DE1148028B

DE1148028B - Nuclear reactor fuel element and process for its manufacture

Info

Publication number: DE1148028B
Application number: DEU6388A
Authority: DE
Inventors: Robert Eugene Droegkamp; Arthur Fremont Steeves; Frederick George Stengel
Original assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Current assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Priority date: 1958-07-28
Filing date: 1959-07-28
Publication date: 1963-05-02
Also published as: GB903580A; FR1233784A

Description

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

U6388Vmc/21gU6388Vmc / 21g

ANMELDETAG: 28. JULI 1959REGISTRATION DATE: JULY 28, 1959

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 2. MAI 1963NOTICE THE REGISTRATION AND ISSUE OF EDITORIAL: MAY 2, 1963

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffelement für einen Kernreaktor, das einen länglichen, ebenen metallischen Kern aus spaltbarem Material aufweist, der von einem aus Seitenteilen, Endteilen, Deckel und Boden bestehenden Metallmantel umgeben ist, und dieser Metallmantel mit dem Brennstoffkern metallurgisch verbunden ist.The invention relates to a fuel element for a nuclear reactor, which has an elongated, flat has metallic core made of fissile material, which is supported by one of side parts, end parts, cover and the bottom of the existing metal jacket is surrounded, and this metal jacket is surrounded by the fuel core is metallurgically connected.

Brennstoffelemente dieser Art sind zur Verwendung in einem Kernreaktor geeignet, in dem die spaltbaren Isotope U 233, U 235 und Pu 239 einer Kettenreaktion unterworfen werden. Dabei kann das spaltbare Isotop U 233 aus Thorium 232 erhalten werden, das als Brutstoff in dem Mantel eines Kernreaktors verwendet wird.Fuel elements of this type are suitable for use in a nuclear reactor in which the fissile Isotopes U 233, U 235 and Pu 239 are subjected to a chain reaction. In doing so, the fissile Isotope U 233 can be obtained from thorium 232, which is used as breeding material in the jacket of a nuclear reactor will.

In einem heterogenen Reaktor, in welchem das Spaltmaterial vom Moderator und vom Kühlmittel getrennt gehalten wird, können die obenerwähnten spaltbaren Materialien und Brutstoffe innerhalb des Reaktorgefäßes in Form von Stäben oder Platten aufgehängt werden, wobei jeder Stab bzw. jede Platte in einem geeigneten, eng sitzenden Mantel aus korrosionsbeständigem Material eingeschlossen ist. Um die Neutronenabsorption auf ein Mindestmaß herabzusetzen, wird das Brennstoffumhüllungsmaterial zweckmäßig aus Zirkon oder aus einer Zirkonlegierung oder aus einem anderen Material hergestellt, das einen verhältnismäßig niederen Neutronenabsorptionsquerschnitt besitzt. Dieses Material muß zusätzlich gut wärmeleitend sein und eine metallurgische Bindung mit dem Spaltmaterial eingehen können, um eine optimale Wärmeübertragung von dem Brennstoffelement zu dem umgebenden Kühlmittel zu gewährleisten.In a heterogeneous reactor, in which the fissile material from the moderator and the coolant is kept separate, the above-mentioned fissile materials and breeding materials within the Reactor vessel in the form of rods or plates are suspended, each rod or plate in a suitable, tight-fitting jacket of corrosion-resistant material is enclosed. To the Minimizing neutron absorption becomes the fuel cladding material expediently made of zirconium or of a zirconium alloy or of another material, which has a relatively low neutron absorption cross-section. This material must also be have good thermal conductivity and can form a metallurgical bond with the fissile material, in order to achieve optimal heat transfer from the fuel element to the surrounding coolant guarantee.

Es ist bereits ein Spaltstoffelement bekannt, bei dem der Spaltstoff in ein Rahmenstück eingepaßt und dieses Rahmenstück zusammen mit dem Spaltstoff von einem Unterteil und einem Oberteil abgedeckt wird. Die aufeinandergelegten Stücke werden heiß ausgewalzt und unter Verwendung eines Hartlötmittels erhitzt, um eine gute metallurgische Verbindung zwischen Spaltstoff und Aluminiumhülle zu erzielen. Bei der Herstellung dieses bekannten Brennstoffelements muß das spaltbare Material in eine Aussparung eingesetzt werden, die für diesen Zweck aus einer vollen Platte herausgearbeitet wurde, welche gewöhnlich aus Zirkon oder einer Zirkonlegierung besteht, so daß ein Rahmenstück gebildet wird. Dieses Herstellungsverfahren ist zeitraubend und teuer, der Materialverschleiß ist dabei groß.A fissile material element is already known in which the fissile material is fitted into a frame piece and this frame piece covered together with the fissile material from a lower part and an upper part will. The stacked pieces are hot rolled out and using a braze agent heated to create a good metallurgical bond between the fissile material and the aluminum shell achieve. In the manufacture of this known fuel element, the fissile material must be in a Recess can be used, which was worked out for this purpose from a full plate, which usually made of zirconium or a zirconium alloy so that a frame piece is formed. This manufacturing process is time-consuming and expensive, and the material wear is great.

Bei einer anderen Anordnung besteht die Ummantelung des Brennstoffelements aus zwei Hüllplatten, von denen jede eine Ausnehmung aufweist, Kernreaktor-Brennstoffelement und Verfahren zu seiner HerstellungIn another arrangement, the jacket of the fuel element consists of two cladding plates, each having a recess, nuclear reactor fuel element, and method of making the same

Anmelder:Applicant:

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

Vertreter: Dr.-Ing. W. Abitz, Patentanwalt, München 27, Gaußstr. 6Representative: Dr.-Ing. W. Abitz, patent attorney, Munich 27, Gaußstr. 6th

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 28. Juli 1958 (Nr. 751 574)Claimed priority: V. St. v. America, July 28, 1958 (No. 751 574)

Robert Eugene Droegkamp, Pittsburgh, Pa., Arthur Fremont Steeves, Schenectady, N. Y.,Robert Eugene Droegkamp, Pittsburgh, Pa., Arthur Fremont Steeves, Schenectady, N. Y.,

und Frederick George Stengel,and Frederick George Stengel,

Venetia, Pa. (V. St. A.), sind als Erfinder genannt wordenVenetia, Pa. (V. St. A.) have been named as inventors

die aus den gegenüberliegenden Flächen der Hüllplatten herausgearbeitet sind, wobei die Ausnehmungen zusammen eine ausreichende Tiefe haben, damit sie das Spaltmaterial bzw. die Platte nach dem Einsetzen zwischen den Hüllplatten völlig umgeben. Die Materialverluste sind bei dieser Verfahrensweise sehr groß. Dies erhöht insbesondere, wenn Zirkon oder eine Zirkonlegierung verwendet wird, die Herstellungskosten des Baustoffelements wesentlich. Es wurde bereits vorgeschlagen, die Bearbeitung dadurch zu erleichtern, daß die Zwischenplatte oder der Rahmen aus Seiten- und Endteilen gebildet werden, die im wesentlichen die gleiche Erstreckung wie die Kanten der Brennstoffplatte besitzen. Bei dieser Anordnung ist kein Ausnehmen erforderlich. Die Stoßstelle zwischen den Enden des Spaltmaterials und der benachbarten Umhüllung oder Ummantelung wird jedoch während des Walzvorgangs stark verwunden. Dies hat zur Folge, daß zwischen dem Spaltmaterial und der Ummantelung an der Verbindungsstelle und insbesondere zwischen den einzelnen Teilen des Ummantelungsrahmens, die an diese Verbindungsstelle angrenzen, keine zuverlässigen Bin-those from the opposite surfaces of the cladding panels are worked out, the recesses together have a sufficient depth so they completely surround the gap material or the plate after insertion between the cladding plates. the Material losses are very large with this procedure. This especially increases when zirconia or a zirconium alloy is used, the manufacturing costs of the building material element are significant. It has already been proposed to facilitate processing in that the intermediate plate or the frame can be formed from side and end parts which have essentially the same extension as own the edges of the fuel plate. With this arrangement, no gutting is required. the Joint between the ends of the gap material and the adjacent cladding or casing however, it is severely twisted during the rolling process. This has the consequence that between the Gap material and the sheathing at the junction and in particular between the individual Parts of the sheathing frame that adjoin this connection point do not provide reliable binding

309 578/209309 578/209

3 43 4

düngen erzielt werden. Die Gefahr, daß gefährliche Fig. 11 zeigt eine auseinandergezogene Darstellungfertilize can be achieved. The danger that dangerous Fig. 11 shows an exploded view

Spaltprodükte aus dem Brennstoffelement in das um- einer anderen Ausfüfrrungsfoon des erfindungsgemä-Cleavage products from the fuel element in the surrounding of another embodiment of the invention

gebende Kühlmittel austreten, wird auf diese Weise ßen Brennstoffelements, undgiving coolant leak, is in this way ßen fuel element, and

erhöht. Fig. 12 zeigt eine Seitenansicht des in Fig. 11 dar-elevated. FIG. 12 shows a side view of the illustrated in FIG.

Gemeinsame Nachteile der nach den genannten 5 gestellten Brennstoffelements.Common disadvantages of the fuel element provided according to the above 5.

bekannten Verfahren hergestellten Brennstoffelemente Das in den Fig. 1 bis 5 dargestellte erfindungsbestehen darin, daß, wenn sie gewalzt werden, um gemäße Brennstoffelement 18 weist eine Masse 20 aus ihre Dicke zu verringern, Ausbauchungen und ahn- Kernbrennstoff, die zu einem im wesentlichen rechtliche Verformungen zwischen Hülle und Spaltstoff eckigen Körper geformt ist, und eine eng anliegende entstehen. Dadurch wird die Zahl der Ausschuß- io Umhüllung auf, die allgemein mit 22 bezeichnet ist stücke erhöht und das Einhalten genauer Toleranzen (Fig. 2). Wie sich am besten aus den Fig. 3 bis 5 stark erschwert. Eine Verformung zwischen den ergibt, besteht die Umhüllung 22 aus einem Rahmen-Brennstoffelementbauteilen tritt in der Hauptsache teil 24 und einem oberen sowie einem unteren Hüllan denjenigen Stoßstellen auf, die quer zur Walzrich·· glied 26 bzw. 28. Der Umhüllungsrahmen 24 ist mit tang verlaufen. 15 einer im wesentlichen rechteckigen Öffnung 30 ver-Gemäß der Erfindung werden diese Nachteile be- sehen, in die die Spaltmaterialmasse 20, wie nachkannter Spaltstoffelemente durch abgeschrägt aus- stehend beschrieben, eingesetzt wird. Zusätzlich weist gebildete Enden des Brennstoffkerns beseitigt, die in der Umhüllungsrahmen 24 zwei Endglieder 32, 34 entsprechend ausgebildeten komplementären abge- auf, die an ihren gegenüberliegenden Kanten mit schrägten Vertiefungen der Endteile des Mantels 20 V-förmigen Nuten 36, 38 versehen sind. Der Umhüleingreifen. Dadurch wird eine Bindung zwischen den lungsrahmen 24 wird durch zwei Seitenglieder 40, 42 Bauteilen des Spaltstoffelements mit geringstmög- vervollständigt, welche sich verjüngende oder abgelicher Ausbauchung während des Walzvorgangs an schrägte Enden 44, 46 aufweisen. Wie sich am besten den Verbindungsstellen erreicht, die quer zur Walz- aus den Fig. 1 und 3 ergibt, sind die Enden 44 der richtung verlaufen. Ferner wird durch die Vergröße- 25 Seitenglieder 40, 42 in die V-förmige Nut 36 des rung der aneinanderliegenden Flächen der Verbin- Endgliedes 32 einsetzbar, während die Enden 46 der dungssteile während des Walzvorgangs eine herme- Seitenglieder in ähnlicher Weise in die V-förmige Nut tisch dichtende metallurgische Bindung zwischen des Endgliedes 34 einsetzbar sind, den Bestandteilen der BrennstoffurohüUung gewähr- Die Spaltmaterialmasse 20 ist ebenfalls mit abgeleistet und eine ähnliche Bindung zwischen dem 30 schrägten Endteilen 48,50 versehen, welche in die Spaltmaterial und den angrenzenden Umhülhmgs- V-förmigen Nuten 36, 38 der Endglieder 32, 34 einelementen erreicht, so daß der Wärmeübergangs- gesetzt werden. Wenn die Spaltmaterialmasse 20 und koeffizient so klein wie möglich wird. die Elemente des Umhüllungsrahmens 24 derart zu-An Hand der Zeichnungen wird die Erfindung bei- sammengebaut werden, daß sich die Brennstoffmasse spielsweise näher erläutert. 35 20 zwischen den Seitengliedern 40, 42 befindet, wird Fig. 1 zeigt eine auseinandergezogene schaubild- ein Gebilde von gedrängter Form und engem Sitz liehe Darstellung einer Ausführungsform des erfin- erhalten, wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist. Für dungsgemäßen Brennstoffelements, wobei Teile für diesen Zweck haben die abgeschrägten Endteile 44, die Zwecke der Darstellung weggenommen sind; 46 der Seitenglieder und die Endteile 48, 50 der Fig. 2 zeigt eine Draufsicht des in Fig. 1 gezeigten 40 Brennstoffmasse 20 die gleiche Form, und die jewei-Brennstoffelements; ligen V-förmigen Nuten 36, 38 sind in ähnlicher Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht des in Fig. 1 dar- Weise für engen Sitz und das komplementäre Eingestellten Brennstoffelements-, welches jedoch zusatz- setzen der vorerwähnten abgeschrägten Endteile auslich ein oberes und ein unteres Umhüllungselement gebildet. Außerdem haben die Glieder des Umhülaufweist; 45 lungsrahmens 24 und die Brennstoffmasse 20 die Fig. 4 zeigt eine teilweise auseinandergezogene gleiche Dicke, und die seitlichen Innenkanten 52, 54 schaubildliche Darstellung des in Fig. 1 gezeigten der Seitenglieder 40, 42 sowie die Seitenkanten 56, Brennstoffelements, jedoch hier in Verbindung mit 58 der Brennstoffmasse sind derart bearbeitet oder in einer abgedichteten, während der Herstellung des anderer Weise geformt, daß sich eine Anlage mit Brennstoffelements verwendeten Ummantelung; 50 engem Sitz zwischen diesen Teilen ergibt, wenn sie inFuel elements produced by known methods exist in accordance with the invention shown in FIGS. 1 to 5 in that, when they are rolled around, the fuel element 18 has a mass 20 reduce their thickness, bulges and ahn- nuclear fuel, which become an essentially legal one Deformations between envelope and fissile material angular body is formed, and a tight fit develop. This increases the number of scrap envelopes, generally designated 22 pieces increased and adherence to precise tolerances (Fig. 2). As can best be seen from FIGS. 3 to 5 very difficult. A deformation between the results, the envelope 22 consists of a frame fuel element components occurs mainly part 24 and an upper and a lower shell those abutments that are transverse to the rolling mill ·· member 26 or 28. The casing frame 24 is with tang. According to the invention, these disadvantages are seen, in which the gap material mass 20, as seen later Fissile material elements described by sloping protruding, is used. Additionally points eliminated ends of the fuel core formed in the cladding frame 24 two end members 32, 34 appropriately designed complementary ab- on, which on their opposite edges with inclined depressions of the end parts of the shell 20 V-shaped grooves 36, 38 are provided. The encasement. This creates a bond between the ventilation frame 24 by means of two side members 40, 42 Components of the fissile material element with the least possible completion, which are tapered or flattened Have bulging at inclined ends 44, 46 during the rolling process. How best to reaches the connection points, which results transversely to the rolling from FIGS. 1 and 3, the ends 44 are the run direction. Furthermore, the enlargement 25 side members 40, 42 in the V-shaped groove 36 of the tion of the abutting surfaces of the connecting end member 32 can be used, while the ends 46 of the during the rolling process, insert a herme- side link in a similar manner into the V-shaped groove table-sealing metallurgical bond between the end link 34 can be used, The components of the fuel supply guarantee the fissile material mass 20 is also served and a similar bond between the 30 tapered end portions 48, 50 which is inserted into the Gap material and the adjacent Umhülhmgs- V-shaped grooves 36, 38 of the end members 32, 34 one elements reached so that the heat transfer can be set. When the gap material mass 20 and coefficient becomes as small as possible. the elements of the cladding frame 24 so to-An With reference to the drawings, the invention will be assembled so that the fuel mass for example explained in more detail. 35 20 is located between the side members 40, 42 is Fig. 1 shows an exploded diagram- a structure of compact shape and tight fit loan representation of an embodiment of the invention, as shown in FIGS. 2 and 3 is shown. For fuel element according to the invention, parts for this purpose having beveled end parts 44, the purposes of illustration have been removed; 46 of the side members and the end portions 48, 50 of the Fig. 2 shows a plan view of the fuel mass 20 shown in Fig. 1, the same shape, and the respective fuel element; Ligen V-shaped grooves 36, 38 are similar in Fig. 3 shows a side view of the in Fig. 1-way for tight fit and the complementary set Fuel element, which, however, supplements the aforementioned beveled end parts an upper and a lower covering element are formed. In addition, the limbs of the envelope have; 45 lungsframe 24 and the fuel mass 20, FIG. 4 shows a partially exploded equal thickness, and the lateral inner edges 52, 54 Diagram of the side members 40, 42 shown in FIG. 1 and the side edges 56, Fuel elements, but here in connection with 58 of the fuel mass, are processed in this way or in a sealed, molded during manufacture of the other way that an attachment is made with Fuel element used sheathing; 50 results in a close fit between these parts when they are in

Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht des in Fig. 4 darge- der in Fig. 2 gezeigten Weise vereinigt werden.FIG. 5 shows a side view of the manner shown in FIG. 4 in the manner shown in FIG. 2.

stellten Brennstoffelement- und Abdichtungsmantel- Wie sich aus dem Nachfolgenden ergibt, wird derpresented fuel element and sealing jacket- As can be seen from the following, the

aggregate; besondere Winkel der abgeschrägten Endteile 44, 46aggregates; particular angles of the beveled end portions 44,46

Fig. 6 A und 6 B zeigen eine Stoßstelle zwischen der Seitenglieder 40, 42 und der abgeschrägten End-Fig. 6 A and 6 B show a joint between the side members 40, 42 and the beveled end

den in Fig. 1 bis 5 gezeigten Umhüllungselementen, 55 teile 48, 50 der Brennstoffmasse 20 so gewählt, daßthe wrapping elements shown in Fig. 1 to 5, 55 parts 48, 50 of the fuel mass 20 selected so that

wobei die Stoßstelle vor und nach der Streckung eine übermäßige Wölbung oder Verformung derjeni-where the joint before and after the stretching shows excessive bulging or deformation of the

des Brennstoffelements dargestellt ist; gen Bereiche des Brennstoffelements verhindert wird,of the fuel element is shown; in areas of the fuel element is prevented,

Fig. 7 A und 7 B zeigen weitere Ausbildungen der welche den zugeordneten V-förmigen Nuten 36, 38FIGS. 7 A and 7 B show further configurations of the associated V-shaped grooves 36, 38

Stoßstelle vor und nach der Streckung; während des bei der Herstellung des Brennstoff-Joint before and after stretching; during the production of the fuel

Fig. 8 A und 8 B zeigen eine weitere Ausführungs- 60 elements angewendeten Walzvorgangs benachbartFIGS. 8A and 8B show a further rolling process used in an adjacent manner

form der Stoßstelle, ebenfalls vor und nach der Strek- sind. Wenn die Brennstoffmasse 20 und die voran-shape of the joint, also before and after the stretch. When the fuel mass is 20 and the

kung; gehend beschriebenen Glieder des Umhüllungsrah-kung; described links of the covering frame

Fig. 9 A und 9 B zeigen eine weitere Ausführungs- mens 24 zusammengebaut werden, kann das erhaltene9A and 9B show a further embodiment 24 can be assembled, the obtained

form für Vergleichszwecke, und zwar vor und nach Gebilde zur leichteren Handhabung gegebenenfallsform for comparison purposes, namely before and after form for easier handling if necessary

der Streckung; 65 zeitweilig mittels Heftschweißstellen 60 an den Stoß-the stretching; 65 temporarily by means of tack welds 60 on the butt

Fig. 10 A und 1OB zeigen eine weitere Ausfüh- stellen zwischen den Seitengliedern 40, 42 und denFIGS. 10A and 10B show a further execution point between the side members 40, 42 and the

rungsform für Vergleichszwecke, und zwar vor und Endgliedern 32, 34 des Umhüllungsrahmens, wie inApproximate form for comparison purposes, namely before and end members 32, 34 of the cladding frame, as in

nach der Streckung; Fig. 2 gezeigt ist, gesichert werden. Auch können dieafter stretching; Fig. 2 is shown to be secured. They can also

5 65 6

obere und die untere Hüllplatte 26 bzw. 28 ebenfalls der Ebene der Walzrichtung während des nachfolgenzeitweilig am Umhüllungsrahmen 24 durch Heft- den. Streckvorgangs dargeboten. Dadurch wird eine Schweißverbindungen 62 (Fig. 3) gesichert werden. noch stärkere Bindung zwischen den Kantenflächen Wie jedoch nachstehend in Verbindung mit den Fig. 4 56,58 und den anliegenden abgeschrägten Flächen und 5 ausgeführt ist, trägt die zeitweilige Sicherung 5 der Eintiefungen 96, 98 erreicht, was sich für den des oberen und des unteren Hüllgliedes 26 bzw. 28 Wärmeübergang günstig auswirkt, in der beschriebenen Weise nicht wesentlich zur vor- Während des Streckvorgangs wird das Brennstoffläufigen Handhabung des Brennstoffelements 18 wäh- element 18 oder 90 notwendigerweise erhitzt, um rend seiner Herstellung bei. seine Verformung zu erleichtern. Deshalb sind Mittelupper and lower casing plates 26 and 28, also in the plane of the rolling direction, during the subsequent temporary on the casing frame 24 by stitching. Stretching presented. This will secure a welded joint 62 (Fig. 3). Even stronger bond between the edge surfaces However, as will be explained below in connection with FIGS. 4 56, 58 and the abutting beveled surfaces 16 and 5, the temporary securing means 5 of the recesses 96, 98 reaches, which is advantageous for that of the upper and lower ones Enveloping member 26 or 28 has a beneficial effect on heat transfer, in the manner described, not essential for the pre- During the stretching process, the fuel-flowing handling of the fuel element 18 or element 18 or 90 is necessarily heated to end its production. to facilitate its deformation. Therefore are means

Zur leichteren Herstellung ist das Brennstoff- 10 vorgesehen, um eine Oxydation des Spaltmaterials 20 element 18 in seiner Form verkürzt und von be- und der verschiedenen Glieder der Brennstoffelementträchtlich größerer Dicke als das gewünschte End- umhüllung 22 zu verhindern. Für diesen Zweck wird produkt. Für das Erzielen der endgültigen Form wird das in den Fig. 1 bis 3 bzw. 11 und 12 dargestellte das Brennstoffelement 18 gestreckt, um seine Dicke Brennstoffelementgebilde in einem allgemein mit 64 zu verringern und die gewünschten Abmessungen des 15 (Fig. 4 und 5) bezeichneten Mantel eingesetzt, der Brennstoffelements herzustellen. Beispielsweise besitzt aus einem hitzebeständigen Material, wie Tinamel, das in den Fig. 1 bis 5 dargestellte vorläufige Brenn- hergestellt ist. Tinamel ist eine Handelsbezeichnung Stoffelementgebilde 18 etwa 35,6 cm Länge, 10,2 cm für eine Legierung aus kohlenstoffarmem Stahl, der Breite und 1,27 cm Dicke. Nach dem Streckvorgang Titan enthält, das Gasblasen des sprödemachenden kann die Länge zwischen 215,9 bzw. 152,4 cm und 20 Stickstoffs verhindert, wenn das Brennstoffelement die Dicke zwischen 1,6 bzw. 3,18 mm schwanken. und die Ummantelung 64 in Verbindung mit demFor ease of manufacture, the fuel 10 is provided which element is reduced by oxidation of the gap material 20 18 in its shape and of loading and of the various members of the Brennstoffelementträchtlich greater thickness than the desired end serving to prevent the 22nd For this purpose product. In order to achieve the final shape, the fuel element 18 shown in FIGS. 1 through 3 or 11 and 12 is stretched to reduce its thickness in a fuel element structure generally at 64 and the desired dimensions of the 15 (FIGS. 4 and 5). designated jacket used to produce the fuel element. For example, it is made of a refractory material such as tinamel, which is provisionally fired as shown in FIGS. 1-5. Tinamel is a trade name for fabric element structure 18 approximately 14 inches long, 4 inches for a low carbon steel alloy, wide and 1.27 inches thick. After the stretching process contains titanium, the gas bubbles of the brittle can prevent the length between 215.9 or 152.4 cm and 20 nitrogen if the thickness of the fuel element fluctuate between 1.6 and 3.18 mm. and the jacket 64 in connection with the

Falls gegen die vorerwähnten Bearbeitungsvor- Walz- oder einem anderen Streckvorgang erhitzt wergänge keine Einwände zu erheben sind, kann die den. Es kann jedoch jeder kohlenstoffarme Stahl Brennstoffelementumhüllung so hergestellt werden, verwendet werden, vorausgesetzt, daß er eine geringe wie dies in den Fig. 11 und 12 dargestellt ist. Bei 25 Blasenbildung zeigt.If against the aforementioned machining pre-rolling or another stretching process who is heated there are no objections to be raised, the den. However, it can be any low carbon steel Fuel element cladding so produced can be used, provided that it has a low as shown in Figs. At 25 shows blistering.

dieser Ausführungsform umfaßt das Brennstoff- Wie sich am besten aus den Fig. 4 und 5 ergibt,This embodiment comprises the fuel As best seen in FIGS. 4 and 5,

element 90 das Spaltmaterial 20, eine obere Hüll- weist der Mantel 64 ein Rahmenglied 66 auf, das mit platte 92 und eine untere Hüllplatte 94. Die obere einer rechteckigen Öffnung 68 versehen ist, die zur und die untere Hüllplatte bilden nach dem Zusam- Aufnahme des Brennstoffelementgebildes dient, das menfügen eine Umhüllung für das Brennstoffelement 30 in der Öffnung engen Sitz haben soll. Die Dicke des 90, wie sich am besten aus Fig. 12 ergibt. Danach Ummantelungsrahmens 66 ist jedoch größer als diewird jedes der Hüllglieder 92, 94 mit einer verhältnis- jenige des vorläufigen Brennstoffelementgebildes einmäßig flachen Eintiefung 96 bzw. 98 versehen. Bei schließlich der Kernbrennstoffplatte 20 und des Umdem dargestellten Aufbau sind die Eintiefungen 96, hüllungsrahmens 24, damit die obere und die untere 98 so ausgebildet, daß sie genau auf der halben Ge- 35 Hüllplatte 26 bzw. 28 der Brennstoffelementumhülsamtfiäche des Spaltmaterials 20 anliegen, so daß lung 22 eingesetzt werden können. Beim zusammennach dem Zusammenfügen die Umhüllungsplatten 92, gefügten Brennstoffelement sind die Oberseite und 94 das Spaltmaterial 20 völlig umschließen. die Unterseite der Hüllplatten 26, 28 bündig mit denelement 90, the gap material 20, an upper envelope, the jacket 64 has a frame member 66 which is provided with plate 92 and a lower envelope plate 94. The upper one is provided with a rectangular opening 68, which to and the lower envelope plate form after being taken together of the fuel element structure is used, which should have a casing for the fuel element 30 in the opening tightly. The thickness of the 90, as best seen in FIG. Thereafter , however, the casing frame 66 is larger than that, each of the casing members 92, 94 is provided with a recess 96 and 98 which is relatively shallow in relation to that of the preliminary fuel element structure. Finally, in the case of the nuclear fuel plate 20 and the structure shown around the depressions 96, the casing frame 24, thus the upper and the lower 98, are designed in such a way that they rest precisely on half the casing plate 26 and 28 of the total surface of the fuel element casing of the fissile material 20 , so that treatment 22 can be used. When the fuel element is joined together after the cladding plates 92 have been joined, the top and 94 completely enclose the gap material 20. the underside of the cladding plates 26, 28 flush with the

Die Eintiefungen 96, 98 sind komplementär zur anliegenden Flächen des Ummantelungsrahmens 66; Oberseite und Unterseite des Spaltmaterials 20, wie in 40 d. h., sie liegen in der gleichen Ebene wie die erwähnden Fig. 11 und 12 gezeigt ist, ausgebildet, so daß ten Flächen, wie in Fig. 5 gezeigt ist, nachdem das jede der Eintiefungen 96,98 mit abgeschrägten End- vollständige Brennstoffelementgebilde nach den wänden 100,102 versehen ist. Wenn die Umhüllungs- Fig. 1 bis 3 in die Öffnung 68 des Ummantelungsglieder 92, 94 gegeneinandergelegt werden, bilden je rahmens 66 eingesetzt worden ist. zwei einander gegenüberliegende Endteile 100,102 45 Hierauf werden die oberen und unteren Mantelzwei entgegengesetzte V-förmige Nuten, in welche die abdeckglieder 70, 72 gegen die anliegenden Seitenabgeschrägten Endteile 50, 48 des Spaltmaterials 20 flächen des Mantelrahmens 66 gelegt, wie sich am eingesetzt werden und engen Sitz haben. Die End- besten aus Fig. 5 ergibt. Die vorerwähnten Abdeckwände 100,102 und die Spaltmaterialenden 50, 48 glieder 70, 72 haben vorzugsweise die gleiche Ersind ebenfalls abgeschrägt. 50 Streckung wie das Mantelrahmenglied 66, um die her-The recesses 96, 98 are complementary to the abutting surfaces of the casing frame 66; The top and bottom of the gap material 20, as shown in FIG. 40, that is, they lie in the same plane as the aforementioned FIGS. 11 and 12, are formed so that the surfaces as shown in FIG , 98 is provided with beveled end complete fuel element formation according to the walls 100,102. When the casing Fig. 1 to 3 are placed against each other in the opening 68 of the casing members 92, 94, each form frame 66 has been used. two opposite end parts 100, 102 45 are then the upper and lower jacket two opposite V-shaped grooves, in which the cover members 70, 72 against the adjacent side sloping end parts 50, 48 of the gap material 20 surfaces of the jacket frame 66 are placed, as are used and narrow Have seat. The final best from Fig. 5 results. The aforementioned cover walls 100, 102 and the gap material ends 50, 48 members 70, 72 preferably have the same shape and are also beveled. 50 stretching like the jacket frame member 66, around the

Bei der Anordnung nach den Fig. 11 und 12 sind metische Abdichtung zu erleichtern. Die Abdeckweniger Bestandteile für die Umhüllung erforderlich, glieder 70, 72 werden außerdem so angeordnet, daß so daß die Verbindung zwischen diesen etwas zuver- die einander gegenüberliegenden Flächen der Mantellässiger ist. Wie erwähnt, ist jedoch zur Herstellung abdeckglieder 70, 72 an den äußeren Seitenflächen der Umhüllungsglieder 92, 94 wesentlich mehr Be- 55 des Mantelrahmens 64 und des oberen und des untearbeitung erforderlich. Die Verwendung der abge- ren Hüllgliedes 26 bzw. 28 der Brennstoffelementschrägten Teile 100, 102 ergibt eine zuverlässige umhüllung 22 anliegen. Wenn die Glieder der Um- ■ metallurgische Bindung zwischen diesen Teilen und mantelung 64 in der beschriebenen Weise zusammenden verjüngten Enden 50, 48 des Spaltmaterials 20, gebaut sind, werden die Mantelabdeckglieder 70, 72 wodurch der Wärmeübergang vom Spaltmaterial auf 60 mit dem Mantelrahmen 66 durch Schweißverbindundie Rahmenglieder 92, 94 verbessert wird. Innerhalb gen 74, 76 dichtend verschweißt, welche die gleiche des Rahmens der Erfindung können auch die Kanten- Erstreckung wie der Außenumfang der Stoßstelle flächen 56, 58 des in Fig. 11 gezeigten Spaltmaterials zwischen dem oberen und dem unteren Mantel- 20 nach Art der Endteile 48 und 50 verjüngt werden. abdeckglied 70 bzw. 72 und dem Mantelrahmen 66 Das gleiche gilt für die anliegenden Kantenflächen 65 hat (s, Fig. 5). Das obere und das untere Mantel- 104,106 der Eintiefungen 96, 98. Bei der letzteren abdeckglied 70 bzw. 72 und die Hüllglieder 26 bzw. Anordnung wird ein wesentlicher Bereich der 28 haben bei dieser Anordnung vor ihrer Verformung Kantenflächen 56, 58, wenn verjüngt (nicht gezeigt), eine Dicke von etwa 0,0254 mm. Die vorerwähntenIn the case of the arrangement according to FIGS. 11 and 12, metallic sealing is to be facilitated. The covering few components required for the covering, members 70, 72 are also arranged so that the connection between them is somewhat more reliable on the opposing surfaces of the jacket. As mentioned, however, the production of cover members 70, 72 on the outer side surfaces of the covering members 92, 94 requires significantly more machining 55 of the jacket frame 64 and of the upper and lower machining. The use of the aboved enveloping members 26 and 28 of the fuel element inclined parts 100, 102 results in a reliable enveloping 22 in contact. When the members of the um- ■ metallurgical bond between these parts and jacket 64 are built in the manner described tapered ends 50, 48 of the gap material 20, the jacket cover members 70, 72 thereby the heat transfer from the gap material to 60 with the jacket frame 66 through Weld joints and frame members 92, 94 are improved. Sealingly welded within gene 74, 76, which is the same as the scope of the invention, the edge extension as the outer circumference of the joint surfaces 56, 58 of the gap material shown in FIG. 11 between the upper and lower casing 20 in the manner of the end parts 48 and 50 are tapered. cover member 70 or 72 and the jacket frame 66 The same applies to the adjacent edge surfaces 65 (s, Fig. 5). The upper and lower casing 104,106 of the recesses 96, 98. In the case of the latter cover member 70 and 72 and the envelope members 26 and arrangement, a substantial area of the 28 will have edge surfaces 56, 58 in this arrangement before they are deformed, if tapered ( not shown), a thickness of about 0.0254 mm. The aforementioned

7 87 8

Schweißverbindungen 74,76 können beispielsweise den Walzen hindurchgeführt, welche mit einem Druck durch Wolframbogenschweißung hergestellt werden. von 45 360 kg/cm² gegeneinandergedrückt werden. Wenn der Mantel 64 auf diese Weise hermetisch Die Walzen werden dabei in an sich bekannter Weise abgedichtet ist. wird dessen Inneres und damit das in Drehung versetzt, um eine Walzgeschwindigkeit Innere des Brennstoffelements über einen Absaug- 5 des zwischen den Walzen hindurchgeführten Brennrohransatz 78 evakuiert (z. B. auf 3 · 10-^s Hg). Nach Stoffelements und Mantels 64 von etwa 25 bis 30 m dem Evakuieren des Mantels 64 wurde der Absaug- in der Minute zu erzielen.Welded connections 74, 76 can, for example, pass through the rollers, which are produced with a pressure by tungsten arc welding. are pressed against each other by 45 360 kg / cm ^2. When the jacket 64 is hermetically sealed in this way, the rollers are sealed in a manner known per se. its interior and thus the interior of the fuel element is set in rotation by a rolling speed inside the fuel element via a suction 5 of the combustion tube attachment 78 passed between the rollers (e.g. to 3 · 10- ^s Hg). After the fabric element and jacket 64 had been evacuated for about 25 to 30 m of the jacket 64, the suction could be achieved in the minute.

rohransatz 78 abgeschmolzeiL, wie durch eine gestri- Nachdem das Brennstoffelement und der Mantelpipe extension 78 melted off, as if by a stretched after the fuel element and the jacket

chelte Linie 80 in Fig. 5 angegeben ist, um das 64 zwischen den Walzen hindurchgeführt worden Vakuum innerhalb des Mantels 64 während des nach- 10 sind, werden die letzteren wieder auf die Temperatur folgenden Streckvorgangs, aufrechtzuerhalten. Der von 788 bis 815° C erhitzt, wobei jedoch die letzt-Absaugrohransatz 78 kann aus einem ähnlichen erwähnte Erhitzung nur etwa 5 bis 15 Minuten wegen Material wie die Ummantelung bestehen. der erwähnten Vorerhitzung in Anspruch nimmt.Line 80 is indicated in Fig. 5, around which 64 has been passed between the rollers Vacuum within the jacket 64 during the after-10, the latter will return to temperature following stretching process. The heated from 788 to 815 ° C, but the last suction tube approach 78 can only take about 5 to 15 minutes because of a similar mentioned heating Material such as the sheathing. the preheating mentioned takes place.

Nachdem der Mantel 64 hermetisch abgedichtet Nach dieser zweiten Wärmebehandlung werden dasAfter the jacket 64 is hermetically sealed after this second heat treatment, the

und evakuiert worden ist, wird das aus dem Mantel 15 Brennstoffelement und der Mantel 64 nochmals zwi-64 und dem von diesem eingeschlossenen Brennstoff- sehen den Walzen unter den. angegebenen Bedingunelement bestehende Gebilde auf etwa 788 bis 815° C gen hindurchgeführt. Die letzterwähnten Erhitzungswährend etwa 45 bis 90 Minuten erhitzt, um sicher- und Walzvorgänge werden dann für fünf bis zehn zustellen, daß die Wärme alle Teile des Brennstoff- Durchgänge zwischen den Walzen, je nach der anelements durchdringt. Diese Erhitzung kann in einem ao fänglichen Größe und den Materialien des Brennbeliebigen geeigneten Ofen erfolgen, da die Verwen- stoffelements und der gewünschten Streckung oder dung eines abgedichteten und evakuierten Mantels Dickenverringerung desselben, wiederholt. Die Zahl für das Brennstoffelement jede Möglichkeit einer der Durchgänge wird so gewählt, daß eine Dicken-Oxydation des Spaltmaterials 20 oder der Glieder der verringerung des Brennstoffelements zwischen 5 und Umhüllung 22 desselben verhindert. 25 25 °/o je Durchgang sichergestellt ist, um eine Aus-and has been evacuated, the fuel element from the jacket 15 and the jacket 64 are again between 64 and the fuel enclosed by this - see the rollers under the. specified condition element existing structures passed through to about 788 to 815 ° C. The last-mentioned heating during Heated for about 45 to 90 minutes to be safe and then rolling for five to ten Provide that the heat all parts of the fuel passages between the rollers, depending on the anelements penetrates. This heating can be done in any size and materials of the burning suitable oven, as the utilizable element and the desired stretching or formation of a sealed and evacuated jacket, reduction in thickness of the same, repeated. The number for the fuel element every possibility of one of the passages is chosen so that a thickness oxidation of the gap material 20 or the links of the reduction of the fuel element between 5 and Envelope 22 of the same prevented. 25 25 ° / o is guaranteed for each pass in order to

Nachdem das Brennstoffelement und dessen Man- wölbung des Brennstoffelements und des Mantels 64 tel 64 auf diese Weise erhitzt worden sind, wird das beim Durchgang zwischen den Walzen zu verhindern. Gebilde auf die endgültige Dicke ausgewalzt. Eine Bei den vorerwähnten Abmessungen ist eineAfter the fuel element and its bulge of the fuel element and the jacket 64 tel 64 have been heated in this way, this will prevent the passage between the rollers. Forms rolled out to final thickness. One of the aforementioned dimensions is one

Vorerhitzung des Brennstoffelements wird, wie Dickenverringerung des Brennstoffelements von minerwähnt, angewendet, um während des nachfolgenden 30 destens 3 :1 durch das Walzen wünschenswert, um Walzvorgangs eine zuverlässige metallurgische Bin- eine zuverlässige metallurgische Bindung zwischen dung zwischen dem Spaltmaterial 20 und der Um- den Gliedern der Brennstoffelementumhüllung 22 hüllung und insbesondere zwischen den einzelnen sicherzustellen. Bei dem vorangehend beschriebenen Gliedern der Umhüllung 22, d. h. zwischen den Hüll- Verfahren wurden jedoch Dickenverringerungen von gliedern 26, 28 und den Seiten- sowie Endgliedern 40, 356:1 ohne eine übermäßige Zahl von Durchgängen 42 bzw. 32, 34, zu begünstigen. Wie vorangehend zwischen den Walzen erreicht, erwähnt, ist eine zuverlässige Bindung zwischen den Es sei beispielsweise angenommen, daß dasPreheating of the fuel element is mentioned, as is the thickness reduction of the fuel element by min, applied to during the subsequent 30 least 3: 1 by rolling desirable to A reliable metallurgical bond a reliable metallurgical bond between between the gap material 20 and the divisions of the fuel element cladding 22 to ensure wrapping and in particular between the individual. In the case of the one described above Articulating the enclosure 22; d. H. however, thickness reductions of link 26, 28 and the side and end links 40, 356: 1 without an excessive number of passes 42 and 32, 34, respectively. As previously achieved between the rollers, mentioned, is a reliable bond between the For example, assume that the

letzterwähnten Gliedern wesentlich, um ein Lecken Brennstoffelement 18 anfänglich eine Gesamtlänge und einen Bruch des Brennstoffelements während der und -breite von 35,56 bzw. 9,5 cm hat. Nach dem Verwendung im Neutronenreaktor zu verhindern. 40 Einbauen des Brennstoffelements 18 in den Tinamel-Der tatsächliche Temperaturbereich, der für das Mantel 64 wird das Brennstoffelement achtmal zwi-Vorerhitzen des Brennstoffelements und des Mantels sehen den Walzen unter Anwendung der vorerwähn-64 vor dem Walzen angewendet wird, hängt natürlich ten Vorerhitzungs- und Walzbedingungen hindurchvon den jeweils verwendeten Materialien und der geführt. Als Ergebnis wird eine Reduktion von 6:1 gewünschten Dickenverringerung des Brennstoff- 45 mit endgültigen Abmessungen von etwas mehr als elements ab. Bei den vorangehend genannten Mate- 9,5 cm in der Breite und 213 cm in der Länge erzielt, rialien und Abmessungen ist der vorerwähnte Tempe- Das nicht gezeigte gestreckte Brennstoffelement kann raturbereich von 788 bis 815⁰C zufriedenstellend; dann längs jeder Abmessung auf die gewünschte es können jedoch von diesem Bereich abweichende genaue Größe durch die Bearbeitung der Außen-Temperataren angewendet werden, vorausgesetzt, daß 50 kanten der Seitenglieder 40, 42 oder der Endglieder die Vorerhitzungstemperatur 871° C nicht über- 32, 34 oder beider gebracht werden, schreitet, wenn der Mantel 64 und die Umhüllung 22 Der Winkel zwischen den geneigten Flächen derThe latter members are essential for a leakage fuel element 18 to initially have an overall length and a breakage of the fuel element during and width of 35.56 and 9.5 cm, respectively. To prevent after use in the neutron reactor. 40 Installing the fuel element 18 in the tinamel-The actual temperature range that will be used for the jacket 64 to see the fuel element eight times between pre-heating the fuel element and the jacket to the rollers using the aforementioned 64 before rolling depends of course on the pre-heating. and rolling conditions passed by the respective materials used and the. As a result, a 6: 1 reduction will result in a desired reduction in fuel thickness 45 with final dimensions of just over elements. With the aforementioned material 9.5 cm in width and 213 cm in length achieved, rials and dimensions is the aforementioned temperature range of 788 to 815 ⁰ C satisfactory; Then along each dimension to the desired exact size deviating from this range can be applied by machining the outside temperatures, provided that the 50 edges of the side links 40, 42 or the end links do not exceed the preheating temperature of 871 ° C or both, steps when the jacket 64 and the cladding 22 The angle between the inclined surfaces of the

aus Tinamel bzw. aus Zirkon oder einer Zirkonlegie- V-förmigen Nuten 36, 38 und der in diese eingesetzrung hergestellt sind. Wenn die Temperatur von ten abgeschrägten Flächen 44, 46, 48 und 50 wird so 871° C überschritten wird, bildet das Tinamel- 55 gewählt, daß sich eine Vergrößerung des Ober-Mantelmaterial eine Diffusionsbindung mit dem flächenbereichs der V-förmigen Nut und der vor-Zirkon-Umhüllungsmaterial während des Walzvor- erwähnten Flächen von etwa 3 :1 während des Walzgangs. In diesem Falle enthält der Kernbrennstoff oder Streckvorgangs ergibt. Wenn das Brennstoffein oder mehrere Isotope des Urans oder von Legie- element eine Dickenverringerung von 3 :1 erfährt, rungen desselben, und es wurde festgestellt, daß Uran 60 muß der Schrägungswinkel 82 etwa 15 bis 20° be- oder dessen Legierungen eine metallurgische Bin- tragen; der in Fig. 6 A mit 84 bezeichnete Oberdung mit dem Zirkon-Umhüllungsmaterial bei den flächenbereich wird etwa um das Dreifache auf die erwähnten Temperaturen und durch die durch den Abmessung 86 in Fig. 6 B nach Beendigung des nachfolgend beschriebenen Walzvorgang bewirkte Walzvorgangs vergrößert. Die Zunahme des Flächen-Streckung eingeht. 65 bereichs des verjüngten Teils 44 in Fig. 6 A und 6 B Nachdem das Brennstoffelement und der Mantel erfolgt fast völlig in der Walzrichtung, da die seit-64, wie erwähnt, vorerhitzt worden sind, werden sie liehe Verformung des Brennstoffelements während zwischen nicht gezeigten, einander gegenüberliegen- des Walzvorgangs nur etwa 1,27 mm beträgt, wennmade of tinamel or of zirconium or a zirconium alloy V-shaped grooves 36, 38 and the inserted into them are made. When the temperature of the tapered surfaces 44, 46, 48 and 50 becomes so 871 ° C is exceeded, forms the tinamel 55 chosen that an enlargement of the upper jacket material a diffusion bond with the surface area of the V-shaped groove and the pre-zirconium wrapping material during the rolling afore-mentioned areas of about 3: 1 during the rolling process. In this case, the nuclear fuel contains or drawing results. When the fuel one or several isotopes of uranium or of alloying elements experience a reduction in thickness of 3: 1, of the same, and it was found that uranium 60, the helix angle 82 must be about 15 to 20 ° or its alloys have a metallurgical bond; the upper ground designated by 84 in FIG. 6A With the zirconium wrapping material, the surface area is about three times as large as the mentioned temperatures and by the dimension 86 in Fig. 6B after completion of the Rolling process described below caused rolling process enlarged. The increase in area-stretching comes in. 65 area of the tapered part 44 in Fig. 6 A and 6 B After the fuel element and the jacket takes place almost entirely in the rolling direction, since the since-64, as mentioned, have been preheated, they will lie deformation of the fuel element during between not shown, opposite rolling process is only about 1.27 mm if

die vorstehend angegebenen Anfangsabmessungen für das Brennstoffelement angenommen werden.the initial dimensions given above can be assumed for the fuel element.

Diese seitliche Verformung kann gegebenenfalls dadurch auf einen noch geringeren Betrag begrenzt werden, daß die Breite der Seitenteile 88,90 des Mantelrahmengliedes 66 vergrößert wird. Die vergrößerte Breite des Rahmens 66 beschränkt die seitliche Verformung des in die Öffnung 68 eingesetzten Brennstoffelements 18 noch weiter.This lateral deformation can optionally be limited to an even smaller amount by increasing the width of the side parts 88, 90 of the casing frame member 66 . The increased width of the frame 66 further restricts the lateral deformation of the fuel element 18 inserted into the opening 68.

Es wurde festgestellt, daß bei dieser erfindungsrgemäßen Anordnung zwischen den Seitenkanten 56, 58 des Brennstoffmaterials 20 und den gegenüberliegenden Seitenkanten 52, 54 der Seitenglieder 42, 44 eine Bindung erfolgt, obwohl, wie erwähnt, eine vergleichsweise geringe seitliche Verformung des Brennstoffelements während des Streckvorgangs eintritt. It has been found that with this inventive arrangement between the side edges 56, 58 of the fuel material 20 and the opposite side edges 52, 54 of the side members 42, 44 a bond occurs, although, as mentioned, a comparatively small lateral deformation of the fuel element occurs during the stretching process .

Daher kann, wenn ein größeres Reduktionsverhältnis angestrebt wird, der Verjüngungswinkel des Seitengliedes 42 entsprechend größer sein, als in den Fig. 7 A und 8 A gezeigt ist. Beispielsweise betragen in den Fig. 7 A und 8 A die Winkel der Verjüngung 92, 94 etwa 40 bzw. 60°. Nachdem das Brennstoffelementendglied 42 in Fig. 7 A eine Dickenverringerung von 6:1, wie in Fig. 7 B gezeigt ist, erfahren hat, ist der ursprüngliche verjüngte Flächenbereich, der in Fig. 7 A mit 96 bezeichnet ist, nach dem Walzen um das 6fache vergrößert, was in Fig. 7 B mit 98 angedeutet ist. Jedoch ergibt, wie mit 100 und 102 in den Fig. 8 A und 8 B angedeutet ist, die Verwendung eines Winkels von 60° eine Flächenbereichszunahme um etwa das Fünffache, wenn das Endglied 42 in Fig. 8 A durch Walzen eine Dickenverringerung von 6 :1 erfahren hat (Fig. 8B).Therefore, if a larger reduction ratio is desired, the taper angle of the side member 42 can be correspondingly larger than that shown in FIGS. 7A and 8A. For example, in FIGS. 7A and 8A, the angles of the taper 92, 94 are approximately 40 and 60 °, respectively. After the fuel element end member 42 in Fig. 7A undergoes a 6: 1 reduction in thickness as shown in Fig. 7B, the original tapered surface area, designated 96 in Fig. 7A, is after rolling about the Enlarged 6 times, which is indicated by 98 in FIG. 7B. However, as indicated by 100 and 102 in FIGS. 8 A and 8 B, the use of an angle of 60 ° results in an increase in surface area of about five times if the end link 42 in FIG. 8 A has a thickness reduction of 6 by rolling: 1 (Fig. 8B).

Wie erwähnt, wird der Schrägungswinkel so gewählt, daß eine Zunahme von mindestens 3:1 im Oberflächenbereich der abgeschrägten Kantenteile der Glieder des Brennstoffelements in den V-förmigen Nuten der Endglieder 32, 34 erzielt wird, um eine zuverlässige metallurgische Bindung sicherzustellen.As mentioned, the helix angle is chosen so that an increase of at least 3: 1 in Surface area of the beveled edge parts of the links of the fuel element in the V-shaped Grooves of the end members 32, 34 is achieved to ensure a reliable metallurgical bond.

Ein weiterer Beschränkungsfaktor hinsichtlich der Größe des Winkels der Verjüngung besteht jedoch in der Auswölbung, die gewöhnlich an der Stoßstelle zwischen den verjüngten Endteilen 44, 46 und dem Zwischen- oder Körperteil 104 jedes der Umhüllungs-Seitenglieder 40, 42 auftritt. Bei dem in den Fig. 6 A und 6 B dargestellten Seitenglied beträgt die Ausbauchung 106, welche nach einer Streckung auftritt, durchschnittlich etwa 0,0254 mm in der Dicke bei dem vorstehend angegebenen anfänglichen Verjüngungswinkel und einer Dickenverringerung von 6:1; bei einem größeren Winkel 82, wie in Fig. 7 A gezeigt ist, erhöht sich die resultierende Ausbauchung 108 des gestreckten Seitengliedes 42 in Fig. 7 B auf etwa 0,05 mm, und bei dem Seitenglied 42 in Fig. 8 A wird die Ausbauchung 110 noch weiter auf etwa 0,1 mm vergrößert. Bei dieser Anordnung scheint sich die Größe der Ausbauchung linear mit je 20° Zunahme des Schrägungswinkels zu erhöhen, wie durch die Winkel 82" und 94 in Fig. 6 A, 7 A bzw. 8 A dargestellt ist.However, another limiting factor with regard to the size of the angle of the taper is in the protrusion, usually at the junction between the tapered end portions 44, 46 and the intermediate or part of the body 104 of each of the cladding side members 40, 42 occurs. In the side link illustrated in Figures 6A and 6B, the bulge 106 which occurs after stretching averages about 0.0254 mm in thickness at the initial taper angle noted above and a 6: 1 reduction in thickness; at a larger angle 82, as shown in Fig. 7A, the resulting bulge 108 of the elongated side member 42 in Fig. 7B increases to about 0.05 mm, and for the side member 42 in Fig. 8A, the bulge becomes 110 enlarged even further to about 0.1 mm. In this arrangement, the size of the bulge appears to increase linearly with each 20 ° increase in the helix angle, as shown by angles 82 ″ and 94 in FIGS. 6A, 7A and 8A, respectively.

Wenn jedoch bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Verjüngungswinkel 100° überschreitet, wie in Fig. 9 A durch den Winkel 112 angegeben ist, ist die dem abgeschrägten Endteil des Seitengliedes 42 der Fig. 9 A mitgeteilte Verformung nicht mehr ein wahrer abgeschrägter Teil, sondern nimmt eine Kontur an, wie durch die Ausbauchung 114 in Fig. 9 B angedeutet ist. Bei dieser letzteren Ausformung wird an der Spitze 116 der Ausbauchung 114 infolge des abgerundeten Endes derselben nur eine schlechte Bindung erreicht. Die Ausbauchung 114 in Fig. 9 B beträgt bei Verwendung der vorstehend angegebenen anfänglichen Abmessungen des Brennstoffelements und bei einer Dickenverringerung von 6:1 im Durchschnitt etwa 0,33 mm.If, however, in the embodiment described, the taper angle exceeds 100 °, as indicated in FIG. 9A by the angle 112 , the deformation communicated to the beveled end portion of the side member 42 of FIG Contour, as indicated by the bulge 114 in FIG. 9B. In this latter configuration, only a poor bond is achieved at the tip 116 of the bulge 114 due to the rounded end of the same. The bulge 114 in FIG. 9B averages about 0.33 mm using the initial fuel element dimensions given above and a 6: 1 reduction in thickness.

Die Zweckmäßigkeit einer kontinuierlichen Verjüngung, d. h. die Abschrägung der Endteile der Seitenglieder 40, 42 zu einer einzigen Linie, ist in Fig. 1OA und 1OB dargestellt. Bei dieser Anordnung ist das Seitenglied 42 der Fig. 1OA mit einem Endteil 118 von trapezförmiger Gestalt versehen. Obwohl die entgegengesetzten Seiten 120 der Trapezform mit einem Winkel abgeschrägt sind, der annähernd gleich dem in Fig. 7 A ist, ergibt die Trapezform nach einer Dickenverringerung von 6:1 eine unerwünschte Form, die in Fig. 1OB mit 122 bezeichnet ist. An der Spitze 124 des Seitengliedes 42 in Fig. 1OB entsteht aus den vorstehend in Verbindung mit der Fig. 9 B angegebenen Gründen eine unsichere Bindung. Hierbei ist zu erwähnen, daß bei den Anordnungen nach den Fig. 6 A bis 10 A das Endglied 32 anfänglich mit einer Nut 36 ausgebildet ist, die zu dem verjüngten Teil 44 des zugeordneten Seitengliedes 42 komplementär ist. Die Verwendung der erfindungsgemäßen verjüngten Verbindung ermöglicht eine gleichmäßige Reduktion des Brennstoffelements 18 und inbesondere der Seiten- und Endglieder 40, 42 und 32, 34 desselben, wie in den Fig. 6 B, 7 B und 8 B gezeigt ist. Ferner ist zu erwähnen, daß Formen, die den in den Fig. 6 A bis 1OA und 6 B bis 1OB ähnlich sind, an den Verbindungen zwischen dem Spaltmaterial 20 und den Endgliedern 32, 34 erzielt werden.The convenience of continuous tapering, ie, tapering the end portions of the side members 40, 42 into a single line, is illustrated in FIGS. 10A and 10B. In this arrangement, the side member 42 of Fig. 10A is provided with an end portion 118 of trapezoidal shape. Although the opposite sides 120 of the trapezoidal shape are beveled at an angle approximately equal to that in FIG. 7A, after a reduction in thickness of 6: 1, the trapezoidal shape results in an undesirable shape indicated at 122 in FIG. 10B. An unsecure bond arises at the tip 124 of the side link 42 in FIG. 10B for the reasons given above in connection with FIG. 9B. Here, it should be mentioned that is formed in the arrangements of FIGS. 6 A to 10 A, the end member 32 initially with a groove 36 which is complementary to the tapered portion 44 of the associated side member 42. The use of the tapered connection according to the invention enables a uniform reduction of the fuel element 18 and in particular the side and end members 40, 42 and 32, 34 thereof, as shown in FIGS. 6B, 7B and 8B. It should also be noted that shapes similar to those shown in FIGS. 6A to 10A and 6B to 10B are obtained at the joints between the gap material 20 and the end members 32,34.

Nach Beendigung des Walz- oder Streckvorgangs wird das Brennstoffelement aus dem Mantel 64 durch Wegschneiden oder Wegnehmen der Schweißverbindungen 74, 76 und durch Wegnehmen der Mantelteile 70, 72 herausgenommen, worauf das Brennstoffelement aus der Öffnung 68 des Mantelrahmens 66 herausgenommen werden kann. Dies kann verhältnismäßig leicht geschehen, da zwischen den Teilen des Mantels 64 und den benachbarten Flächen des Brennstoffelements, wie erwähnt, keine Bindung eingetreten ist. Nach dem Herausnehmen des Brennstoffelements aus dem Mantel 64 können die Außenkanten der Brennstoffelementumhüllung 22, wie erwähnt, auf die für das fertige Brennstoffelement angegebenen genauen Abmessungen bearbeitet werden.After completion of the rolling or stretching process, the fuel element is removed from the jacket 64 by cutting away or removing the welded connections 74, 76 and by removing the jacket parts 70, 72, whereupon the fuel element can be removed from the opening 68 of the jacket frame 66. This can be done relatively easily since, as mentioned, no bond has occurred between the parts of the shell 64 and the adjacent surfaces of the fuel element. After the fuel element has been removed from the jacket 64, the outer edges of the fuel element casing 22 can, as mentioned, be machined to the precise dimensions specified for the finished fuel element.

Im Rahmen der Erfindung sind weitere Ausführungsformen möglich.Further embodiments are within the scope of the invention possible.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Fuel element for a nuclear reactor, which has an elongated, flat metallic core of fissile material, which consists of one of side parts, end parts, lid and bottom Metal jacket is surrounded, and this metal jacket with the fuel core metallurgically is connected, characterized by bevelled ends of the fuel core, the correspondingly formed complementary beveled depressions of the end parts of the coat intervene.

2. Fuel element according to claim 1, characterized by beveled side edges of the

309 578/209

Fuel core and beveled recesses in the side parts of the shell.

3. Method of manufacturing a fuel element according to one of the preceding. Claims, characterized in that the fuel core with its beveled edges with the correspondingly beveled Wells of the edge parts of the jacket is brought into operative connection, then the remaining parts of the jacket (base and cover)

and the whole thing is then rolled out.

4. The method according to claim 3, characterized in that the jacket before rolling out is evacuated.

Considered publications:
British Patent Nos. 790 688, 771111;
"Nuclear Fuel", 1956, pp. 291/292.

1 sheet of drawings

ι 309 578/209 4.63ι 309 578/209 4.63