DE1959509A1

DE1959509A1 - Porous plugs for nuclear fuel rods

Info

Publication number: DE1959509A1
Application number: DE19691959509
Authority: DE
Inventors: Jean-Paul Van Dievoet
Original assignee: Belgonucleaire SA
Current assignee: Belgonucleaire SA
Priority date: 1968-11-29
Filing date: 1969-11-27
Publication date: 1970-06-11
Also published as: FR2024538B3; GB1231129A; US3699638A; FR2024538A7; BE724655A

Description

PatentanmeldungPatent application

BSLGONUCLBAIRBS. A., 35, Rue des Colonies, Brüssel, BelgienBSLGONUCLBAIRBS. A., 35, Rue des Colonies, Brussels Belgium

"Poröse Stopfen für Kernbrennstoffstäbe¹¹ "Porous plugs for nuclear fuel rods ¹¹

Die Erfindung betrifft Spaltmaterialstäbe für Kernreaktoren, insbesonderaHSpaltmaterialstäbe für schnelle Reaktoren.The invention relates to fissile material rods for nuclear reactors, in particular fissile material rods for fast reactors.

■- ■ ■ ·■ - ■ ■ ·

Da die Abbrandrate (Verbrennungsgeschwindigkeit, combustion rate) in schnellen Reaktoren sehr groß ist, werden die Stabe während ihrer Bestrahlung innerhalb des Reaktors einem ständig anwachsenden Druck unterworfen, welcher als Ergebnis des Aufbaus der Spaltungsgase auftritt und der ein Anschwellen dieser Stäbe bewirkt und dadurch einen zusätzlichen Druckverlust des längs der Stäbe fließenden Kühlmittels schafft.Since the burn rate (burning rate, combustion rate) is very high in fast reactors, the rods are subjected to constantly increasing pressure within the reactor during their irradiation, which occurs as a result of the build-up of the fission gases and which causes these rods to swell and thereby an additional pressure loss of the creates coolant flowing along the rods.

Es ist bekannt, zur Reduzierung des Gasdrucks die Stäbe durch einen Behälter zu dehnen, dessen Volumen den maximalen Druckwert festlegt. Bin solcher Behälter verursacht einen sehr erheblichen zusätzlichen Druckverlust·In order to reduce the gas pressure, it is known to stretch the rods through a container, the volume of which defines the maximum pressure value. I am such Container causes a very considerable additional pressure loss

009624/1561009624/1561

BAO ORIGINALBAO ORIGINAL

5^52/45 Th/Em - 2 - 21. November 19695 ^ 52/45 Th / Em - 2 - November 21, 1969

Man hat auch bereits mit Öffnungen versehene Spaltstoffstäbe zum Vermeiden des Anschwellens vor-* geschlagen, d.h. Stab·, welche da* Spaltungsgae von seiner Entstehung an freisetzen können. Dieses Spaltungsgas sammelt sich dann oben im Reaktorkessel, wo es abgezogen werden kann.There are also already apertured fissile material rods to prevent swelling. beaten, i.e. staff, which there * splitting up from its emergence to be able to release. This fission gas then collects up in the reactor vessel, where it can be peeled off.

Zum Realisieren solcher entgaster, mit Öffnungen/ versehener Spaltstoffstäbe hat man poröse Hülsen für die Spaltstoffstäbe vorgeschlagen. Diese führen jedoch wegen der Schwierigkeit, die gewünschte Porosität zu erzielen, zu unbefriedigenden Ergebnissen. Eine solche Hülse muß selektiv wirken und sie muß den Durchgang der Spaltungsgase ermöglichen, während sie den Durchgang von anderen Gasen und Dämpfen, welche innerhalb oder außerhalb der Hülse entstehen und we¹she eventuell die porösen Wände verstopfen, verhindern muß. Darüberhinaus muß die Hülse sehr gute mechanische Eigenschaften besitzen, und dies ist eine Eigenschaft oder Forderung, welche kaum mit der Porosität vereinbar ist.In order to realize such degassed, with openings / provided fissile material rods, porous sleeves have been proposed for the fissile material rods. However, because of the difficulty in achieving the desired porosity, these lead to unsatisfactory results. Such a sleeve has to act selectively and they must permit the passage of fission gases while she passage of other gases and vapors which are formed inside or outside the sleeve, and we ¹ may clog the porous walls, must be prevented. In addition, the sleeve must have very good mechanical properties, and this is a property or requirement which is hardly compatible with the porosity.

Bei einer anderen Lösung wurde vorgeschlagen, die Verschweißung des Stopfens mit der Hülse, porös auszubilden. Auch diese Lösung ist nicht befriedigend, da die vorgeschlagenen Schweißverbindungen nicht mehr die erforderliche mechanische Festigkeit sicherstellen.In another solution, it has been proposed to make the weld of the plug to the sleeve porous. This solution is also unsatisfactory, since the proposed welded connections are no longer available ensure the required mechanical strength.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen porösen Stopfen, der.auf die Hülse aufgeschweißt werden kann und welcher eine selektive Porosität für die Spaltungsgase ermöglicht. The present invention relates to a porous plug which can be welded onto the sleeve and which enables selective porosity for the fission gases.

Das Verfahren zur Herstellung eines solchen porösen Stopfen* ist.erfindungagemKß dadurch charakterisiert, daß der Stopfen aus einem ProfilmaterialThe process for producing such a porous stopper * is characterized in accordance with the invention by that the plug is made of a profile material

- 3 r- 3 r

00S824/15 0 100S824 / 15 0 1

JmQinC CA _BAD ORIGINAL JmQinC CA _BAD ORIGINAL

5^52/45 l'h/Em -3- " 21. November I9695 ^ 52/45 l'h / Em -3- "November 21, 1969

auf Metallbasis ausgeschnitten wird, welches Unreinheiten aufweist, die mit Hilfe einer plastischen Deformation einer bevorzugten Ausrichtung der Metallkristalle unterlegen haben·metal-based is cut out, which has impurities, with the help of a plastic deformation have been subject to a preferred alignment of the metal crystals

Diese Kristall-Ausrichtung der metallischen Profile kann durch verschiedene bekannte Verfahren erzielt werden, beispielsweise durch "Ziehen,' '.-, \ Walzen, Extrudieren oder durch eine Kombination äolcher Verfahren. ;This crystal alignment of the metallic profiles can be achieved by various known methods, for example by "drawing," -, rolling, extruding or by a combination of such methods.

Ein solcher Stopfen hat infolge seiner verglichen mit der Hülse erheblichen Größe eine ausreichende Festigkeit trotz seiner Porosität.Such a stopper has been compared as a result of it with the sleeve of considerable size, sufficient strength despite its porosity.

Indem man Stopfen geeigneter Form aus vorbehandelten Materialien ausschneidet, kann mannStopfen erhalten, welche einen metallurgischen Aufbau mit einer ausgerichteten Orientierung der Kristalle besitzen.Dieser Aufbau verleiht dem Stopfen eine selektive Porosität, welche zum Durchlassen der Spaltungsgase sehr geeignet ist, während der größte Anteil der Dämpfe bzw. Gase und anderer Produkte durch Einbau eines konventionellen Filters zurückgehalten werden kann, welcher zwischen dem Brennstoff und dem Stopfen mit metallurgischer Porosität angeordnet ist.By making stoppers of suitable shape from pre-treated Cut out materials, you can get stoppers, which have a metallurgical structure with an aligned orientation of the crystals The structure gives the plug a selective porosity, which is very suitable for the passage of the fission gases is, while the majority of the vapors or gases and other products through the installation of a conventional Filter can be retained, which is between the fuel and the plug with metallurgical Porosity is arranged.

Es ist selbstverständlich möglich, daß erfindungsgemäß Stopfen mit porösen Durchgängen in verschiedenen Richtungen hergestellt werden, Dies hängt davon ab, ob das Ausschneiden in Längsrichtung oder Querrichtung des gewalzten Stücks erfolgt ist*It is of course possible that the invention stoppers with porous passages in different Directions are made, this depends on whether the cutting out is lengthwise or crosswise of the rolled piece is done *

009824/1501009824/1501

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

• · · ι• · · ι

I i I i **

5452/45'Th/Em ' - k - . 21. November I9695452 / 45'Th / Em '- k -. November 21, 1969

Nachstehend wird ein Aueführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben, fts zeigen: 'An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to the drawing, fts show: '

si.si.

Fig« 1 eine perspektivische Ansicht eines ge* ; ssogenen Stabes« ', Fig «1 is a perspective view of a ge *; so-called rod "',

Fig· 2 einen schematiachen Schnitt eines Endes' eines Spaltstoffstabs« der mit einem Stopfen versehen ist, welcher aus der ; in Fig. 1 dargestellten Stange ausgeschnitten ist,Figure 2 is a schematic section of one end of a fissile material stick «the one with a Plug is provided, which from the; in Fig. 1 shown rod is cut out,

Fig· 3 eine perspektivische Ansicht eines dicken . gewalzten . Blechs mit einem transverFig. 3 is a perspective view of a thick one . rolled. Sheet metal with a transver

salen« also quer erfolgten Auschnitt«salen "also cut across"

Fig· 4 einen schematischen Schnitt des EndesFigure 4 is a schematic section of the end

eines Spaltstoffstabs« welcher mit einem Stopfen versehen ist, wie er aus dem in Fig« 3 dargestellten Blech ausgeschnitten ist.of a fissile material stick «which with a Stopper is provided, as cut out of the sheet metal shown in FIG. 3 is.

In Fig. 1 ist ein gezogener Stab dargestellt« an dessen einem Ende ein Stück weggebrochen gezeichnet ist. Dieser gezogene Stab wird in Scheiben oder.Stücke geschnitten, welche Stopfen bilden. Da die Kristalle in Längsachsenrichtung ausgerichtet werden, ist es möglich, Scheiben oder Stücke zu erhalten, welche poröse Durchgänge in dieser Richtung besitzen. Der Spaltstoffstab gemäß Fig. 2 besteht aus einer Hülse 1, welche mit Brennstoffpillen 2 gefüllt ist, und welche einen Stopfen 3 besitzt« der durch die Schweißnaht k an der Hüle 1 befestigt ist. Der Stopfen, welcher aus einer von dem in Fig. 1 dargestellten Stab abgeschnittenen Scheibe gemacht ist« besitzt poröse Durchgänge, welche durch die Pfeile 5 bezeichnet werden und durch welche die Spaltungsgase entweichen können. Mit dem Bezugszeichen 6 ist ein klassischer Filter bezeichnet.In Fig. 1, a drawn rod is shown, at one end of which a piece is drawn broken away. This drawn rod is cut into slices or pieces which form plugs. Since the crystals are aligned in the longitudinal axis direction, it is possible to obtain disks or pieces which have porous passages in this direction. The fissile material rod according to FIG. 2 consists of a sleeve 1 which is filled with fuel pills 2 and which has a plug 3 which is attached to the sleeve 1 by the weld seam k. The stopper, which is made from a disc cut from the rod shown in Fig. 1, has porous passages, indicated by the arrows 5, through which the fission gases can escape. The reference number 6 denotes a classic filter.

009824/1501009824/1501

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

Il ItII t CIl ItII t C

t < ι t < ι t c te t c te

ir teir te

5453A3 Tb/Em - 5 - al. XoVMtXr 19695453A3 Tb / Em - 5 - al. XoVMtXr 1969

Fig· 3 sseigt eine perspektivisch· repräsentative Ansicht eines Stücks dicken gewalaten Stahlblech«_T von dem ein Teil weggebrochen gezeichnet ist* und da« einen Ausschnitt 7 besitzt·Fig. 3 shows a perspective representative view of a piece of thick rolled steel sheet " _T, of which a part is shown broken away" and has a cutout 7.

Der Brennstoffstab gemä& Fig, k beeitst die gleichen Elemente wie der Brennstoff»tab gemäft Fig. 2. Lediglich der Stopfen ist aus dem Teil hergestellt, ! weichet aus dem in Fig, 3 dargestellten Stück ausgeschnitten ist.The fuel rod according to Fig. K has the same elements as the fuel rod according to Fig. 2. Only the plug is made from the part! which is cut out from the piece shown in FIG.

Die in Fig. 1 dargestellte Stange und das in Fig. % dargestellte Stahlblech können durch jedes bekannte Mittel hergestellt werden, entweder indem man Metallpulver oder schwammige bzw» poröse Metalle verwendet oder auch indem man dünne, an ihrer Oberfläche oxydierte Bleche aufwickelt oder aufeinanderaetzt.The rod shown in FIG. 1 and the steel sheet shown in FIG.% Can be produced by any known means, either by using metal powder or spongy or porous metals, or by winding thin sheets oxidized on their surface or by stitching them onto one another.

Das Oxydieren kann beispielsweise durch eine Wärmebehandlung in einer oxydierenden Atmosphäre erfolgen und der Porositätsgrad kann dann durch die Dauer der Behandlung oder durch die Temperatur eingestellt werden·The oxidation can be carried out, for example, by a heat treatment in an oxidizing atmosphere and the degree of porosity can then be determined by the The duration of the treatment or can be set by the temperature

Nachstehend wird lediglich als Beispiel die Herstellung einer Stange gemäß Fig. 1 beschrieben:The production of a rod according to FIG. 1 is described below as an example only:

Elementare Metallpulver« vorzugsweise Siseir; Nic k el-und ChroRigHiit Korndurchmessern «wischen 40 und 100 Micron werden miteinander vermischt und mtmmmfimmmmmffmmiUb unter Anwendung eines Drucks von etwa 1,5 t/cm susammengepreftt, damit sie einen Block aus rostfreiem Stahl bilden» Dieser Block wird danach in eine Schut«umhüllung eingeschlossen werden, welche ihn während der späteren Behandlung vor OxydationElementary metal powder «preferably Siseir; Nic k el and ChroRigHiit grain diameters between 40 and 100 microns are mixed together and pressed together using a pressure of about 1.5 t / cm so that they form a block of stainless steel. This block is then wrapped in a protective cover which will prevent it from oxidation during later treatment

■- ·■-■ - · ■ -

BADORKäNÄL.BADORKäNÄL.

5^52A5 Th/Era - 6 - 21* November I9695 ^ 52A5 Th / Era- 6-21 * November I969

schützt. Danach wird der Block durch Ziehen in eine Stange verarbeitet, wobei diaees Verfahren mit einemprotects. After that, the block is pulled into a Rod processed, being diaees process with a

V6ÄV3 arbeitet«V6ÄV3 works «

Die gezogene Stange wird dann in Scheiben ge» schnitten, welche die porösen Stopfen bilden· Beim Versuch haben diese Stopfen eine gute Porosität für Xenon und Krypton geneigt* Diese beiden Gase sind die wesentlichen Bestandteile von während der Bestrahlung des nuklearen Brennstoff» entstehenden Spaltungsgasen..The drawn rod is then cut into slices which form the porous plugs These plugs have a good porosity for trying Xenon and Krypton inclined * These two gases are the essential components of fission gases produced during the irradiation of the nuclear fuel.

Die Vorteile der vorgeschlagenen porösen Stopfen sind augenfällig,und zwar sind sie im wesentlichen wie folgt zusammenzufassen:The advantages of the proposed porous plugs are evident, and in essence they are like summarize as follows:

1.) Verkleinerung der Maße von Srennstoffstäben« Tatsächlich wird es nicht mehr notwendig sein, einen Behälter zum Sammeln der Spaltungsgase einzuführen* Daß ein solcher Behälter fehlen kann,führt zu einer Verringerung der Druckverluete des Kühlmittels, welcheslängs der Stäbe zirkuliert· Dementsprechend erfolgt ein größerer Energieausstoß·1.) Reduction of the dimensions of fuel rods « In fact, it will no longer be necessary to have a container to collect the fission gases * The fact that such a container can be absent leads to a reduction in the pressure loss of the coolant which runs along the Rods circulate accordingly there is a greater output of energy

2«) Bs gibt geringere Probleme hinsichtlich des Schwellens von Brennstoffstäben durch die Spaltungsgase·2 «) Bs are fewer problems with the Swelling of fuel rods by the Fission gases

3«) Im Fall von gasgekühlten schnellen Reaktoren ermöglicht der Stopfen den Ausgleich der Druckwerte außerhalb und innerhalb des Stabs»3 «) In the case of gas-cooled fast reactors the plug enables the pressure values outside and inside the rod to be balanced »

Bs ist selbstverständlich, daß die Erfindung keineswegs auf die vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist· So ist es beispieleweise möglich, den Stopfen aus einem Material auszuschneiden, welches auf •ine andere als die beschriebene Weise hergestellt worden ist. Selbstverständlich kann der Stopfen auchIt goes without saying that the invention is in no way limited to the exemplary embodiments described above is limited · For example, it is possible to cut the stopper out of a material which is based on • Manufactured in a manner other than that described has been. Of course, the stopper can also

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

5^52/45 Th/Em - ?— 21. November I9695 ^ 52/45 Th / Em - ? - November 21, 1969

aus dem in Fig. 3 dargestellten Blech ausgeschnitten sein« wobei das Schneiden entweder in paralleler oder in Querrichtung zur Walzrichtung oder in der Ebene des letzteren erfolgt» Es können auch ander· Mittel oder Verfahren zum Ausrichten der Kristalle, wie sie dem Fachmann geläufig sind, verwendet werden.cut out of the sheet metal shown in FIG being «whereby cutting is either parallel or transverse to the direction of rolling or in the plane the latter takes place »There can also be other means or methods for aligning the crystals as known to those skilled in the art can be used.

- 8 -- Patentansprüche -- 8 - Claims -

009824/1501009824/1501

BAD OfBQlNAtBAD OfBQlNAt

Claims

Th / Em - 8 - November 21, 1969

Patent claims:

Method of making a plug for a Fuel rod, characterized by ' that the stopper is made of a profiled refractory Material is cut out, which contains impurities and that by plastic deformation of a preferential alignment of its metallic crystals has been subjected.

2. The method according to claim 1, characterized in that the plug in the direction of the axis of orientation of the crystals ^is cut -

3 · The method according to claim 1, characterized in that the stopper in one direction which is transverse to the axis of orientation of the crystals.

k » Process according to Claims 1 to 3, characterized in that the crystals are aligned by pulling.

5. The method according to claims 1 to 3t, characterized in that the crystals through Rollers are aligned.

6. The method according to claims 1 to 3i thereby g e k e η η ζ e I net that the crystals through Extrude to be aligned.

7 · Porous plug for fuel rods, thereby g e k en η indicates that he is following a procedure according to one or more of claims 1 to 6 has been Herge provides.

00-9 8 24/1.5 0.100-9 8 24 / 1.5 0.1