DE1589663B2 - NUCLEAR FUEL ELEMENT - Google Patents

NUCLEAR FUEL ELEMENT

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DE1589663B2 DE19671589663 DE1589663A DE1589663B2 DE 1589663 B2 DE1589663 B2 DE 1589663B2 DE 19671589663 DE19671589663 DE 19671589663 DE 1589663 A DE1589663 A DE 1589663A DE 1589663 B2 DE1589663 B2 DE 1589663B2
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Description

3 43 4

nung bzw. -Kontraktion des Nadelbündels vorgesehe- 10 enthält, die entweder mit Brutmaterial gefülltetion or contraction of the needle bundle provided 10 contains either filled with breeding material

nes enges Spiel zwischen dem Nadelbündel und Nadeln oder solche, die eine von zwei mit Brutmate-There is close play between the needle bundle and needles or those that are one of two with Brutmate-

dem Mantel des Kernbrennstoffelements auf. Bei rial gefüllten Zonen eingeschlossene, mit Spaltmate-the cladding of the nuclear fuel element. In the case of rially filled zones enclosed with cleavage material

dem durch Wickeln hergestellten Mantel des erfin- rial gefüllte Mittelzone aufweisen, sind,the jacket of the inventively filled central zone, produced by winding, are,

dungsgemäßen Kernbrennstoffelements werden die 5 Das Gehäuse 8 dient dazu, die Bestandteile desnuclear fuel element according to the invention are the 5 The housing 8 is used to the components of the

bisher beim bekannten einstückigen Gehäuse auftre- Brennstoffelements der F i g. 1 zusammenzuhaltenso far in the known one-piece housing auftre- fuel element of the F i g. 1 stick together

tenden Schwierigkeiten beim Einführen des Nadel- und sie als Block zu handhaben. Das Gehäuse be-Difficulty inserting the needle and handling it as a block. The housing

bündels in das starre Gehäuse vermieden. Da das steht aus einem rohrförmigen Mantel 12, der an sei-avoided bundles in the rigid housing. Since that consists of a tubular jacket 12, which is

bzw. die Nadelbündel praktisch ohne Spiel im Man- nen beiden Enden an massiven Werkstücken befestigtor the needle bundles are attached to solid workpieces at both ends with practically no play in the man

tel zusammengefaßt sind, verringern sich nunmehr io ist, nämlich dem Fuß 14 und Kopf 16 des Elements,tel are combined, decrease now io is, namely the foot 14 and head 16 of the element,

auch die im Betrieb auftretenden störenden Schwin- die mit Öffnungen für den Durchtritt des flüssigenalso the disruptive vibes that occur during operation with openings for the passage of the liquid

gungen. Von erheblicher Bedeutung gerade bei Metalls versehen sind. Die Nadeln sind in einem zen-worked. Of considerable importance, especially in the case of metal. The needles are in a zen

schnellen Reaktoren ist auch, daß die Dicke des trierten hexagonalen Gitter angeordnet, und um jedefast reactors is also arranged that the thickness of the trated hexagonal lattice, and around each

durch ein Wickelband hergestellten Gehäuses jetzt Nadel 10 ist ein Draht 18 schraubenförmig angeord-housing produced by a winding tape now needle 10 a wire 18 is arranged in a helical manner

weit geringer sein kann als die eines üblichen Gehäu- 15 net, um den notwendigen Abstand für den Durchtrittcan be far less than that of a conventional housing in order to provide the necessary distance for the passage

ses, bei welchem auch die beim Einführen des Nadel- des flüssigen Metalls zu schaffen,ses, in which also to create the liquid metal when inserting the needle,

bündeis auftretenden Belastungen durch entspre- Damit sich die Nadeln frei ausdehnen können, sindBündeis occurring loads due to the so that the needles can expand freely, are

chend stärkere Dimensionierung der Gehäusewand sie nur an ihrem unteren Teil befestigt, wo sie aufchend larger dimensioning of the housing wall they only attached to their lower part, where they are on

berücksichtigt werden mußten. Durch die Verringe- parallele, ein Gitter bildende und am Fuß 14 des EIe-had to be taken into account. Through the verringe-parallel, a grid-forming and at the foot 14 of the egg

rung der Gehäusewandstärke ist auch der Gesamtan- 20 ments befestigte Schienen 20 aufgeschoben sind. Antion of the housing wall thickness is also the total 20 fastened rails 20 are pushed. At

teil an Strukturwerkstoffen im Core geringer, so daß ihrem oberen Ende sind die Nadeln einfach durchPart of structural materials in the core is lower, so that the needles are easy through their upper end

man entweder für eine gegebene Gesamtmasse die weitere, am Kopf 16 befestigte Schienen 22 geführt,either the other rails 22 attached to the head 16 are guided for a given total mass,

Masse an Spalt- oder Brutmaterial erhöhen oder das welche die Ausdehnung der Nadeln nicht behindern.Increase the mass of fissure or breeding material or that which does not hinder the expansion of the needles.

Montagespiel zwischen benachbarten Kernbrennstoff- Der Fuß 14 kann eine (nicht dargestellte) Vorrich-Assembly play between adjacent nuclear fuel The foot 14 can be a device (not shown)

elementen vergrößern kann. 25 tung zur elastischen Verriegelung am strichpunktiertelements can enlarge. 25 device for elastic locking on the dash-dotted line

Die aus der deutschen Auslegeschrift 1 065 100 gezeigten Traggerüst 24 des Reaktors aufweisen, bekannte, ebenfalls durch ein Wickelverfahren herge- Erfindungsgemäß besteht der rohrförmige Mantel stellte, als Korrosionsschutzschicht dienende Außen- 12 aus einem dünnen Metallband, das spiralförmig hülse bei einem Kernbrennstoffelement ist demgegen- mit aneinanderstoßenden Windungen um das Nadelüber zusätzlich auf eine eigentlich tragende einstücki- 30 bündel 10 herumgewickelt ist, wobei es die Nadeln ge, geschlossene Kernbrennstoffelementhülse mit den eng berührt, um das Spiel möglichst herabzusetzen, erforderlichen mechanischen und thermischen Festig- Die so Kante an Kante angeordneten Windungen bilkeitseigenschaften aufgebracht und mit dieser durch den ein geschlossenes rohrförmiges Werkstück, desLöten-fest verbunden. Das nach dem bekannten Ver- sen mechanische Festigkeit durch Lot- oder Schweißfahren hergestellte Kernbrennstoffelementgehäuse ist 35 nähte 26 zwischen benachbarten Windungen erhalten demnach kein eigensteifes Gebilde wie bei der Erfin- wird. Diese Lot- oder Schweißnähte können entwedung, sondern wird von dem dort zusätzlich vorhan- der diskontinuierlich oder kontinuierlich sein, wenn denen inneren Gehäuse getragen. Der bekannte ge- man eine völlige Dichtheit des Mantels wünscht. Die wickelte Außenmantel stellt somit auch kein das ra- Endwindungen sind schräg abgeschnitten, damit eine dioaktive Material zurückhaltendes Kernbrennstoff- 40 zur Brennstoffelementachse senkrechte Kante entelementgehäuse dar. steht, und auf den Kopf 16 bzw. den Fuß 14 aufge-Die Erfindung ist insbesondere, jedoch nicht aus- zogen und daran durch eine Schweißnaht 28, eine schließlich anwendbar für Abdeckungselemente, die Lötung oder in anderer Weise, beispielsweise durch nur ein mit Brutmaterial gefülltes Nadelbündel ent- Nieten, befestigt.The supporting framework 24 of the reactor shown in German Auslegeschrift 1 065 100, known, also produced by a winding process. According to the invention, there is the tubular jacket placed, as an anti-corrosion layer, outer 12 made of a thin metal band, which is spiral-shaped The sleeve in a nuclear fuel element, on the other hand, is overlaid with contiguous turns around the needle In addition, it is wound around an actually supporting one-piece bundle 10, with the needles ge, closed nuclear fuel element sleeve with the closely touched in order to reduce the clearance as possible, necessary mechanical and thermal strength properties applied and with this through the a closed tubular workpiece, deslöt-solid tied together. After the well-known failure of mechanical strength through soldering or welding Manufactured nuclear fuel element housing is 35 seams 26 obtained between adjacent turns therefore not an inherently rigid structure as in the case of the invention. These solder or weld seams can either but will be discontinuous or continuous of the additionally present there, if which inner casing is worn. The well-known one wishes a complete tightness of the jacket. the The wrapped outer jacket does not represent the end windings are cut off at an angle, so that a dioactive material retaining nuclear fuel element housing 40 to the fuel element axis perpendicular edge The invention is in particular, but not extended and on it by a weld seam 28, a Finally applicable for cover elements, soldering or in some other way, for example through only a bundle of needles filled with brood material, riveted, fastened.

halten, sowie für Elemente, die nur aus einem einzi- 45 Die Herstellung des erfindungsgemäßen Brennstoffgen Nadelbündel großer Länge bestehen, worin mit elements erfolgt nach einem Verfahren, das sich aus Spaltmaterialien und Brutmaterialien ausgestattete der obigen Beschreibung ergibt: Zunächst wird das Teile integriert sind, ebenso für Kernbrennstoffele- Nadelbündel 10 in üblicher Weise zusammengestellt mente mit einer tragenden Mittelsäule. und gegebenenfalls mit dem Fuß 14 verbunden. Die-In den ersten beiden Fällen besorgt das gewickelte 5° ses Nadelbündel wird anschließend nicht in ein star-Band die mechanische Verbindung zwischen dem res Gehäuse mit hexagonalem Querschnitt einge-Kopf und dem Fuß und die Starrheit des Brennstoff- führt, sondern Windung für Windung durch beielements. Im letzten Fall dient es nur zur Kanalisie- spielsweise vom Fuß ausgehendes spiralförmiges Umrung der Strömung des als Kühlmittel dienenden flüs- wickeln mit einem dünnen Metallband fortschreitend sigen Metalls. 55 mit dem rohrförmigen Mantel 12 umkleidet. Die Im folgenden werden zwei erfindungsgemäße Windungen werden anschließend miteinander fest Kernbrennstoffelemente als Ausführungsbeispiele be- verbunden, worauf Fuß und Kopf in üblicher Weise schrieben. Die Beschreibung bezieht sich auf die befestigt werden.hold, as well as for elements that only consist of a single 45 The production of the fuel gene according to the invention Needle bundles of great length consist in which with elements is carried out according to a process that consists of Fissile materials and breeding materials equipped with the above description yields: First, the Parts are integrated, also assembled for Kernbrennstoffele- needle bundle 10 in the usual way ments with a supporting central column. and optionally connected to the foot 14. In the The first two cases concerned the wrapped 5 ° ses needle bundle is then not in a star band the mechanical connection between the res housing with a hexagonal cross-section turned-head and the foot and the rigidity of the fuel leads, but winding by winding through the beielement. In the latter case, it is only used for channeling, for example, a spiral-shaped circumference starting from the foot the flow of the coolant serving as a flü- wrap progressively with a thin metal band sigen metal. 55 covered with the tubular jacket 12. The following two turns according to the invention are then fixed together Nuclear fuel elements connected as exemplary embodiments, whereupon the foot and head in the usual way wrote. The description refers to the ones to be attached.

Zeichnung. Hierin zeigt Die in F i g. 2 gezeigte Ausführungsform, worin die Fig. 1 einen Aufriß eines Brennstoffelements, wo- 60 Bezugszeichen die gleichen sind wie in Fig. 1, jebei der Mittelteil nur zum Teil gezeigt und ein Teil doch unter Beifügung eines Indexstriches, unterscheides Mantels weggeschnitten ist, det sich von der Ausführungsform der F i g. 1 nur in F i g. 2 eine Einzelansicht des Unterteils einer ab- einem Punkt: Das Metallband ist mit einer geringegewandelten Ausführungsform des Brennstoffele- ren Ganghöhe als die axiale Breite des Bandes gewikmentsderFig. 1. 65 kelt, so daß sich eine Überdeckung mit der Breiter Das in F i g. 1 gezeigte Core-Element besitzt ein ergibt. Diese Ausbildung ermöglicht die Befestigung Gehäuse 8, dessen Querschnitt ein regelmäßiges aufeinanderfolgender Windungen aneinander mittels Sechseck ist und das ein einziges Bündel von Nadeln Nieten 30.Drawing. The in FIG. 2 embodiment shown, wherein the Fig. 1 is an elevation view of a fuel element, where reference numerals are the same as in Fig. 1, respectively the middle part only partially shown and a part with the addition of an index line, distinguishes it The jacket is cut away from the embodiment of FIG. 1 only in F i g. 2 shows a single view of the lower part of a point: the metal band is slightly modified Embodiment of the fuel-core pitch as the axial width of the belt as shown in FIG. 1. 65 kelt, so that there is an overlap with the wider The in Fig. 1 core element shown has a yield. This training enables the attachment Housing 8, the cross section of which is a regular successive turns on one another by means of Hexagon and that is a single bundle of needles rivets 30.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (3)

1 2 ten flüssigen Metalls. Das Gehäuse dieses Kern- Fatentansprucne: brennstoffelements besteht aus einer, einstückigen1 2nd liquid metal. The housing of this core Fatentansprucne: fuel element consists of a, one-piece 1. Kernbrennstoffelement, das mindestens ein Hülse und ist an seinem oberen und unteren Ende Bündel von Nadeln aufweist, die in einem rohr- mit einem zur Handhabung des Kernbrennstoffeleförmigen, mit einem Fuß und einem massiven 5 ments mittels einer Lademaschine bestimmten massi-Kopf versehenen und einen Kanal für den Kühl- ven Kopf bzw. mit einem Fuß mit entsprechenden mittelstrom bildenden Mantel angeordnet sind, Ein- und Ausströmöffnungen für den Kühlmitteldadurch gekennzeichnet, daß der Man- strom versehen. Um das Auftreten von Schwingungstel (12) aus einem spiralförmig um das Bündel erscheinungen und Resonanzen der zu Bündeln zu- oder die Bündel gewickelten und in enger Beruh- io sammengefaßten Nadeln zu verhindern, ist es bei rung mit diesen stehenden, jedoch nicht fest mit dem bekannten Kernbrennstoffelement unbedingt erihnen verbundenen dünnen Metallband besteht, forderlich, das Nadelbündel ohne zu großes Spiel in wobei jede Windung des Bandes mit den benach- ' den rohrförmigen Mantel, welcher das Brennelebarten ■ Windungen starr verbunden ist und die mentgehäuse bildet, einzubauen. Unter Berücksichti-Endwindungeri am Fuß (14) bzw. Kopf (16) be- 15 gung der Eigentoleranzen des Nadelbündels ist es erfestigt sind. ■ : forderlich, daß die Querabmessungen (Höhe zu Sei-1. Nuclear fuel element, which has at least one sleeve and at its upper and lower end bundles of needles, which are provided in a tubular with a massi head intended for handling the nuclear fuel ele-shaped, with a foot and a massive 5 ment by means of a loading machine a channel for the cooling head or with a foot with a corresponding jacket forming the medium flow are arranged, inflow and outflow openings for the coolant, characterized in that the man flow is provided. In order to prevent the occurrence of Vibration Stel (12) from a spiral around the bundle phenomena and resonances of the needles wound into bundles or the bundles and brought together in close Beruh- io, it is in tion with these standing, but not fixed with the known nuclear fuel element necessarily consists of thin metal tape connected to it, necessary to install the needle bundle without too much play in each turn of the tape with the adjacent tubular jacket, which the Brennelebarten ■ turns is rigidly connected and forms the ment housing. Taking into account the end windings at the foot (14) or head (16) as a result of the inherent tolerances of the needle bundle, it is solidified. ■ : it is necessary that the transverse dimensions (height to side 2. Kernbrennstoffelement nach Anspruch 1, ten, spitze Winkel) und Längsabmessungen (Durchdadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (12) aus biegung, Ausrichtung) des Gehäuses mit einem voraneinanderstoßenden, durch Schweiß- oder Löt- zugsweise polygonalem Querschnitt in einem engen nähte (26) miteinander verbundenen Windungen 20 Toleranzbereich gehalten werden, welcher aber noch besteht. ein geringes Spiel für die Wärmeausdehnung des Na-2. Nuclear fuel element according to claim 1, th, acute angles) and longitudinal dimensions (through characterized in that the jacket (12) from bending, alignment) of the housing with an abutting, by welding or soldering, preferably polygonal cross-section in a narrow seams (26) interconnected turns 20 tolerance range are kept, but which is still consists. a small amount of play for the thermal expansion of the 3. Kernbrennstoffelement nach Anspruch 1, delbündels gewährleistet. Wegen dieses nur sehr gedadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (12) aus ringen Spiels zwischen Nadelbündel und Gehäuse ereinander überlappenden, durch Schweißen, Löten weist sich der Einbau des Nadelbündels in das Ge- oder Nieten (30) verbundenen Windungen be- 25 häuse als äußerst schwierig. Ein weiterer Nachteil besteht, steht darin, daß die Herstellungskosten eines nur aus3. Nuclear fuel element according to claim 1, ensures delbündels. Because of this only very dull characterized in that the jacket (12) from wrestling game between the needle bundle and housing one another overlapping, by welding, soldering, the installation of the needle bundle in the or rivets (30) connected turns to be extremely difficult. Another disadvantage is stands in the fact that the manufacturing costs are only one thing einem einzigen Stück gefertigten Gehäuses verh'ältnis-,-.-.·:■■.·.· mäßig hoch sind.housing ratio -, -.-. ·: ■■. ·. · are moderately high. Ein ähnliches Kernbrennstoffelement mit einemA similar nuclear fuel element with a Die Erfindung betrifft ein Kernbrennstoff element, 3° ebenfalls einstückigen rohrförmigen Gehäuse, jedoch das mindestens ein Bündel von Nadeln aufweist, die ohne den beschriebenen Fuß ist aus der französiin einem rohrförmigen, mit einem Fuß und einem sehen Patentschrift 1 459 318 bekannt, massiven Kopf versehenen und einen Kanal für den Aus der deutschen Auslegeschrift 1 065 100 ist esThe invention relates to a nuclear fuel element, 3 ° likewise one-piece tubular housing, however which has at least one bundle of needles, which without the foot described is from the French a tubular, with a foot and a see patent 1 459 318 known, massive head and a channel for the From the German Auslegeschrift 1 065 100 it is Kühlmittelstrom bildenden Mantel angeordnet: sind.' bereits bekannt, die die notwendigen mechanischen Kernbrennstroffelemente dieses Typs finden insbe- 35 und thermischen Eigenschaften aufweisende Hülse sondere bei schnellen Reaktoren Verwendung, die eines Kernbrennstoffelements zusätzlich mit einem vorzugsweise durch ein aus einem flüssigen Metall dem Korrosionsschutz dienenden, nach dem Wickelbestehenden Kühlmittel gekühlt werden. Verfahren aus einem dünnen Folienband hergestell-The jacket forming the coolant flow is arranged: are. ' already known that the necessary mechanical Nuclear fuel elements of this type are found in particular sleeves which have thermal properties especially in the case of fast reactors that use a nuclear fuel element with a preferably by one made of a liquid metal for corrosion protection, after the winding Coolant to be cooled. Process produced from a thin foil strip Die einzelnen Nadeln des Bündels bestehen jeweils ten Mantel zu überziehen und diesen mit der Hülse aus einem Stab von Spalt- oder Brutmaterial in einer 40 fest zu verlöten. Dabei tritt auch eine Verbindung dichten Hülle. Der Ausdruck »Stab« soll hier entwe- der überlappten' Ränder des Folienbandes ein. Da der ein massives Stück oder eine Tablettensäule ge- hier, ebenfalls ein einstückiges Gehäuse vorhanden ringer Länge bezeichnen. Die eine Art wird im allge- ist, in das das Nadelbündel eingeschoben werden meinen bei metallischen Brennstoffen angewandt muß, treten mithin die bei den obenerwähnten beiz. B. einer Uran-.und Plutoniumlegierung), während 45 kannten Kernbrennstoffelementen beschriebenen man die zweite Art · bei keramischen Brennstoffen" Schwierigkeiten auf. (z. B. Oxiden und Carbiden) verwendet. Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, diese Nach-The individual needles of the bundle consist of each th coat to be coated and this with the sleeve from a rod of fissile or breeding material in a 40 to be firmly soldered. There is also a connection tight shell. The term "rod" is intended here to include either the overlapped edges of the foil tape. There which is a solid piece or a pill column, also a one-piece housing denote ringer length. One type is generally, into which the needle bundle is pushed must be applied to metallic fuels, therefore those mentioned above apply. B. a uranium. And plutonium alloy), while 45 known nuclear fuel elements described the second type "with ceramic fuels" causes difficulties. (e.g. oxides and carbides) are used. The object of the invention is therefore to Aus der französischen Patentschrift 1 291 633 ist teile bei dem aus der französischen Patentschrift bereits ein Kernbrennstoffelement, insbesondere für 1 291 633 bekannten, hinsichtlich seiner Ausbildung mit schnellen Neutronen betriebene Kernreaktoren,. 50 im allgemeinen befriedigenden Kernbrenristöffeledie mittels eines durch den Core strömenden flüssi- ment zu beseitigen.From the French patent specification 1 291 633 is parts of the one from the French patent specification already a nuclear fuel element, in particular known for 1,291,633, with regard to its design nuclear reactors powered by fast neutrons. 50 generally satisfactory core bristle spoons to be eliminated by means of a liquid flowing through the core. gen Metalls gekühlt werden, bekannt, das mindestens Diese Aufgabe wird bei einem Kernbrennstoffele-gen metal, known that at least this task is carried out in a nuclear fuel element ein Bündel von Nadeln aufweist, die in einem einen ment der eingangs genannten Gattung erfindungsge-Kanal für den Kühlmittelstrom bildenden rohrförmi- maß dadurch gelöst, daß der Mantel aus einem spigen Mantel angeordnet sind. Bei einer bevorzugten.-; 55 ralförmig um das Bündel oder die Bündel gewickel-Ausführungsform wird dort ein Kernbrennstoffele- ten und in enger, Berührung mit diesen stehenden, jement mit drei übereinander in einem Gehäuse mit doch nicht fest mit ihnen verbundenen dünnen Mehexagonalem Querschnitt angeordneten Nadelbün- tallband besteht, wobei jede Windung des Bandes mit dein beschrieben. Die Nadeln eines Bündels sind da- den benachbarten Windungen . starr verbunden ist bei in einem zentrierten hexagonalen Gitter angeord- 60 und die Endwindungen am Fuß bzw. Kopf befestigt net. Jedes Bündel wird von einem Gitter oder von sind. Dabei kann der Mantel sowohl aus aneinander-Schienen getragen, die am Gehäuse befestigt sind, stoßenden, durch Schweiß- oder Lötnähte miteinan- und der für den Durchtritt des flüssigen Metalls er- der verbundenen Windungen als auch aus einander forderliche Abstand wird durch eine mit der Hülle überlappenden, durch Schweißen, Löten oder Nieten fest verbundene Rippe oder einen Draht in Spiral- 65 verbundenen Windungen bestehen, form aufrechterhalten. Das Gehäuse gewährleistet, Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen aufhas a bundle of needles, which in a one ment of the type mentioned erfindungsge channel for the coolant flow forming tubular dimension solved in that the jacket is made of a spigen Coat are arranged. In a preferred. 55 ral-shaped around the bundle or the bundle wound embodiment there becomes a nuclear fuel element and standing in close contact with it, jement with three on top of each other in a case with thin mehexagonals that are not firmly connected to them Cross-section arranged needle-bundle band, each turn of the band with your described. The needles of a bundle are the adjacent turns. is rigidly connected at is arranged in a centered hexagonal grid and the end turns are attached to the foot or head net. Each bundle is made of a lattice or of are. The jacket can be made of rails together worn, which are attached to the housing, abutting, welded or soldered seams and that of the connected windings for the passage of the liquid metal as well as of each other The necessary distance is provided by an overlap with the shell, by welding, soldering or riveting consist of firmly connected ribs or a wire in spiral 65 connected turns, maintain shape. The housing ensures that the advantages achieved with the invention are daß die Nadeln an Ort und Stelle gehalten werden der Hand: Das erfindungsgemäß gewickelte Gehäuse und leitet die Strömung des als Kühlmittel verwende- weist nunmehr ein geringes, für die Wärmeausdeh-that the needles are held in place the hand: The wound housing according to the invention and directs the flow of the coolant used now has a low level of thermal expansion
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