeinrichtung 70 unterzogen. des Umhüllungsrohres 20' oder 20" an einem der

Abteile wird aus einem anderen Abteil kein radioaktives Material freigesetzt.

Die Erfindung ist nicht auf die vorangehend beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern kann innerhalb ihres Rahmens beliebigeAbänderungenerfahren.Beispielsweisebrauchen das Umhüllungsrohr 20 und die SpaltstofEpellets 22 keinen kreisförmigen Querschnitt zu haben, sondern es können auch andere geeignete Formen, z. B. ein plattenförmiges Spaltstoffelement, verwendet werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Zur Verwendung in einem heterogenen Kernreaktor geeignetes Spaltstoffelement, bei dem mehrere Spaltstoffpellets hintereinander in einem an beiden Enden verschlossenen Umhüllungsrohr angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils benachbarte Spaltstoffpellets im Abstand voneinander angeordnet sind und daß zur Fixierung dieser Anordnung das Umhüllungsrohr zur festen Anlage an die Spaltstoffpellets gestreckt ist.

2. Spaltstoffelement nach Anspruch 1, in welchem die in dem Umhüllungsrohr befindlichen Spaltstoffpellets in Abteilen angeordnet sind, die durch Abstandsscheiben voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltstoffpellets im Abstand von diesen Scheiben angeordnet sind und daß das Umhüllungsrohr zur festen Anlage sowohl an die Abstandsscheiben als auch an die Spaltstoffpellets gestreckt ist.

3. Spaltstoff element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsscheiben mit der Innenwandung des Umhüllungsrohres mittels Dichtungsmittel verbunden sind.

4. Spaltstoffelement nach Anspruch 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltstoffpellets einen kleineren Durchmesser als die Abstandsscheiben besitzen.

5. Brennstoffelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Endverschlüssen des Umhüllungsrohres benachbarten Spaltstoffpellets im Abstand von diesen Endverschlüssen angeordnet sind.

6. Spaltstoffelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltstoffpellets einen kleineren Durchmesser als die Endstopfen, die das Umhüllungsrohr an beiden Enden verschließen, besitzen.

7. Vorrichtung zum Strecken eines Spaltstoffelements nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die eine lange Grundplatte, eine Klemmvorrichtung an einem Ende dieser Bettplatte, ein beweglich angeordnetes Klemmfutter am anderen Ende dieser Bettplatte und Einrichtungen, um das Klemmfutter längs dieser Bettplatte zu verschieben, aufweist, gekennzeichnet durch eine sich durch das Klemmfutter (52) erstreckende Bohrung (54), einen in diese Bohrung einsetzbaren Stempel (110) und eine zweite, starr auf der Bettplatte (78) neben dem Klemmfutter befestigte Klemmvorrichtung (112), in der das eine Ende des Stempels fest eingespannt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein Klemmfutter (52), das eine durchgehende Längsbohrung aufweist, in der ein Rohrende eingespannt werden kann, durch einen an dem Klemmfutter (52) befestigten Anschlag, durch eine Halterung (68), die einen Teil des Klemmfutters bildet und die bis zur Anlage an den Anschlag eingesetzt werden kann, wobei die Halterung einen Kanal aufweist, der mit der Längsbohrung des Klemmfutters in Verbindung steht, und durch einen durch den Kanal der Halterung und die Bohrung des Klemmfutters einsetzbaren Stempel.

9. Verfahren zum Herstellen eines Spaltstoffelements nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Umhüllungsrohr nach Einbringen der Spaltstoffpellets der Länge nach so lange gestreckt wird, bis das Umhüllungsrohr fest an den im Abstand voneinander angeordneten Spaltstoffpellets anliegt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Streckung des Umhüllungsrohres in einer horizontalen Stellung desselben erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Umhüllungsrohr so lange gestreckt wird, bis jeder der Abstände zwischen den einzelnen Spaltstoffpellets gleich der maximalen unterschiedlichen thermischen Ausdehnung der Spaltstoffpellets und des Umhüllungsrohres ist.

12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Streckung des Umhüllungsrohres die Spaltstoffpellets abwechselnd mit Abstandsscheiben in das Rohr eingeschoben werden und daß das Umhüllungsrohr zunächst in Längsrichtung, während die aus Spaltstoffpellets und Abstandsscheiben bestehende Säule im Inneren des Rohres mittels eines Stempels zurückgehalten wird, so lange gestreckt wird, bis die Innenwand des Umhüllungsrohres mit den Abstandsscheiben in Eingriff kommt, daß hierauf das Umhüllungsrohr ohne Zurückhalten der Säule weiter gestreckt wird, bis die Innenwand dicht an den Abstandsscheiben anliegt, und daß ein kontinuierliches Strecken des Rohres weiter erfolgt, bis dessen Innenwand dicht an jedem der Spaltstoffpellets anliegt und die Spaltstoffpellets voneinander und von den Abstandsscheiben einen Abstand besitzen, worauf die Enden des Umhüllungsrohres verschlossen werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 825 689.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen