DE1236092B

DE1236092B - Verfahren zur Herstellung eines umhuellten Kernreaktor-Brennelements

Info

Publication number: DE1236092B
Application number: DEM42582A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Richard Weber; Dipl-Phys Dr Phil Konrad Sagel
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1959-08-29
Filing date: 1959-08-29
Publication date: 1967-03-09

Description

Verfahren zur Herstellung eines umhüllten Kernreaktor-Brennelements Um das Eindringen von Spaltprodukten in das Kühlmittel von Atomreaktoren zu verhindern, werden im allgemeinen die Brennelemente mit einer gasdichten Umhüllung versehen. Dazu verwendet man Metalle mit möglichst niedriger Neutronenabsorption, hohen mechanischen Eigenschaften bei erhöhter Temperatur und guter Korrosionsbeständigkeit gegen die Kühlmittel, wie z. B. Magnesium-, Aluminium-, Zirkoniumlegierungen und Edelstahl.
Es sind verschiedene Verfahren zur Herstellung derartige Hüllschichten bekanntgeworden. Im einfachsten Fall wird der Brennstoff gegebenenfalls mit Zuschlägen in eine vorbereitete Hülle, wie z. B. in ein Rohr, eingefüllt und die Hülle oben und unten gasdicht verschlossen. Ein anderes Verfahren besteht darin, daß eine gemeinsame Verformung des Hüllmaterials mit dem Brennstoff erfolgt, wie das z. B. durch Walzen, Strangpressen oder andere Verformungsarten möglich ist. Dabei wird ein guter Wärmeübergang zwischen Brennstoff und Hüllmaterial erzielt. Diese Verfahren haben verschiedene Nachteile. Beim ersten Verfahren ist der Wärmeübergangswiderstand sehr hoch. Wenn Lotschichten verwendet werden, besteht die Gefahr eines. Reißens dieser Lotschicht während des Betriebes im Reaktor. Im zweiten Fall ist im allgemeinen nur die Herstellung sehr einfacher Brennelementformen, wie Platten und Rohre, möglich. Im allgemeinen muß das Ober-und Unterteil der so gewonnenen Platten und Rohre zugeschweißt werden. In beiden Fällen muß das Hüllmaterial deshalb schweißbar sein.
Es ist ferner bekannt, auf in der Reaktortechnik verwendeten Brennstoffkörpern Schützüberzüge nach dem Metallspritzverfahren aufzubringen. Schließlich wird nach einem bekannten Vorschlag aus einem Uranoxyd-Aluminiumpulver-Gemisch im Strangpreßverfahren ein Bandmaterial hergestellt, das mit einer Abdeckung aus Aluminiumblech versehen und auf das gewünschte Endmaß durch Heißwalzen gebracht wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, Umhüllungen von Kernreaktor-Brennelementen zu schaffen, die in einfacher Weise auch auf kompliziert geformte, an sich bekannte Brennstoffmaterialien aufgetragen werden und die als haftfeste Schichten einer gemeinsamen Verformung standhalten und zu einer gasdichten Umhüllung führen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch Anwendung des Metallspritzverfahrens in Kombination mit einer gemeinsamen Verformung der Spritzschicht ; mit dem Trägermaterial erzielt.
Das Verfahren zur Herstellung eines umhüllten Kernreaktor-Brennelementes, gemäß dem aus einer Mischung von Uranoxydpulver und Aluminiumpulver durch Strangpressen ein Brennstoffband hergestellt und anschließend dieses Band in Stücke geschnitten wird, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß diese Bandstücke mit einem überzug aus einer AI-Legierung versehen werden, der nach dem Metallspritzverfahren aufgetragen wird, die überzogenen Bandstücke hierauf erwärmt und anschließend auf das gewünschte Endmaß abgewalzt werden. Um die Dichtigkeit auch bei erhöhtem Druck zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, Brennelement und Umhüllung gemeinsam einer Wärmebehandlung bei so hoher Temperatur zu unterziehen, daß mindestens etwaige noch vorhandene durchgehende Poren geschlossen werden. Die gemeinsame Verformung der Spritzschicht mit der Unterlage, gegebenenfalls bei erhöhter Temperatur, wird nach der Wärmebehandlung vorgenommen, z. B. durch Walzen, Schmieden, Ziehen, Hämmern, Pressen oder Drücken. Im allgemeinen reichen Verformungsgrade bis 20% aus. Auf diese Weise lassen sich auch Brennelemente komplizierter Form, z. B. schaufel-oder kugelartig ausgebildete Brennelemente, in einfacher Weise mit einer gasdichten Umhüllung versehen. Es besteht die Möglichkeit, Metalle, Legierungen und metallkeramische Schichten als Hüllmaterial aufzubringen. Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wird ein Band aus einem Gemisch von Uranoxyd und Aluminiumpulver durch Strangpressen hergestellt. Aus diesem Band werden die gewünschten Längen für die Brennelementplatten abgeschnitten und nach dem Flammspritzverfahren ein Aluminiumlegierungsdraht mit 10/0 Nickel, 0,5 % Eisen und 0,1% Kupfer mit der üblichen Metall- Spritzpistole verspritzt und dadurch eine 0,3 mm dicke Spritzschicht aufgebracht. Danach werden die Platten auf eine Temperatur von 450° C vorgewärmt und um 20 % auf das gewünschte Endmaß abgewalzt.
Das Verfahren nach der Erfindung weist mehrere Vorteile auf. Es ermöglicht es, auf für Brennelemente vorgesehenem, stranggepreßtem bandförmigem Material eine haftfeste Aluminiumlegierungsschicht nach dem Metallspritzverfahren aufzutragen, die den bei einer gemeinsamen Verformung auftretenden Walkbeanspruchungen standhält, nicht abblättert und zu einer gasdichten Umhüllung führt. Dieses Ergebnis war in hohem Maße überraschend, da nach Auffassung der Fachwelt die Verwendung metallischer Spritzschichten bei solchen Schichtkombinationen ausscheidet, die, wie beispielsweise Wälzlager, einer Walkbeanspruchung ausgesetzt werden. Der Abwalzprozeß der Werkstoffkombination Metallspritzschicht Kernbrennstoffband stellt in hohem Maße eine derartige Walkbeanspruchung dar. Ein weiterer Vorteil ist schließlich darin zu sehen, daß auch Brennelemente komplizierterer Form in einfacher Weise mit einer gasdichten Umhüllung hergestellt werden können.

Claims

Patentanspruch: Verfahren zur Herstellung eines umhüllten Kernreaktor-Brennelements, gemäß dem aus einer Mischung von Uranoxydpulver und Aluminiumpulver durch Strangpressen ein Brennstoffband hergestellt und anschließend dieses Band in Stücke geschnitten wird, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß diese Bandstücke mit einem Überzug aus einer AI-Legierung versehen werden, der nach dem Metallspritzverfahren aufgetragen wird, die überzogenen Bandstücke hierauf erwärmt und anschließend auf das gewünschte Endmaß abgewalzt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1027 336, 1040 710, 1040 711, 1041178; britische Patentschrift Nr. 754183; »Atomics & Nuclear Energy«, April 1958, S.128 bis 130 und 146; »Proceedings of the Second United Nations International Conference an the Peaceful Uses of Atomic Energy«, Vol. 10, 1958, S. 323 und 324.