DE1812347C3 - Nuclear fuel element with a heat-treated fuel element core made of a uranium-SIHzhim alloy in the delta phase U deep 2Si - Google Patents
Nuclear fuel element with a heat-treated fuel element core made of a uranium-SIHzhim alloy in the delta phase U deep 2SiInfo
- Publication number
- DE1812347C3 DE1812347C3 DE1812347A DE1812347A DE1812347C3 DE 1812347 C3 DE1812347 C3 DE 1812347C3 DE 1812347 A DE1812347 A DE 1812347A DE 1812347 A DE1812347 A DE 1812347A DE 1812347 C3 DE1812347 C3 DE 1812347C3
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- alloy
- uranium
- fuel element
- gas
- silicon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims description 25
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims description 25
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 title claims description 22
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 16
- FSVQVLHGIXXZGC-UHFFFAOYSA-N [Si].[U] Chemical compound [Si].[U] FSVQVLHGIXXZGC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 10
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 10
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 8
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000011800 void material Substances 0.000 claims description 7
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims 2
- 229910001297 Zn alloy Inorganic materials 0.000 claims 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910001093 Zr alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 4
- 229910052778 Plutonium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000711 U alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 230000004992 fission Effects 0.000 description 3
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 3
- OYEHPCDNVJXUIW-UHFFFAOYSA-N plutonium atom Chemical compound [Pu] OYEHPCDNVJXUIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- WJWSFWHDKPKKES-UHFFFAOYSA-N plutonium uranium Chemical compound [U].[Pu] WJWSFWHDKPKKES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001066 Pu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000011796 hollow space material Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 238000005025 nuclear technology Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/42—Selection of substances for use as reactor fuel
- G21C3/58—Solid reactor fuel Pellets made of fissile material
- G21C3/60—Metallic fuel; Intermetallic dispersions
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C21/00—Apparatus or processes specially adapted to the manufacture of reactors or parts thereof
- G21C21/02—Manufacture of fuel elements or breeder elements contained in non-active casings
- G21C21/16—Manufacture of fuel elements or breeder elements contained in non-active casings by casting or dipping techniques
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Description
5555
Die Erfindung betrifft ein Kernbrennstoffelement mit einem wärmebehandelten Brennelementkern aus einer Uran-Siliziumlegierung in der Deltaphase U3Si, deren Uranmetall mit etwa 2 bis 7,3 Gewichtsprozent Silizium legiert ist, wobei der Brennelementkern von einem widerstandsfähigen Mantel aus einer Zirkonlegierung umfaßt ist und innerhalb des Mantels ein Leerraumvolumen von 7% des Volumens der Uran-Siliziumlegierung vorgesehen ist und die Dicke des Mantels etwa 0,06 cm bei einem Gesamtdurchmesser des Brennelements von etwa 1,5 cm beträgt, nach Patent 1 589 458.The invention relates to a nuclear fuel element with a heat-treated fuel element core made of a uranium-silicon alloy in the delta phase U 3 Si, the uranium metal of which is alloyed with about 2 to 7.3 percent by weight silicon, the fuel element core being encompassed by a resistant jacket made of a zirconium alloy and within the Jacket, a void volume of 7% of the volume of the uranium-silicon alloy is provided and the thickness of the jacket is about 0.06 cm with a total diameter of the fuel assembly of about 1.5 cm, according to patent 1,589,458.
Bei uranlegierten Kernbrennstoffelementen für Kernkrafttreaktoren ergeben sich Schwierigkeiten, weil die mit Uran hochlegicrten, dem hocherhitzten Wasser als Kühlmittel ausgesetzten Legierungen nur einen niedrigen Korrosionswiderstand haben. Im Hinblick auf diesen niedrigen Korrosionswiderstand im wäßrigen Medium führt jeder Fehler in dem die Uranlegierung umgebenden Schutzmantel zu sei*·.·. ~en und unerwünschten Störungen.In the case of uranium alloy nuclear fuel elements for nuclear power reactors, difficulties arise because the alloys, which are highly alloyed with uranium, are only exposed to the highly heated water as a coolant have a low corrosion resistance. In view of this low corrosion resistance in aqueous medium leads to any flaw in the protective jacket surrounding the uranium alloy to be * ·. ·. ~ en and unwanted interference.
Um diese Nachteile herabzusetzen, sind bereits Legierungen mit einer sich der Deltaphase U3Si nähernden Zusammensetzung aus Uran-Silizium bekannt, die eine niedrigere Korrosionsgeschwindigkeit haben. Allerdings zeigen diese Legierungen bei Bestrahlung eine ungenügende Volumenstabilität, da die Unordnung in der gesetzmäßigen Deltaphase und/oder das Ausbrechen gasförmiger Spaltungsprodukte zu den Betrieb gefährdenden Volumen Vergrößerungen führen können.In order to reduce these disadvantages, alloys with a composition of uranium-silicon approaching the delta phase U 3 Si are already known, which have a lower corrosion rate. However, these alloys show inadequate volume stability when irradiated, since the disorder in the regular delta phase and / or the breakout of gaseous fission products can lead to volume increases that endanger the operation.
Dementsprechend sind Überlegungen bekannt, mit Silizium legiertes Uranmetall in der Deltaphase als Kernbrennstoffelemcnt zu verwenden (G u r i η s k y , D. H., und D i e η e s, G. J., »Nuclear Fuels«, London 1956, S. 107, 108).Accordingly, considerations are known, uranium metal alloyed with silicon in the delta phase as To use nuclear fuel elements (G u r i η s k y, D. H., and D i e η e s, G. J., "Nuclear Fuels", London 1956, pp. 107, 108).
Hierbei soll 3,6 Gewichtsprozent Silizium verwendet werden, andererseits soll 30 Gewichtsprozent Silizium nicht überschritten werden. Ferner wird mit Siliziumgehalten von 20, 25 und 28 Prozent gearbeitet. Here, 3.6 percent by weight of silicon should be used, on the other hand, 30 percent by weight of silicon should be used not be exceeded. Furthermore, silicon contents of 20, 25 and 28 percent are used.
Ferner ist aus der Literatur bekannt und beschrieben, daß Uran und Silizium eine große Anzahl von Verbindungen miteinande» eingehen, einschließlich der Form U3Si, auch als Epsilonphase bezeichnet. Hierbei ist es bekannt, U3Si mit 3,78 bis 4,0 Gewichtsprozent Silizium zu legieren (Kaufmann, A. R., »Nuclear Reactor Fuel Elements«, New York — London 1962, S. 72 bis 74 und 83). Allerdings bezeichnet die bekannte Literaturstelle es als schwierig, für diese Phase die richtige Siliziummenge zuzusetzen. Dies stünde einer wirksamen Verwendung dieser Phase entgegen, S. 83 dieser Literaturstelle.It is also known and described from the literature that uranium and silicon form a large number of compounds with one another, including the form U 3 Si, also known as the epsilon phase. It is known to alloy U 3 Si with 3.78 to 4.0 percent by weight silicon (Kaufmann, AR, "Nuclear Reactor Fuel Elements", New York - London 1962, pp. 72 to 74 and 83). However, the known literature describes it as difficult to add the correct amount of silicon for this phase. This would preclude effective use of this phase, p. 83 of this reference.
Wenn es auch bekannt ist, daß Uran-Silizium in Deltaphase die höchste Urandichte aufweist, so war es ebenfalls bekannt, daß diese Uran-Siliziumlegierung eine schlechte, unerwünschte Volumeninstabilität hat, wenn die U3Si-Legierung einer Bestrahlung ausgesetzt wird, was der Fall wäre, wenn diese Legierung als Kernbrennstoffelement verwendet würde, (vgl. Hausner, H.H., und Schumar, J. F., »Nuclear Fuel Elements«, New York — London 1959, S. 197).While uranium-silicon is known to have the highest uranium density in the delta phase, it has also been known that this uranium-silicon alloy has poor, undesirable volume instability when the U 3 Si alloy is exposed to radiation, which it does would be if this alloy were used as a nuclear fuel element (cf. Hausner, HH, and Schumar, JF, "Nuclear Fuel Elements", New York - London 1959, p. 197).
Diese Volumenvergrößerung, die von der Größenordnung von 4 »0 ist, ergibt sich offensichtlich durch eine Unordnung in der gesetzmäßigen Deltaphase und/oder durch Ausbrechen gasförmiger Spaltprodukte unterhalb der, unter Spannung befindlichen Oberfläche. Allerdings zeigen diese Entgegenhaltungen keinen Weg auf, wie für die Praxis dieser Nachteil mit hinreichender Sicherheit zu beheben ist, daß man fertige Brennelemente aus dieser Legierung auch tatsächlich einsetzen kann.This increase in volume, which is of the order of 4 »0, is obviously given by a disorder in the regular delta phase and / or due to the breakout of gaseous fission products below the surface under tension. However, these references show there is no way how this disadvantage can be remedied with sufficient certainty in practice finished fuel elements made from this alloy can actually be used.
Andererseits ist es zwar bekannt, einen Hohlraum innerhalb des Kernes vorzusehen, der allerdings im wesentlichen aus Plutonium besteht, welcher von einem ersten Mantel umfaßt ist. Der Hohlraum ist im Brennstoffelement in Form einer, an den Plutoniumstab anstoßenden Kammer vorgesehen. Diese Kammer ist durch einen Stopf 5 verschließbar, französi-On the other hand, although it is known to provide a cavity within the core, but in the consists essentially of plutonium, which is surrounded by a first jacket. The cavity is in Fuel element provided in the form of a chamber adjoining the plutonium rod. This chamber can be closed with a stopper 5, French
sehe Patentschrift 1359 742. Somit befindet sich der verbilligt herstellen zu können, als auch den vorhan-Hohlraum
nicht innerhalb der eigentlichen Legierung denen Raum besser bzw. gleichmäßig auszunutzen,
selbst, und es wird eine andere Legierung verwendet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gebei
der die besonderen, der U,Si-Legierung eigen- löst, daß der Leerraum ausschließlich aus gleichmätümlichen
Probleme nicht auftreten. Der Vorschlag, 5 ßig innerhalb des homogenen Kernbrennstoffs verden
Leerraum in der Größe 8 bis 15 Volumprozent teilten Porenräumen besteht. Im Vergleich hierzu ist
des Brennstoffelementes zu verwenden, betrifft je- der Leerraum in der französischen Patentschrift
doch den außerhalb des Kernmetalls liegenden Hohl- 1 265 090, F i g. 5, teilweise porös, teilweise aus
raum und hat eine Bedeutung in Verbindung mit der einem durchgehend hohlen Raum aufgebaut, in der
Legierung des Kernmetalls, der aus 750O Uran, io deutschen Auslegeschrift 1 098 111 ist die Verteilung
15e/o Plutonium und 10fl/o Molybdän bestehen soll. zellenförmig, wobei im Brennelement selbst über-Von
der Kerntechnik her ist es jedoch bekannt, daß haupt keine Poren vorhanden sind, sondern der Pobe;
Verwendung von unterschiedlichen Kernbrenn- renraum einfach das Metall aufnimmt, bzw. umgibt,
elementen die Konstruktionseinzelheiten regelmäßig Ferner werden erfindungsgemäß beispielhafte Ver-
und wesentlich voneinander abweichen können. »5 fahren zum Herstellen bzw. zum Vereinigen der Ein-Hierbei
sind Volumen und Ort des Hohlraumes im zelteile des Kernbrennbtoffelementes vorgeschlagen:
Kernmetall von verschiedenen Veränderungen abhängig: Beispiel 1see patent specification 1359 742. Thus, the cheaper production is, as well as not using the existing cavity within the actual alloy which space better or evenly,
itself, and another alloy is used. According to the invention, this object is achieved in that the special properties inherent in the U, Si alloy are achieved in that the empty space does not arise solely from uniform problems. The proposal consists of 5 void spaces in the size of 8 to 15 percent by volume divided pore spaces within the homogeneous nuclear fuel. In comparison, the fuel element is to be used, since every empty space in the French patent relates to the hollow 1 265 090, FIG. 5, partly porous, partly made of space and has a meaning in connection with a continuously hollow space, in the alloy of the core metal, which is made up of 75 0 O uranium, io German Auslegeschrift 1 098 111 is the distribution 15 e / o plutonium and 10 fl / o molybdenum should consist of. cell-shaped, whereby in the fuel assembly itself, however, it is known from nuclear technology that there are no pores at all, but the pores; The use of different nuclear burner chambers simply accommodates or surrounds the metal, elements the construction details regularly. Furthermore, according to the invention, exemplary variations and significantly may differ from one another. Here, the volume and location of the cavity in the individual parts of the nuclear fuel element are proposed: Core metal depends on various changes: Example 1
Einmal muß die Größe des Hohlraumes der Be- Individuelle Herstellung der Elemente, der der Ar-On the one hand, the size of the cavity must be the individual production of the elements, the
c*lngung genügen, daß sowohl feste, als auch gasför- ao beitsschritt Beschaffung des Gleitsitzes folgt,It suffices that both fixed and gas-fueled step procurement of the sliding fit follows,
mige Spaltprodukte aufgenommen werden, ferner Aus der Uran-Süiciumlegierung wird ein stabför-fission products are absorbed, and the uranium-silicon alloy becomes a rod-conveying
muß eine Volumenvergrößerung durch andere Strah- miger Bauteil gegossen, der den zentralen Leerrauman increase in volume must be cast by another straighter component that forms the central empty space
lungsprodukte in Kauf genommen werden. Diese Be- enthält und dann wird der Stab od. dgl. bei einermanagement products are accepted. This contains loading and then the rod or the like. In a
dingungen sind ersichtlich von Kemmetall zu Kern- Temperatur im Bereich von 750 bis 900° C, vor-conditions can be seen from core metal to core temperature in the range of 750 to 900 ° C,
metall unterschiedlich, so daß eine, in einem Fall as zugsweise bei etwa 800° C wärmebehandelt, um diemetal different, so that one, in a case as preferably heat-treated at about 800 ° C, to the
(Uran-Plutonium) mögliche Lösung im anderen Fall Legierung peritektoidisch in die Deltaphase (U3Si) zu(Uranium-Plutonium) possible solution in the other case alloy peritectoidally into the delta phase (U 3 Si)
(U8Si) nicht anwendbar ist. überführen. Die genaue Temperatur der Wärmebe-(U 8 Si) is not applicable. convict. The exact temperature of the heat
Ebenfalls ist es noch bekannt, bei Kernbrennstoff- handlung hängt von vorhandenen Spurenbestandteielementen den Hohlraum in das Kemmetall selbst len in der Legierung ab. Dies Verfahren kann, in Abhineinzuverlegen, entweder in Form von Schlitzen, 30 hängigkeit von der zuerst gegossenen Gestalt der Leeines länglichen Zylinders oder in Form von Poren. gieiung und vom Ausmaß der Vollständigkeit der bei Hierbei kann der Hohl- bzw. Leerraum 10 bis 30 °/o der Anwendung erforderlichen Transformation, in des Kernmetalls betragen, französische Patentschrift einem Zeitintervall von 2 bis 300 Stunden, regelmä-1 265 099. Dieser Bereich ist aber recht groß, bzw. es ßig nach etwa 72 Stunden, beendet werden. Dann ist kein Optimum angegeben. Jedenfalls soll aber die 35 wird der Stab durch mechanische Bearbeitung wie nach unten angegebene Grenze bei 10 0Zo liegen, Un- durch Schleifen auf die endgültigen, für den Kern des terschreitungen werden nicht offenbart, bzw. werden Brennstoffelementes vorgesehenen Maße gebracht von einem Fachmann als nachteilig angesehen. Das und das Brennelement dadurch hergestellt, daß der Wesentlichste hier ist aber, daß das verwendete Kern mit Gleitsitz in den Schutzmantel eingeführt Kernmetall eine Uran-Plutoniumlegierung betrifft 40 wird.It is also still known that in the case of nuclear fuel handling, the cavity in the core metal itself in the alloy depends on the presence of trace constituent elements. This process may, in addition, either in the form of slots, depending on the first cast shape of the line of an elongated cylinder, or in the form of pores. Correction and the degree of completeness of the transformation required here, the cavity or empty space can be 10 to 30% of the application, in the core metal, French patent at a time interval of 2 to 300 hours, usually 1 265 099. This range but it is quite large, or it will be terminated after about 72 hours. Then no optimum is given. In any case, however, the rod should be through mechanical processing as the limit given below at 10 0 Zo, Un- through grinding to the final, for the core of the transgressions are not disclosed, or are provided by a person skilled in the art as the dimensions provided for the fuel element viewed disadvantageously. That and the fuel assembly is produced by the fact that the most important thing here is that the core used is inserted with a sliding fit into the protective jacket. Core metal is a uranium-plutonium alloy.
und nicht das Ausgangsproblem, daß die Verwen- R . 19and not the initial problem that the R. 19th
dung von Uran-Siliziumlegierung in Deltaphase zum BeispielFormation of uranium-silicon alloy in delta phase, for example
Gegenstand hat. Ein dem Beispiel 1 ähnliches Verfahren unter-Subject has. A method similar to Example 1 is
Es ist ferner ein Kernbrennstoffelement vorge- scheidet sich von diesem dadurch, daß die Uran-Sili-Furthermore, a nuclear fuel element differs from it in that the uranium-silicon
schlagen worden, das Kernbrennstoffbruchstücke in 45 ciumlegierung zu einem Barren od. dgl., an StelleBeen beat, the nuclear fuel fragments in 45 cium alloy to a bar od. The like., In place
einer Matrix enthält, wobei diese Bruchstücke in ZeI- eines Stabes mit einem zentralen Leerraum, gegossena matrix, these fragments being cast in cells of a rod with a central void
len eingeschlossen sind und von graphitiertem Koks wird. Nachdem die Wärmebehandlung bei etwalen are included and is made of graphitized coke. After the heat treatment at about
umschlossen werden. Hierbei ist das Volumen jeder 800' C, wie in Beispiel 1, ausgeführt worden ist, wirdbe enclosed. Here the volume is each 800 ° C, as has been carried out in Example 1
Zelle größer als das des eingeschlossenen, spaltbaren der Barren bei einer Temperatur, die kleiner als dieCell larger than that of the enclosed, fissile of the ingot at a temperature less than that
Materials, so daß insofern eine Verteilung von Leer- 50 peritektoidische Temperatur von 930° C ist, zuMaterials, so that in this respect a distribution of empty 50 peritectoid temperature of 930 ° C is, too
räumen vorliegt. Hierbei handelt es sich aber um einem mit einem zentralen Leerraum versehenenvacate. But this is one with a central empty space
eine Sonderform der Bemäntelung des Kernbrennele- Stab od. dgl. extrudiert. Man unterschreitet die Tem-a special form of the sheathing of the nuclear fuel rod or the like. extruded. One falls below the tem-
mentes, die relativ viel Raum in Anspruch nimmt, peratur von 9300C, um einen entgegengesetzt ge-mentes, which takes up a relatively large amount of space, temperature of 930 0 C to
die Größe des Leerraumes diejenige des Kernmetalls richteten Arbeitsablauf zu unterbinden, der den DeI-the size of the empty space that of the core metal-directed workflow to prevent the deI-
übersteigt, einen äußeren, dickwandigen Mantel 55 taphasenzustand in der Legierung zerstören würde,exceeds an outer, thick-walled jacket 55 would destroy the phase state in the alloy,
besitzt und hinsichtlich des Austritts insbesondere Wie auch früher wird dann der Stab durch Bearbei-and especially with regard to the exit.As in the past, the rod is then machined
langsamer Neutronen nicht wirtschaftlich ist, aber tung oder Schleifen auf seine endgültigen Abmessun-slow neutrons is not economical, but machining or grinding to its final dimensions
auch nicht gestattet, auf einem minimalen Raum gen gebracht und man erhält das Kernbrennstoffele-also not allowed, placed in a minimal space and you get the nuclear fuel element
möglichst viel Kernmetall unterzubringen. Eine ment, indem der bearbeitete Stab bzw. der Kern mitto accommodate as much core metal as possible. A ment by adding the machined rod or core
Uran-Siliziumlegierung in Dettaphase wird nicht ver- 60 Gleitsitz in den Schutzmantel eingeführt wird,Uranium-silicon alloy in the Dettaphase is not inserted into the protective sheath with a sliding fit,
wendet (deutsche Auslegeschrift 1 098111). R . - , -applies (German Auslegeschrift 1 098111). R. -, -
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Beispiel jThe invention is based on the object j
Gegenstand des Hauptpatents, der durch ein be- Es wird ein dem Beispiel 2 ähnliches Verfahren stimmtes Leerraumvolumen, eine bestimmte Mantel- verwendet, mit der Ausnahme, daß die ReihenfolgeThe subject of the main patent, which is produced by a method similar to Example 2 correct void volume, a specific cladding used, except that the order
dicke und einen bestimmten Gesamtdurchmesser des 65 der Arbeitsschritte Wärmebehandlung und Extrusionthickness and a certain total diameter of the heat treatment and extrusion steps
Brennelementes vorgegeben ist, weiter zu verbessern umgekehrt wird. Die Uran-Siliciumlegierung wirdFuel assembly is given to further improve is reversed. The uranium-silicon alloy is made
und zu optimieren und einen, aus Uran-Siliziumlegie- also als Barren gegossen und dann in einen, einenand to optimize and one, made of uranium-silicon alloy - that is, cast as an ingot and then into one, one
rung U3Si bestehenden Kern zu vereinfachen und zentralen Leerraum aufweisenden Stab extrudiert.tion U 3 Si to simplify existing core and extruded rod with central empty space.
Dann wird der Stab bei etwa 80O0C wärmebehandelt, wie im Beispiel 1, um die Legierung peritektoidisch in die Deltaphase U3Si zu überführen. Anschließend wird der Stab auf seine endgültigen Abmessungen, die für den Kern vorgesehen sind, durch mechanische Bearbeitung oder Schleifen gebracht und dann der Kern in den Schutzmantel mit Gleitsitz eingeführt, so daß das Kernbrennstoffelement gebildet ist.The rod is then heat-treated at about 80O 0 C, as in Example 1, in order to convert the alloy peritectoidally into the delta phase U 3 Si. The rod is then brought to its final dimensions, which are intended for the core, by machining or grinding and then the core is inserted into the protective jacket with a sliding fit, so that the nuclear fuel element is formed.
Dies Verfahren enthält die ersten, im Beispiel 2 angegebene;. Arbeitsschritte, d.h., die Uran-Siliciumlegierung wird als Barren gegossen und dann der Barren bei etwa 800° C, wie in Beispiel 1, wärmebehandelt. Der wärmebehandelte Barren wird dann innerhalb der aus Zirkonlegierung bestehenden Hülse bzw. dem Mantel bei einer 930° C unterschreitenden Temperatur koextrudiert, so daß ein Kernbrcnnstoffelement mit einem Kern aus Uran-Silicium in Deltaphase U3Si gewonnen wird, der einen zentralen Leerraum hat und dann mit dem Mantel aus Zirkonlegierung verkleidet wird, bzw. an diesen angeschmolzen od. dgl. wird.This procedure includes the first given in example 2; Working steps, that is, the uranium-silicon alloy is cast as an ingot and then the ingot is heat-treated at about 800.degree. C. as in Example 1. The heat-treated ingot is then coextruded inside the zirconium alloy sleeve or jacket at a temperature below 930 ° C., so that a nuclear fuel element with a core of uranium-silicon in delta phase U 3 Si, which has a central empty space and then is clad with the zirconium alloy jacket, or is fused to it or the like.
Ein Verfahren ähnlich demjenigen nach Beispiel 4, mit der Ausnahme, daß die Arbeitsschritte Wärmebehandlung und Koextrusion in der Reihenfolge umgekehrt worden, d. h., die Uran-Siliziumlegierung wird als Barren gegossen und dann innerhalb einer Hülse bzw. eines Mantels aus Zirkonlegierung koextrudiert, so daß ein Kernbrennstoffelement gebildet wird, in welchem der Kern einen zentralen Leerraum hat, und dann wird er mit dem Mantel aus Zirkonlegierung verkleidet bzw. an diesen angeschmolzen od. dgl. Dann wird das so vereinigte Kernbrennstoff element einer Wärmebehandlung bei etwa 800υ C, wie im Beispiel 1 angegeben, unterworfen, um den Kern aus Uran-Siliciumlegierung in die Deltaphase U3Si zu überführen.A process similar to that of Example 4, with the exception that the order of the heat treatment and coextrusion has been reversed, ie the uranium-silicon alloy is cast as an ingot and then coextruded within a sleeve or jacket of zirconium alloy, so that a the nuclear fuel element is formed, in which the core has a central void space, and then it is covered with the sheath of zirconium alloy or of these fused or the like.. then, the thus joined core fuel element to a heat treatment at about 800 υ C as described in example 1 indicated, subjected to convert the uranium-silicon alloy core into the delta phase U 3 Si.
Aus der Uran-Siliciumlegierung wird ein Stab mit gleichmäßig verteilten porenartigen Einzelräumen gegossen, die 7 Volumprozent des Stabes ausmachen. Diesen Stab od. dgl. kann man dadurch herstellen, daß ein geeignetes inertes Gas wie Helium in die geschmolzene Charge eingeführt wird. Dies kann durch Einblasen od. dgl. des Gases in die schmelzende Legierung erfolgen. Wenn sich die Legierung verfestigt, wird das Gas in ihr in Form von sphärischen geschlossenen Poren (porenförmige Einzelräumej eingeschlossen. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß die Schmclzlegicrung, insbesondere beiThe uranium-silicon alloy becomes a rod with evenly distributed pore-like individual spaces cast, which make up 7 percent by volume of the rod. This rod or the like can be produced by that a suitable inert gas such as helium is introduced into the molten charge. This can by blowing or the like of the gas into the melting alloy. When the alloy solidified, the gas in it is in the form of spherical closed pores (pore-shaped individual spaces) locked in. According to the invention it is proposed that the Schmclzlegicrung, in particular at
j 5 1500 C, der Atmosphäre des inerten Gases ausgesetzt wird, wodurch regelmäßig genug Gas absorbiert wird, um die gewünschte Porosität während der Verfestigung zu erreichen.j 5 1500 C, exposed to the atmosphere of the inert gas which regularly absorbs enough gas to achieve the desired porosity during solidification to reach.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht vor. daß das Gas in die geschmolzene Legierung dadurch eingeführt wird, daß in die Hohlform, in der der Kem geformt wird, eine, ein Gas erzeugende Flüssigkeit oder ein fester Stoff eingeführt wird. Vorzugsweise wird hierfür metallisches Magnesium verwendet, da sein Verdampfungspunkt dicht unterhalb desjenigen der Uranlegierung (etwa 1100- C) liegt. Wenn die das Gas erzeugende Flüssigkeit oder der Feststoff mit der geschmolzenen Legierung in Berührung gebracht wird, wird das Gas gebildet, bzw. frei-Another embodiment of the invention provides. that the gas into the molten alloy thereby is introduced that in the hollow mold in which the core is formed, a gas generating Liquid or solid is introduced. Metallic magnesium is preferably used for this, because its evaporation point is just below that of the uranium alloy (about 1100 C). When the gas generating liquid or solid comes into contact with the molten alloy is brought, the gas is formed or released
gegeben und es durchdringt die Legierung und wird wiederum in der Legierung während der Verfestigung in üblicher Weise sphärischen geschlossenen Porenräumen eingeschlossen. Dann wird der Stab gemäß Beispiel 1 bei etwa 800° C wärmebehandelt.given and it penetrates the alloy and becomes in turn in the alloy during solidification enclosed in the usual way spherical closed pore spaces. Then the stick becomes according to Example 1 heat treated at about 800 ° C.
um die Legierung peritektoidisch in die Deltaphase U3Si zu überführen. Dann wird der Stab durch mechanische Bearbeitung oder Schleifen auf seine endgültigen Abmessungen als Kern eines Brennstoffelementes gebracht und das Element entsteht wiederum dadurch, daß der Kern in den Schutzmantel mit Glcitsitz eingeführt wird.to convert the alloy peritectoidally into the delta phase U 3 Si. The rod is then brought to its final dimensions as the core of a fuel element by machining or grinding and the element is in turn produced by inserting the core into the protective jacket with a glass seat.
Für die Kernbrennstoffelemente gemäß dieser Erfindung wurde festgestellt, daß man eine Leistung von mehr als 10 000 Megawattagen pro Tonne Uran erreichen konnte, ohne daß der Innendurchmesser 1 °/o überschritten hätte.The nuclear fuel elements according to this invention have been found to have a performance of more than 10,000 megawatt days per ton of uranium without affecting the inner diameter Would have exceeded 1 ° / o.
Claims (8)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US73422168A | 1968-06-04 | 1968-06-04 | |
| US73424068A | 1968-06-04 | 1968-06-04 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1812347A1 DE1812347A1 (en) | 1971-06-09 |
| DE1812347B2 DE1812347B2 (en) | 1974-05-22 |
| DE1812347C3 true DE1812347C3 (en) | 1975-01-02 |
Family
ID=27112696
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE1812347A Expired DE1812347C3 (en) | 1968-06-04 | 1968-12-03 | Nuclear fuel element with a heat-treated fuel element core made of a uranium-SIHzhim alloy in the delta phase U deep 2Si |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1812347C3 (en) |
| GB (1) | GB1251400A (en) |
| SE (1) | SE347379B (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1327692C (en) * | 1989-09-15 | 1994-03-15 | Il Hiun Kuk | Uranium silicide dispersion fuel utilizing rapid solidification by atomization and fuel fabrication process therefor |
| CN110379525B (en) * | 2019-08-02 | 2022-05-10 | 上海核工程研究设计院有限公司 | Rod-shaped nuclear fuel element resistant to accidents and preparation method thereof |
| CN110415838B (en) * | 2019-08-02 | 2022-07-22 | 上海核工程研究设计院有限公司 | Rod-shaped nuclear fuel element with enhanced safety and preparation method thereof |
| CN110993134B (en) * | 2019-11-12 | 2023-01-06 | 中国工程物理研究院材料研究所 | U-shaped connector 3 Si 2 Preparation method of alloy fuel |
-
1968
- 1968-12-03 DE DE1812347A patent/DE1812347C3/en not_active Expired
-
1969
- 1969-05-23 GB GB1251400D patent/GB1251400A/en not_active Expired
- 1969-06-04 SE SE07881/69A patent/SE347379B/xx unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SE347379B (en) | 1972-07-31 |
| DE1812347B2 (en) | 1974-05-22 |
| GB1251400A (en) | 1971-10-27 |
| DE1812347A1 (en) | 1971-06-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE68908196T2 (en) | Nuclear fuel element with an oxidation-resistant layer. | |
| DE69111467T2 (en) | WEAR-RESISTANT CORE REACTOR FUEL ELEMENTS. | |
| DE69006914T2 (en) | Corrosion-resistant zirconium alloys containing copper, nickel and iron. | |
| DE69013255T2 (en) | Nuclear fuel element and process for its manufacture. | |
| DE2501505A1 (en) | IMPROVED CORE FUEL ELEMENT | |
| DE3783428T2 (en) | CORE FUEL ELEMENT RESISTANT TO INTERACTIONS BETWEEN TABLETS AND PIPES. | |
| DE2559019C3 (en) | Process for the production of nuclear fuel pellets consisting of a mixture of oxides | |
| DE1564226A1 (en) | Absorber element for controlling and regulating the reactivity of nuclear reactors | |
| DE1941121A1 (en) | Process for charging reactors with fuel | |
| DE1915670B2 (en) | Nuclear fuel particles having a core containing fissile material or breeding material and a method for producing such nuclear fuel particles | |
| DE2312737A1 (en) | NUCLEAR FUEL FOR GAS-COOLED REACTORS | |
| DE1055704B (en) | Fuel elements for nuclear reactors | |
| DE1589458C3 (en) | Nuclear fuel element | |
| DE1812347C3 (en) | Nuclear fuel element with a heat-treated fuel element core made of a uranium-SIHzhim alloy in the delta phase U deep 2Si | |
| DE69207159T2 (en) | Radioactivity getter for fission products generated in a nuclear fuel element | |
| WO1995004994A1 (en) | Sintered compact made of uranium-containing nuclear fuel | |
| DE60215886T3 (en) | Fuel rod with a shell of a zirconium alloy and containing a metal oxide for limiting the hydrogenation | |
| DE1204343B (en) | Nuclear reactor fuel element | |
| EP0078428A2 (en) | Method of manufacturing sintered oxidic nuclear fuel bodies | |
| DE1918251A1 (en) | Cover for fuel element of a nuclear reactor and process for their manufacture | |
| DE1163990B (en) | Nuclear reactor fuel element | |
| DE1771019B2 (en) | Process for the production of over 500 degrees C and radiation-resistant workpieces from a neutron-absorbing graphite product | |
| DE1192337B (en) | Standard or fissile material rod for nuclear reactors and processes for its production | |
| DE2842198B2 (en) | Nuclear fuel element | |
| DE68910879T2 (en) | Fission zone component of a nuclear reactor and operating method for a nuclear reactor. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| 8340 | Patent of addition ceased/non-payment of fee of main patent |