DE1232278B - Verfahren zur Herstellung eines Kernbrennstoffstabes und Einfuehr- und Verformwerkzeug zur Durchfuehrung desselben - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung eines Kernbrennstoffstabes und Einführ- und Verformwerkzeug zur Durchführung desselben Bei heterogenen Atomreaktoren wird der Spaltstoff innerhalb auswechselbarer Brennelemente an bestimmten gleichmäßig verteilten Punkten des Reaktorkernes angeordnet. Diese Brennelemente wiederum sind insbesondere aus kühlungstechnischen Gründen aus Einzelteilen, meistens stabförmiger Bauart - Brennstoffstäbe genannt - aufgebaut. Ein solcher Brennstab besteht aus spaltbarem Material in metallischer oder auch in beispielsweise keramischer Form und ist von einer metallischen Hülse aus einem korrosionsbeständi 'gen Material, z. B. Zirkon umgeben. Normalerweise wird der Spaltstoffkern in dieser Hülle in einzelnen voneinander getrennten Abschnitten angeordnet, damit bei der betriebsmäßigen Erwärmung derselben keine ungleichmäßigen thermischen Ausdehnungskräfte gegenüber der Hülle, die dadurch beschädigt werden könnte, auftreten. Zur Gewährleistung der Abstände der einzelnen Brennstoffkörper werden oftmals zwischen diesen metallische Scheiben anaeordnet und durch starke Deformation des Hüllrohres fixiert, was insbesondere auch Schwierigkeiten hinsichtlich der Länaentoleranzen des Brennstoffstabes mit sich bringt.
• Nach dem rein mechanischen Zusammenbau des Brennstoffstabes, der unter Umständen eine Länge von mehreren Metern erreichen kann, werden die Distanzelemente manchmal durch eine durchgehende oder abschnittsweise örtliche Erwärmung zusätzlich fest verlötet.
• Die nachteilige starke Deformation des Hüllrohres über seine ganze Länge wird durch die vorliegende Erfindung vermieden. Diese bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Kembrennstoffstabes, der aus einem Hüffrohr mit üiner Füllung von übereinandergestapelten Spaltstofftabletten besteht, die durch metallische Scheiben oder Distanzelemente, über die ganze Länge des Brennstoffstabes gesehen, gleichmäßig unterteilt sind. Erfindungsgemäß wird nach dem Einbringen jeweils einer vorbestimmten Anzahl von Spaltstofftabletten ein Distanzelement durch ein Einführ- und Verforinwerkzeug in das Hüllrohr eingeführt, in den vorgesehenen Sollabstand zur bereits vorhandenen Spaltstoffüllung gebracht und durch mechanische Verformung mit Hilfe des genannten Werkzeuges mit dem Hüllrohr fest verbunden.
• Durch diese mechanische Verformung werden die Distanzelemente mit dem Hüllrohr verspannt, das an dieser Stelle nur wenig und in der Weise verformt wird, daß an den Stellen, an denen Distanzelemente angebracht sind, von außen nur ein leichter Ringwulst zu sehen ist. Durch diese schrittweise Einbringung des Spaltstoffes und Befestigung der Distanzelemente wird das Herstellungsverfahren für die Brennstoffstäbe vereinfacht und gleichzeitig die Gewähr für eine leichte Einhaltung der Fertigungstoleranz gegeben.
• F i g. 1 bis 3 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele für die Form und die Anbringung solcher Distanzelemente sowie eine schematische Darstellung der zu ihrer An- und Einbringung erforderlichen Werkzeuge.
• In allen drei Beispielen ist das Hüllrohr mit 2 und die Spaltstofftablette mit 8 bezeichnet. in der F i g. 1 besitzt das Distanzelement die Form eines Ringes oder einer gelochten Scheibe 3. Zum Einsetzen wird dieses Element 3 auf ein Werkzeug nach Art einer Spannzange 4 aufgesteckt, das um den Betrag des Sollabstandes desselben zur nächsten Spaltstofftablette durch die Bohrung hindurchragt. Nach der Einführung dieser Distanzscheibe 3 in das Hüllrohr mit Hilfe des Werkzeuges 4 bis zum Anschlag an die Spaltstofftablette 8 wird das spannzangenartige Werkzeug 4 mit Hilfe eines an seinem vorderen Ende konusartig gestalteten Dornes 5 aufgeweitet.
• Diese Aufweitung dehnt das Distanzelement 3 bis über die Streckgrenze, so daß dessen Verformung bleibend ist. Gleichzeiti- wird an der Berührunasstelle C ID mit der Hülle diese im Radius etwas gedehnt, so daß damit auch bei einer späteren Erwärmung dieser Teile im Atomreaktor keine Lockerung der Verbindung möglich ist. Nach Herausnahme des Aufweitungsdomes 5 wird das spannzangenartige Werkzeug 4, das auch als geschlitzter Einführungsstempel bezeichnet werden kann, wieder herausgenommen, ein oder mehrere neue Spaltstofftabletten in das Hüllrohr ein-"eführt, Cr ein neues Distanzelement auf den Einfüll stempel aufgesteckt und, wie beschrieben, wieder in den vorgesehenen Sollabstand zur neuen Spaltstoff-Z, füllung gebracht, befestigt usw. 11 Z, F i g. 2 zeigt eine andere Variante. Hier besteht das Distanzelement aus einer leicht konischen oder gewölbten Scheibe 31, die in der Mitte mit einem Langloch versehen ist. Das Befestigungswerkzeug besteht aus einem Einiüllstempel 6 und einem in diesem geführten Drehsiempel 7. Dieser Drehstempel 7 ist an seinem vorderen Ende so gestaltet, daß er durch das Langloch der Disianzscheibe 31 hindurchpaßt und durch eine Drehuna um 90' mit derselben verriegelt werden kann. Durch den Grad der Konizität der Distanzscheibe 31 und den durch sie hindurchragenden Teil des Drehstempels 7 wird nach dem Einführen in die Brennstabhülle der Sollabstand zur bereits vorhandenen Spaltstofftablette 8 eingestellt. In dieser Stellunr` i.-..,rd der Einfüllstempel 6 festgehalten und der Drehstempel 7 zurückgezogen. Dadurch wird die vorher konische Scheibe 31 zu einer ebenen Scheibe verformt und dabei gegen die Hüllrohrwände gepreßt, so daß damit ein fester Sitz dieser Scheibe 31 innerhalb des Hüllrohres erzielt wird. Durch eine abern iali c Drehung b des Drehstempels 7 uni 90' wird die Verrie-elun- mit der Scheibe 31 gelöst und das Werkzeug aus dem Hüllrohr herausgezogen.
• Bei diesen zwei Beispielen wurden Distanzelernente nit Mittelbohrtngen verwendet. In vielen Fällen werden aber durch-ehende Distanzelemente ohne Bohruna orewünscht, die z. B. eine Wanderung von Spaltaasen von einer Kammer zur anderen verhindern. Das Beispiel nach der F i g. 3 entspricht dieser Bedingung. Das Distanzelement ist ähnlich wie in der F i g. 2 konisch ausgebildet und besitzt in der Mitte einen Abreißstift 33, der mit einer Sollreißstelle 34 an seinem Fußpunkt an der konischen Scheibe 32 versehen ist. Bei diesem Distanzelement wird der Sollabstand zur bereits vorhandenen Spaltstoffüllung 8 nur durch die Konizität der Scheibe 32 a eben, die beim Einsetzen eeg zunächst m it ihrem Mittelpunkt an der bereits vorhandenen Spaltstofftablette 8 anliegt. Ähnlich wie im Beispiel nach der F i g. 2 wird die Scheibe mit Hilfe eines Einlüllstempels., an dem sie mit ihrem Rand anliegt, in das Hüllrohr eingeführt, wobei der Abreißstift 33 von einer Spannzängge, die aus den Teilen 10 und 11 besteht, gefaßt wird. In der Sollage des Distanzelementes zieht die Spannzange den Abreißstift nach außen, bis die vorher konische Scheibe 32 eine nahezu ebene Form besitzt oder sogar schon etwas nach der anderen Seite durchgedrückt ist. Die Sollreißstelle 34 ist so bemessen, daß sie bei weiterem Zug bricht und eine praktisch glatte, mit dem Hüllrohr unlösbare verkeilte Distanzscheibe übrigbleibt.
• Diese drei Ausführung .,sb eispiele zeigen Z, mögliche Ausführungsforinen dieser Erfindung, die jedoch selbstverständlich nicht auf diese allein beschränkt ist, da noch mannigfache Abwandlungen der Form des Distanzelementes und der für den Einsatz desselben nötigen Werkzeuge denkbar sind. Wie bereits angedeutet, läßt sich das Einbringungs- und Befestigungsverfahren dieser Distanzscheibe sehr gut mit dem normalen Verfahren zur Bestückung der Hüllrohre mit den Spaltstofftabletten verbinden, so daß der Brennstoffstab nach dem vollständigen Einfüllen des Spaltstoffes praktisch fertig ist. Selbstverständlich können die Distanzelemente aller Ausführungsformen nachträglich noch eingelötet werden, wenn sie vorher mit einem überzug aus Lotmaterial versehen waren.
• Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß auch bei diesem Aufbau von Brennstoffstäben zusätzlich Isolierscheiben zwischen Spaltstoff und Distanzelementen angeordnet werden können.

Claims (2)

1. Patentansprüche-1. Verfahren zur Herstellung eines Kernbrennstoffstabes, der aus einem Hüllrohr mit einer Füllung von übereinandere, stapelten Spaltstoff-,e tabletten besteht, die durch metallische Scheiben oder Distanzelemente, über die ganze Länge des Brennstoffstabes gesehen, gleichmäßig unterteilt sind, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einbringen jeweils einer vorbestimmten Anzahl von Spaltstofftabletten ein Distanzelement durch ein Einführ- und Verformwerkzeug in das Hüllrohr eingeführt, in den vorgesehenen Sollabstand zur bereits vorhandenen Spaltstoffüllung gebracht und durch mechanische Verformung mit C Hilfe des genannten Werkzeuges mit dem Hüllrohr fest verbunden wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzelemente mit einer Lotschicht überzogen werden zur zusätzlichen Verlötung mit dem Hüllrohr nach ihrer mechanischen Fixierung. 3. Einführ- und Verformwerkzeug für Distanzelemente in Form eines Ringes oder einer gelochten Scheibe zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es nach Art einer Spannzange aus einem geschlitzten Einführungsstempel, der um den Betrag des Sollabstandes durch das Distanzelement hindurchragt und aus einem Aufweitungsdorn besteht. 4. Einführ- und Verformwerkzeue für Distanzelemente in Gestalt einer leicht konischen Scheibe mit einem zentralen Längsloch zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch P a kennzeichnet, daß es aus einem Einfüllstempel sowie einem Drehstempel zur Erfassung der konischen Scheibe mittels einer Drehung um 90' und zur Ausweitung derselben durch einen Axialzug besteht. 5. Einführ- und Verformwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Handhabung von Distanzelementen, die aus einer leicht konischen Scheibe mit einem zentral angebrachten Abreißstift, an dem eine Abreißstelle vorgesehen ist, bestehen, das Werkzeug aus einem Einfüllstempel und einer Spannzange zum Fassen des Abreißstiftes zusammengesetzt ist. C In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 147 079, 345 853, 609 745; deutsche Auslegeschrift Nr. 1084 394; französische Patentschriften Nr. 1220 414, 1222922.