DE1439819A1 - Kernreaktor-Brennelement - Google Patents

Description

PATENTANWALT . ,_q^_q DIPL-ING ERICH SCHUBERT IHOvJQ IC? Telegramm-Adr.: Pafschub, Siegen Postscheckkonten:

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5. Not. 1963

KINGDOM ATOMIC ENERG* k/HlORlTi₁ Patents Branch, 11 - 12, Charles II Street, London S.f/,1, England

Tür diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung Nr. 43626/62 vom 19· November 1962 beansprucht«

Kernreaktor-Brennelement

Die Erfindung betrifft Kernreaktor-Brennelemente, und »war insbesondere ein Brennelement derjenigen Gattung, bei welcher Abt kernbrennstoff in ein Material eingeschlossen ist, das zweifachem Zweok dienen soll, näalioh einmal den Durohtritt von Spaltprodukten, die als -folge der Bestrahlung des Kernbrennstoffe» auftreten, in das wäraeabführende flüssige Medium, das dadurch verseucht würdet zu verhindern und sum andern, den Kernbrennstoff vor

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der Berührung rn.lt diesem flüssigen v.edium au schütaen» damit eine ni^gliühe Ke&ktion zwischen diesen beiden ver-

nieden wird· . "

'Jen hat her**, «gefunden, daß im Falle von -Kömreaktor-Brenriotoffelestonten, bei denen XembrerLiStoffstäbe aus xaetall in, Hülsen aus zirkonbaaiaoh&ii oder o ;.fcgieruxii;3mai;erial eingeaohloaaen .^:arsii, einige IW aaterialien, besonders die ala Magnox 2Ηί?ρ (υ,5 Gew«€ Zr, liest 1%) bekannte 3waierlegieru:;g aus «IjLgneaium utid iiirkoiit e."r>*^vindliah ge-.;»n den iiurchtritt dvirou ihr liefüge von Atomen oder Grupoezi von Atomen von Plutonixia, die disroh öinfangon an oder in dar nahe der Oberfläoha des Bronnstoffstabes entstehen, sind, weit: solche Atone od-r ürrup^en von Atomen ge· i gentiich mit genugendar iiaergie und gar iahtet er Anfeui_::sbesohleuni -unr; ausgestattet sind, ua die Bremjstoffstafc-Hilaenliimnzf 1 uohe zu über schreiten and in das iiuiaonmaterial einsudringen· ±ti e Mffuoion duroh die r/and der, lUileeriiBateriale duroh die Plutosiuciatome hat die integrierende ?/irkuög₍ das ReafctorkUhlmittal zu verseuchen und liierduroh auch den Keakto»« kühlkreislauf, waa höohst uriervfünsoht ist.

Es ist daher ein. Gegenstand der vorliegenden Erfindung, weitgehend oder gäaalioh die Diffusion von entstoden·» Plutonium durch das den Kernbrennstoff einschließend· Material wührend ά9τ Bestrahlung de» Brennetoffee iß Kernreaktor *u

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•verhüten oder hintanzuhalten.

GemäB der Erfindung weist ein Kernreaktorbrennelement mit einem Stab aus kernbrennstoffmaterial, der in einer Hülse aus einer zirkon- oder magnesiumbasischen legierung eingeschlossen ist, noch eine weitere Legierungszugabe in das Hülaenmaterial in *Orm einer Substanz auf, die kraft ihrer #ähi£keit, mit Plutonium eine intermetallische Verbindung zu bilden, als Schranke gegen den Durchtritt durch das Hüleenmaterial des Plutoniums dient, das aus dem Kernbrennstoffmaterialstab infolge der Bestrahlung des Brennelementes in dem Kernreaktor entsteht.

Die erwähnte Leglerungszugabe kann Aluminium sein· Abgesehen von dem Fall, bei welchem das Hlilsenmaterial eine magnesiumbasische Zirkon-Zweierlegierung /magnesium based zirconium binary alloy/ ist, beispielsweise die als Magnox ZR 55 (0,5 Gew.% Zr, Hest Ug) bekannte Legierung, kann das Aluminium in Mengen bis herauf zu 0,5 Gewichtsprozent zugesetzt werden. Im Falle der magnesiumbasisohen Zirkon-Zweierlegierung, wie üagnox ZR 55, liegt die höchstmögliche Zugabe an Aluminium bei oder um etwa 100 Teile pro Million.

Andere geeignete Legierungszusätze für magneoiumbasisohe» Zirkon enthaltende Zweierlegierungen sind Blei und v/ismut· Geeignete Legierungen können eine i/Ienge bis herauf zu 1 Gewichtsprozent Zirkon» eine Menge bis zi 1 Gewichtsprozent Blei

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Wlesmt» Beet Magnesium, enthalten«, &mh ei

hat man gedaa&t_t daß sie το»

»Vielitigkeit in Verbindung mit der Verhinderung der Diffusion dureh dis fäsde dar Braim€tl®msnthül3ii sein atiJBt®ii» Es wird aB-geno!£©«n, ä-ail in äleesn ijegi€nmg«n_s wdnn Zirk©a al« Hydrid verlieft» 4mm SI«! ©diii¹ das Wt«mt ist, uia mit d.®m Plutonium aioh Inteziuitallisoh ca

i2xig₅ v©a dsr msm. anxilmmtt €sß si® für die Verhtltmn^ d#F 'PXutonium-Mfftuiion diarch die Wön&® B^e!mel®iaeiithlii@e tiisi^as^h wirk««» lot« 1st e basisoh© LQgt®Txmg₉ &i$ Mas£ga *

die Aluminium». wa& Hengs^g@lmXta niedrig aiad₉ -i»h* iis bie herauf eu. t

Man niaat βά₉ iai @in bedtutewte^ Bffü?ä«^ii* für Verhütung des? Hutoniu!t-»])lffualogi durch iie Wäs4e el®menthül9en darin teestellt ₉ deJ die ^®gi@rim|psug hocheshmelaends ißtes%@tslliadlie Verbindung mit dem PXu*es5.^a bildet o€©r -S2⁵gib-|* Seäepi9l9imiae aohiail^ die lates»atalä.t~

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Die läPfißduiig betrifft aaaöli Abänderungen te? £a

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liegenden Patenten«pruoh 1 uariesenen Aueführungefore und besieht sich Tor allem auch auf sämtliche Erfindung·« merkmale, die im einzelnen —» oder in Kombination — in den gesamten ureprüngliohen Anineldungaunt erlagen offen« bart sind«

Patentanaprüohe

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Claims (1)

1. Patentanspruchs

   liernreaktorbrennelöment» dadurch gekennaalohnet, daß es mm einem Stab aus Kernbrennstoff »aerial, eingesohloaeen in einer msXm& aus einer airkon- oder magnaeiumbaeiaohen legierung mit noch einer weiteren Leglerungasu^abe su de« UUleemtaterlaX» einer Cutset ans,, die kraft ihrer Fähigkeit» alt Plutonium eine intersetsllisoh* Verbindung su bilden» ale Sohrenke gegen den Mirchtritt des aus dem ^embrennetoffa&terialetab infolge der Beetrehluiig dee Brennelemente« in des Kernreaktor entetehenden Plutoniuaa dient» beetent«

   2* KernreaktorbrenneleBen-l naoh Anapruoh 1_V daduroh gekann-

   s d&B die «eitere Legierungssugabe au dea Hulaenmaterlal mit Awenahae de« Falles, in den das Material aus einer binären magn*»iu«ba»i»ohen Zirkon!«gierung besteht, Alu»inl\sm in Mengen ble htrauf zj 0,5 Sewlohteproaent iat.

   5« üemreaktorbrenneleaent nash Anepruoh t» dadurch gekenn- £»lohnet, daS das MlsErusaterial aus einer binären aagnt*iumba«i- *oh*a Zirkonleglerung alt einer weiteren Legierungs«ugabe von

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   Aluminium In Mengen bis herauf su etwa 1CO Teilen zu 1 Million Seile besteht.

   4. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 1, dadurch gekennaelohnet, daß da· Hülsenmaterial aus einer binären magneslumbaslsQhen Zirkonltgierung mit Zirkongehalt In Mengen bis herauf su 1 Gewichteproaent und einer weiteren Legierung·«· sugabe von Blei bis herauf su 1 Gewichteprccent besteht·

   5. Kernreaktorbrennelement naoh Anspruch 1, dadurch gekennseiohnet, daß das Hülsenmaterial aus einer binären magneeitimbaeieohen Zirkonlegierung mit Zirkongehalt In Mengen bis herauf su 1 Gewlohteprosent und einer weiteren Legierung·- sugabe τοη Wiaxait bis herauf su 1 Gewichtsprozent besteht·

   6. Kernreaktorbrennelement naoh Anspruch 4 oder 5» da* durch gekennzeichnett daß das Hülsenmaterial aus einer tiydridhaltlgen binären magneslumbaaisehen Zirkonlegierung susüglioh der vorerwähnten ^egierungssusahl*-Ige besteht» wobei das Zirkon als Hydrid anwesend ist.

   7* Kernreaktorbrenneleaumt naoh Anspruch 1, dadurch g·· kennzeichnet, das das Hiilsenmaterial aus einer laagnesiuabasisohen Legierung besteht, die als weitere ^egierungssusohläge Aluminium bis su 1 öew·^ und Mangan bis su 1 Gew, % enthält.

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   PATENTANWALT

   NPL-ING. ERICH SGHU&ERT

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   t>3 'dö'i tir· öT

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   überarbeiteter Patentanspruch 1

   Kernreaktor-Brennelement» dadurch gekennzeichnet, daß ein Reaktorbauteil in einer Hülle aus einer 2irkon- oder magiiesiumbasi^chen Legieming eingeschlo isea iöt» wobei eine weitere Legierungssugabe im Hüllenmaterial"vorgöu^hen iat, welche infolge ihrer iSigenachaft, eine intermetallisehe Verbindung mit .Plutonium, zu bilden, als Bchrank@-im xiüllenaatörial dient, welche verhindert oder hintanhältj daß Plutonium durch die HUlIe liindtirch vom Reaktorbauteil her infolge der Bestrahlung des Brennelemente diffundiert.

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