DE1804378A1 - Kernbrennstoffstaebe mit Huellrohr - Google Patents

Kernbrennstoffstaebe mit Huellrohr

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DE1804378A1
DE1804378A1 DE19681804378 DE1804378A DE1804378A1 DE 1804378 A1 DE1804378 A1 DE 1804378A1 DE 19681804378 DE19681804378 DE 19681804378 DE 1804378 A DE1804378 A DE 1804378A DE 1804378 A1 DE1804378 A1 DE 1804378A1
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nuclear fuel
fuel
fuel rod
fuel rods
getter
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DE19681804378
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Wilhelm Otto
Dipl-Ing Rudolf Sieber
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Nukem GmbH
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Nukem GmbH
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    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
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    • G21C3/02—Fuel elements
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Description

NUKEM
Nuklear-Chemie und -Metallurgie Gesellschaft m.b.H.
Wolfgang b. Hanau
Kernbrennstoffstäbe mit Hüllrohr.
Die stürmische Entwicklung auf dem Gebiet der Kernenergieer- ^ zeugung hat dazu geführt, dass Wasserreaktoren heute bei der kommerziellen Nutzung der Kernenergie einen festen Platz einnehmen.
In diesem Reaktortyp wird die Kernenergie durch Kernspaltungen gewonnen, die meistens in zylindrischen UOg-Brennstäben stattfinden, die mit Hüllrohren aus Zirkonlegierungen umschlossen sind.
Die Hauptaufgaben der Brennstoffumhüllung sind in der Aufrechterhaltung der geometrischen Brennstabform, der physikalischen Trennung von Brennstoff und Kühlwasser und der Sammlung bzw. Aufbewahrung der während der Bestrahlung gebildeten radioaktiven i Spaltprodukten zu sehen. Daraus wird deutlich, dass der Standzeit der verwendeten Brennstoffumhüllung grosse Bedeutung zukommt.
Neben der mechanischen Hüllrohrbelastung, die durch die thermischen Verhältnisse im Brennstoff und der Hülle sowie der Produktion von Spaltprodukten verursacht wird, bringt der Betrieb im Wasser »zw. im Wasserdampf Korrosionserscheinungen mit sich.
Besonders die beiden am häufigsten verwendeten Zirkonlegierungen, Ziroaloy-2 und Ziroaloy-4, tragen diesen Tatsachen Rechnung.
- 2 009828/0657
BAD ORIGINAL
Bestrahlungsexperimente haben gezeigt, dass die verwendeten Hüllrohre unter bestimmten Verhältnissen nach relativ kurzer Bestrahlungszeit von innen her an einzelnen Stellen zerstört werden können. Obwohl eine vollständige Beschreibung der einzelnen zur Zerstörung führenden Mechanismen heute noch nicht möglich ist, weiss man, dass der im Inneren des Brennstabs eingeschlossene Wasserstoff eine entscheidende Rolle spielt. Er sammelt sich an einigen Stellen des Hüllrohres in Fora von Zirkonhydrid zu hoher Konzentration an und die vom Ausgangsmaterial verschiedenen mechanischen und physikalischen Eigenschaften bewirken schliesslich eine Zerstörung des üüllrohres.
Es ist daher äusserst wichtig, bei der Brennstahhersteilung dafür zu sorgen, dass mögliche Wasserstoffquellen eliminiert werden. In der Praxis bedeutet dies, dass die während der Brennstoffherstellung aufgenommenen Mengen an Wasserdampf und Hasen minimal gehalten werden müssen.
Nur wenn U0„ in gesinterter Form und hoher Dichte zur Anwendung gelangt, kann diese Forderung relativ leicht erfüllt werden.
Man stösst jedoch auf beträchtliche Schwierigkeiten, wenn der Brennstoff,z.B. in Form von Partikelmischungen,vorliegt, wie er bei der Herstellung vibrationsverdiohteter Brennelemente zur Anwendung gelangt.
Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die Verhältnisse in typieoh@n Brennstäben beider Brennstoffvarianten!
009828/0667 bad
Brennstoff i n
Sinterform
Form von Partikelmischung
Re stgasgehalt
Ncm3 / g UO2) *
Wassergehalt
(w ppm)
O.Ol
kleiner 10
0.12
grosser 30
Davon sind ca. 50 $ Wasserstoff
Wasserdampfgehalte wie 20 -3Ow ppm können in Partikelmischungen nur mit Hilfe grossen technischen Aufwands erreicht werden. Die Beherrschung der beschriebenen Probleme gewinnt daher besonders im Hinblick auf die mit der Herstellung von vibrationsverdichteten Brennelementen aus wiederaufbereitetem und plutoniumhaltigem Brennstoff verbundenen Kostensenkungen erhöhte Bedeutung.
Erfindungsgemäss werden die beschriebenen Nachteile dadurch verhindert, dass eine Wasserstoff aufnehmende Substanz als Gettermaterial im Inneren des niillrohres oberhalb der Brennstoffsäule angeordnet ist. Diese ist in der Lage den im Brennstab enthaltenen Wasserstoff zu binden, bevor er die Möglichkeit hat,
in die Brennstoffumhüllung einzudringen. Wasserdampf und Restgase können durch Aufheizen der Brennstäbe vor oder während der Bestrahlung ausgetrieben werden, so dass durch Konzentrationsunterschiede infolge der Absorption am Getter eine Bewegung
des Wasserstoffs zum Getter hin eintritt.
009828/0657
BAD
Es ist zweckmässig, dass das als Patrone ausgebildete Gettermaterial im verschlossenen Brenhstab unter Betriebsbedingungen einen Temperaturgradienten in axialer Richtung aufweist, um zu gewährleisten, dass sich ein Teil des Gettermaterials in einem optimalen Temperaturbereich befindet.
Der Temperaturgradient in axialer Richtung kann beispielsweise durch Berührung der Getterpatrone mit der Brennstoffsäule und dem Endstopfen erzeugt werden.
In Versuchen ausserhalb des Reaktors wurde die wirkungsvolle Verwendung der Erfindung gezeigt.
Nachdem ein Probestab mit einer UOn-Partikelinisohung-und Zircaloyhülle vier Stunden lang bei 45O0G geheist worden war,, hatte das Gettermaterial Über 8.3 fo der im Brennstoff enthaltenen Wasserdampfmenge aufgenommen.
Eine zur Anwendung gelangte Anordnung ist in Abbildung 1 dargestellt.
Ein perforierter dünnwandiger;. Hohl zylinder "1 aus Zir-caloy "(to)-ist einseitig mit einer Scheibe 2 ,des gleichen Materials verbunden.--Der Durchmesser dieser Scheibe ist etwas kleiner "als fler durchmesser des Hohlzy-1 Inders« damit-das :ßas ■ oder, der." aus der Brennstoffsäule in den den "Hohlzylinder aufnehmend« Raum übertreten.kann. - Her fiohlzylinder l->wird mit detü zwr:'.-Anwendung gelangenden -:Ue$.terii&t-e.rial 3r- S0B6 .einer, legierung" in Sohwammföru*; ..aufgefüllt.1 B3a©!s der Füllung der Hofei'ssyllader 1 eit/eiaeBi" Stopfei^ %
Inniger Kontakt nlt.der Srenaetoffsäule--5-:wird.-duroh--eiae Spiralfeder 6 erzeugt, di@ den Holfeissylloäir 1 iiaglbt« "un
009t28/06B7
■"".■■■- - ■ - 4 -
BAD ORIGINAL
sich einerseits auf der Scheibe 2 und andererseits am Endstopfen 7 abzustützen. Die während öer Bestrahlung zu erwartende Relativdehnung der Brennstoffsäule kann durch die im Endstopfen 7 vorgesehene Bohrung aufgenommen werden.
00 08 2 0706 5 7 - 6 -.
BAD ORlGJNAl.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE
1. Kernbrennstoffstab mit Hüllrohr, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wasserstoff aufnehmende Substanz als Gettermaterial im Inneren des Hüllrohre oberhalb der Brennstoff säule angeordnet ist..
2. Kernbrennstoffstab nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, dass das Gettermaterial mit dem Hüllmaterial identisch ist.
3. Kernbrennstoffstab nach Anspruch 2, daduroh gekennzeichnet, dass das Gettermaterial aus einer Zirkoniumlegierung besteht.
k. Verfahren zum Betrieb von Kernbrennstoffstäben' nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Getterpatrone im verschlossenen Brennstab unter Betriebsbedingungen einen Temperaturgradienten in axialer Richtung aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichne 9 dass der Temperaturgradient in axialer Richtung durch die Berührung der Getterpatrone mit der Brennstoffsäule und dem Endetopfen erzeugt wird.
Frankfurt/Mmin, 17.10,1968 Sohn/Bl
DE19681804378 1968-10-22 1968-10-22 Kernbrennstoffstaebe mit Huellrohr Pending DE1804378A1 (de)

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FR6934050A FR2021201A1 (fr) 1968-10-22 1969-10-06 Barreau de combustible nucleaire muni d'une enveloppe tubulaire
BE740657D BE740657A (de) 1968-10-22 1969-10-22

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104575627A (zh) * 2013-10-15 2015-04-29 上海核工程研究设计院 一种用于燃料元件的气体吸收装置

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US3804709A (en) * 1972-05-15 1974-04-16 Gen Electric Nuclear fuel element
AU497435B2 (en) * 1975-10-14 1978-12-14 Westinghouse Electric Corporation Tritium removal and retention device

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