DE1133046B - Verfahren zur Herstellung eines Kernreaktor-Brennstoffelementes - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

U7335Vmc/21g

ANMELDETAG: ₂L JULI 1960
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 12. JULI 1962

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Kernreaktor-Brennstoffelementes, dessen Brennstoffmasse in einem Schutzbehälter eingeschlossen ist.

Es ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Brennstoffbehälter nach Einführung des Spaltmaterials evakuiert wird, mit Hilfe eines Druckstoßes eines inerten Gases unter Schutzgas geschmolzenes Magnesium (oder Mg-Legierung) in den Zwischenraum zwischen dem Spaltstoffkörper und der Innenwandung des Brennstoffbehälters eingepreßt und das Füllende des Brennstoffbehälters unter Zuhilfenahme eines Stahlstopfens durch Verschweißen verschlossen wird.

Ferner ist ein Verfahren zum Verschließen eines Brennstoffbehälters bekannt, bei dem die Verschweißung des Verschlußstopfens mit dem Brennstoffbehälter durch Hochfrequenzenergie in einer inerten Gasatmosphäre vorgenommen wird. Durch die Anwendung einer inerten Gasatmosphäre wird die Luftzufuhr beim Verschweißprozeß unterbunden.

Es ist auch ein Verfahren zum Evakuieren, Gaseinfüllen und Verschließen von Spaltstoffstäben für Kernreaktoren vorgeschlagen worden, bei dem in einem mit Schutzgas beaufschlagten Raum eines Porogasschutzes die Evakuierung, die Füllung des Brennstoffbehälters mit Helium und das Aufsetzen des Behälterverschlusses zum anschließenden Verschweißen vorgenommen wird. Auch hier wirkt das Helium im Gasraum als Sperrschicht, da es das Austreten des in die Hülle eingeleiteten Heliums und das Eindringen von Luft verhindert.

Es ist seit langem üblich, Helium in Brennstoffelemente der obengenannten Bauart einzuschließen oder einzukapseln, wobei das Helium einerseits für die Wärmeübertragung zwischen der Brennstoffmasse und der Hülle und andererseits als Indikator zur Feststellung von Leckstellen in der Hülle (massenspektrometrischer Nachweis von Helium) benutzt wird. Bei mit einer Hülle aus einer Magnesiumlegierung versehenen Uranstäben wird Helium nur noch für die Ermittlung von Leckstellen verwendet, wozu relativ geringe Mengen von Helium benötigt werden. Es wird dabei so verfahren, daß das Brennstoffelement zunächst über ein offenes Ende seiner Hülle evakuiert und dann mit Helium bis zu einem Druck von 250 mm Hg gefüllt wird, woraufhin eine provisorische Abdichtung über dem offenen Ende der Hülle angebracht wird und schließlich eine endgültige Abdichtung dieses offenen Endes mit einer End- bzw. Verschlußkappe erfolgt, wobei eine abdichtende Randverschweißung mit der Hülle hergestellt wird.

Es ist festgestellt worden, daß die provisorische Verfahren zur Herstellung
eines Kernreaktor-Brennstoffelementes

Anmelder:

United Kingdom Atomic Energy Authority, London

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,
Siegen, Oranienstr. 14

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 24. Juli 1959 (Nr. 25 470)

Frank Butler, London,
ist als Erfinder genannt worden

Abdichtung zum Undichtwerden neigt, so daß Luft in die Hülle eintreten kann. In einem solchen Fall können bei Erhitzung in der Hülle Drücke entstehen, welche die Hülle von der Brennstoffmasse trennen. Diese Drücke können zu örtlichen Uberhitzungen und zum teilweisen Freisetzen der Hülle aus den Verriegelungsnuten in der Brennstoffmasse, in die die Hülle durch äußere Druckanwendung eingedrückt worden ist, führen.

Das Verfahren zur Herstellung eines Kernreaktor-Brernistoffelementes, dessen Brennstoffmasse in einem Schutzbehälter eingeschlossen ist, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzbehälter nach dem Einbringen der Brennstoffmasse zunächst evakuiert wird, dann mit einem überwiegend aus Sauerstoff bestehenden Helium-Sauerstoff-Gemisch bis wenigstens auf atmosphärischen Druck gefüllt wird, anschließend der Schutzbehälter vollständig abgedichtet und schließlich das Brennstoffelement erhitzt wird, so daß der Sauerstoff von der Brennstoffmasse aufgenommen wird.
Bei diesem Verfahren nach der Erfindung kann eine weniger betriebssichere provisorische Abdichtung vor der endgültigen Abdichtung verwendet werden, da kein Druckunterschied an der provisorischen

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Abdichtung besteht und somit nicht die Gefahr des Eindringens von Luft und von inertem Gas vorhanden ist, wenn die Abdichtung durch Lichtbogenschweißung unter einem Schutzmantel von inertem Gas, wie beispielsweise Argon, erfolgt.

Durch die Abwanderung des Sauerstoffs in die Brennstoffmasse verbleibt nur eine geringe Menge von Leckstellenprüfgas (nämlich Helium) innerhalb der Hülle, und somit wird bei einer erneuten Erwärmung kein Überdruck in der Hülle erzeugt. Bei der eingangs erwähnten bekannten Verfahrenstechnik ermöglicht eine undichte Stelle an der provisorischen Abdichtung den Eintritt von Stickstoff aus der Luft. Stickstoff wird von der Brennstoffmasse nicht so leicht aufgenommen, so daß in der Hülle beim Erhitzen ein Überdruck auftritt, der sich nachteilig auswirkt.

Ein geeignetes Helium-Sauerstoff-Gemisch besteht aus 5 Volumprozent Helium und 95 Volumprozent Sauerstoff. Der Sauerstoff bewirkt eine sehr schwache Oxydation der Oberfläche der Brennstoffmasse. Die Dicke dieser Oxydschicht beträgt jedoch nur wenige Angström, die hinsichtlich der Wärmeübertragung zwischen Brennstoffmasse und Hülle nur von geringer Bedeutung ist.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Herstellung eines Kernreaktor-Brennstoffelementes, dessen Brennstoffmasse in einem Schutzbehälter eingeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzbehälter nach dem Einbringen der Brennstoffmasse zunächst evakuiert wird, dann mit einem überwiegend aus Sauerstoff bestehenden Heh'um-Sauerstoff-Gemisch bis wenigstens auf atmosphärischen Druck gefüllt wird, anschließend der Schutzbehälter vollständig abgedichtet und schließlich das Brennstoffelement erhitzt wird, so daß der Sauerstoff von der Brennstoffmasse aufgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Helium-Sauerstoff-Gemisch aus 5 °/o Helium und 95 °/o Sauerstoff besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1011 536;
französische Patentschrift Nr. 1183 448.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1066 287.

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