DE2221491A1

DE2221491A1 - Nuclear fuel rod

Info

Publication number: DE2221491A1
Application number: DE19722221491
Authority: DE
Inventors: Alfred-Jean Flipot; Ivan Lafontaine; Paul Papeleux
Original assignee: CT D ETUDE de l EN NUCHEAIRE; Belgonucleaire SA
Current assignee: CT D ETUDE de l EN NUCHEAIRE; Belgonucleaire SA
Priority date: 1971-05-04
Filing date: 1972-05-02
Publication date: 1972-12-21
Also published as: ES402270A1; FR2135232A1; BE766668A; FR2135232B1

Description

Patent registration

Anmelder; 1») Firma Belgonucleaire S.A. Rue de Colonies 35, Applicant; 1 ») Belgonucleaire SA, Rue de Colonies 35,

B-IOOO Brüssel / BelgienB-IOOO Brussels / Belgium

2.) Centre d'Etude de l'Energie Nucleaire Avenue Eugene Plasky 14 4,
3 - Io4o Bruxelles (Belgique)2.) Center d'Etude de l'Energie Nucleaire Avenue Eugene Plasky 14 4,
3 - Io4o Bruxelles (Belgique)

"Kernbrennstoffstab"" Nuclear fuel rod "

Die Brfindung betrifft einen Kernbrennstoffstab, insbesondere einen Kernbrennstoffstab mit innerem Gasdruck.The invention relates to a nuclear fuel rod, in particular a nuclear fuel rod with internal gas pressure.

Die Kernbrennstoffstäbe besitzen im allgemeinen eine metallische Hülse, welche den Kernbrennstoff enthält und an ihren beiden Enden über Stopfen in der Weise verschlossen ist, daß ein dichter Behälter gebildet wird. Während des Reaktorbetriebs wird die Hülse durch den äußeren Druck des Kühlmittels beansprucht. Wegen der Deformationen, die hieraus resultieren können, besteht die Gefahr, daß der Kernbrennstoffstab eine unter Bestrahlung nicht mehr ausreichende mechanische Festigkeit aufweist.The nuclear fuel rods are generally metallic Sleeve containing the nuclear fuel and at both ends is closed by stopper in such a way that a tight container is formed. During the reactor operation, the sleeve is through the external pressure of the coolant claimed. Because of the deformations, which can result therefrom, there is a risk that the nuclear fuel rod will no longer be sufficient under irradiation has mechanical strength.

Damit solche Deformationen vermeiden werden, wurde bereits vorgeschlagen, die Kernbrennstoffstäbe durch Einfüllen eines Drubkgases unter einen Innendruck zu setzen. Das Unter-Druck-Setzen verlangt jedoch eine Dichtschweißung, welche unter einem Druck ausgeführt werden muß, der dem^mlnneren des Stabs herrschenden Druck entspricht.In order to avoid such deformations, it has already been proposed to place the nuclear fuel rods under internal pressure by filling them with a pressure gas. However, the sub-pressurizing requires seal weld which must be carried out under a pressure inside the ^m corresponding to the bar prevailing pressure.

Da das Verschweißen des Stopfens mit der Hülse schwierig unter erhöhtem Druck durchgeführt werden kann, verwendet man gegenwärtig einen Stopfen, der eine Öffnung von geringem Querschnitt aufweist und auf die Hülse geschweißt wird, bevor diese unter Druck gesetzt wird. In einer späteren Stufe wird der Stab mittels der öffnung •unter Druck gesetzt und diese öffnung wird schließlich zugeschweißt.As the welding of the plug to the sleeve is difficult under increased Pressure can be carried out, one currently uses a plug which has an opening of small cross-section and welded to the sleeve before it is pressurized. In a later stage the rod is opened by means of the opening • put under pressure and this opening is finally welded shut.

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Da die Spezifikationen ziemlich schwierig zu erfüllen sind und weil das im Inneren des Stabs befindliche Gas einen ziemlich hohen Peinheitsgrad haben muß, ist man gezwungen, die Atmosphäre des Stabs zu entleeren, bevor man das Druckerzeugungsgas einläßt. Dieses Entleeren durch eine öffnung mit geringem Querschnitt ist jedoch eine langwierige Operation, die dementsprechend relativ teuer ist.Because the specifications are quite difficult to meet and because the gas inside the rod must have a fairly high degree of unity, one is forced to leave the atmosphere of the rod before admitting the pressurizing gas. However, this emptying through an opening with a small cross-section is a lengthy operation and accordingly is relatively expensive.

Die vorlieaende Erfindung schlägt ein Verfahren zum Verschließen eines unter Druck stehenden Kernbrennstoffstabs und einen Stopfen für soTche Kernbrennstoffstäbe vor, welche die Nachteile der bekannten Verfahren vermeiden.The present invention proposes a method of closing a pressurized nuclear fuel rod and a plug for such nuclear fuel rods which overcome the disadvantages of the Avoid known procedures.

Erfindunqsgemäß wird der Stopfen, welcher eine öffnung von geringem Querschnitt aufweist, die vorläufig mittels einer matallischen Membrane verschlossen ist, in einem Raum oder Kasten auf die Hülse geschweißt, welcher das«gleiche Gas enthält, wie das für die Druckerzeugung des Stabes benutzte. Das Verschweißen erfolgt, nachdem man die Atmosphäre des Stabs entleert hat.According to the invention, the stopper, which has an opening of a small size Has cross-section, which is temporarily closed by means of a matallischen membrane, in a room or box welded onto the sleeve, which contains the same gas as that used to generate pressure on the rod. The welding occurs after evacuating the wand's atmosphere.

Der Stab kann dann aus dem Raum entfernt werden, in dem der Stopfen geschweißt worden ist, danach entweder vorläufig gelaqert oder unmittelbar in den Druckerzeugungsraum gebracht und unter Druck gesetzt werden, ohne daß der Stab während der Zufuhr des Druckgases von neuem entleert werden muß. Tatsächlich verhindert die metallische Membran den Zutritt jeglichen nicht gewünschten Gases.The rod can then be removed from the space in which the plug was welded, after which it can either be temporarily stored or brought directly into the pressurizing space and pressurized without the rod during feeding the pressure gas must be emptied again. In fact, the metallic membrane does not prevent anyone from entering desired gas.

Während der Stab unter Druck gesetzt wird,'zerreißt die metallische Membran unter der Wirkung des Druckgases. Nach der Druckerzeugung wird der Stab durch ein örtlich begrenztes Schmelzen des Metalls rings um die Öffnung mit geringem Querschnitt verschlossen. While the rod is being pressurized, the metallic one ruptures Membrane under the action of the compressed gas. After the pressure has been generated, the rod is melted in a localized manner Metal closed around the opening with a small cross-section.

Es ist klar, daß man dann, wenn das örtlich begrenzte Schmelzen des Metalls rings um die Öffnung kein ausreichendes Verschließen des Stabs zuläßt, für eine Duelle von geeignetem zugeführten Metall soraen kann. -3-It is clear that if the localized melting of the metal around the opening does not provide adequate sealing of the staff allows for a duel of suitable supplied metal can soraen. -3-

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Der erfindungsgemäße Stopfen ist also mit einem Druckkanal versehen und trägt auf seiner inneren Oberfläche eine .metallische Membran, die druckdicht verschweißt ist und dazu dient, die vorläufige Dichtheit des Stabs sicherzustellen. Die verwendete Membran wird in Abhängigkeit von dem Erzeugungsdruck gewählt, da sie reißen können soll, während der Stab unter Druck gesetzt wird. Die Membran wird vorzugsweise, aus dem gleichen Metall wie die Hülse und der Stopfen bestehen.The stopper according to the invention is therefore provided with a pressure channel and has a .metallic on its inner surface Membrane that is welded pressure-tight and serves to ensure the temporary tightness of the rod. The used Membrane is chosen depending on the generation pressure, because it should be able to tear while the rod is pressurized. The membrane is preferably made of the same metal as the sleeve and the plug are made.

Nachstehend wird die Erfindung mehr im einzelnen mit Hilfe eines bevorzugten, keinesfalls beschränkenden Ausführungsbeispiels unter Bezuanahme au^f die Zeichnung beschrieben, welche einen schematischen Schnitt durch einen erfindungsgemäße Stopfen darstellt.The invention will be more in detail with the aid of a preferred not limiting embodiment and the drawing Bezuanahme au ^f described, which illustrates a schematic section through a plug according to the invention.

Die Zeichuna zeigt ein Ende eines Brennstoffstabs, der aus einer Hülse 1 aus Edelstahl besteht, die schon am anderen Ende verschlossen ist. Die Hülse 1 ist durch einen Stopfen 2 verschlossen, welcher mit einem Druckerzeugungskanal 3 versehen ist, der auf seiner -Innenfläche durch eine metallische MembranThe drawing shows one end of a fuel rod that consists of a Sleeve 1 is made of stainless steel, which is already closed at the other end is. The sleeve 1 is closed by a plug 2 which is provided with a pressure generating channel 3 which is on its inner surface through a metallic membrane

4 verschlossen ist. Der Stopfen ist mit Hilfe der Schweißnaht4 is locked. The plug is made with the help of the weld

5 an die Hülse 1 angeschweißt. Die Zeichnung zeigt darüberhinaus eine Schweißung 6, welche die Membran 4 dicht auf dem Umfang des Stopfens befestigt. _5 welded to the sleeve 1. The drawing also shows a weld 6 which secures the membrane 4 tightly on the periphery of the plug. _

Das er^indungsaemäße Verfahren kann durch folgende prinzipielle Schritte schematisch beschrieben werden:The method according to the invention can be based on the following principle Steps are described schematically:

a) Man führt den an einem Ende verschlossenen und mit Brennsto" nefülltenBrennstoffstab in einen normalen Schweißraum ein. In diesem abgeschlossenen Raum entfernt man zunächst die im Brennstab enthaltene Luft ebenso wie die Luft im abgeschlossenen Raum mit Hilfe einer Vakuumpumpe. Dann füllt man den abgeschlossenen Raum mit Helium- dieses Gas wird für das Unter-Druck-Setzen des Stabs benutzt- bei einem Druck in der Nähe des Atmosphärendrucks. Dann setzt nan den mit seiner Öffnung ausgestatteten und mit einera) Carry out the sealed at one end and ne with Brennsto "fills fuel rod into a normal welding room one. In this closed space is first removed the air contained in the fuel rod as well as the air in the enclosed space with the aid of a vacuum pump. Then you fill the completed Space with helium - this gas is used to pressurize the rod - at a pressure close to atmospheric pressure, then put the one equipped with its opening and one with one

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222H91.222H91.

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metallischen Membran versehenen Stopfen - wie ihn die Zeichnuna zeigt - auf den Stab und schweißt dann den Stopfen an die Hülse. Der Stab ist dann dicht verschlossen und kann dann an der freien Luft gehandhabt werden.metallic membrane-provided stopper - like him Drawing points - to the rod and then welds the plug to the sleeve. The rod is then tightly closed and can then be handled in the open air.

b) Man führt den Stab in einen Druckerzeugungsraum, der vorb) One leads the rod into a pressure generating room, the

dem Zutritt von Helium, das einen Druck von 4o kg/cm aufweist, entleert worden ist. Dieser Heliumdruck zerreißt die metallische Membran. Er öffnet also die Öffnung des Stopfens und erlaubt eine Druckerzeugung des Stabs. Die Öffnung des Stopfens wird dann durch ein lokalisiertes Schmelzen mit Hilfe einer Wolfram-Inertgas-Schweißung verschlossen.the admission of helium, which has a pressure of 40 kg / cm has been emptied. This helium pressure ruptures the metallic membrane. So he opens the opening of the stopper and allows the rod to be pressurized. The opening of the stopper is then located by a Melt sealed with the help of a tungsten inert gas weld.

Außer dem Vorteil, daß man ein wiederholtes Entleeren des zu verschließenden Stabs vermeidet, erlaubt die Erfindung ein Dekontaminieren des Stabs nach dem Anschweißen des Stopfens an die Hülse, weil die Membran seine vorläufige Dichtheit sicherstellt. Dies erlaubt beispielsweise zerstörungsfreie Prüfungen an den Stäben, bevor sie unter Druck gesetzt werden.Besides the advantage that you have to repeatedly empty the too avoids sealing rod, the invention allows decontamination of the rod after the plug has been welded on to the sleeve because the membrane ensures its temporary tightness. This allows, for example, non-destructive tests on the bars before they are pressurized.

Ein anderer Vorteil liegt darin, daß der abgeschlossene Druckerzeuaungsraum auf einem Kontaminationsniveau von im wesentlichen Null gehalten werden kann. Die Gefahr der Verseuchung kann vollständig vermieden werden, wenn man beispielsweise einen Metall-Pilter in der Öffnung mit dem kleinen Querschnitt anordnet.Another advantage is that the pressure-generating room is closed off can be maintained at substantially zero contamination levels. The risk of contamination can be complete can be avoided if, for example, a metal pilter is arranged in the opening with the small cross-section.

Das beschriebene Beispiel ist keineswegs beschränkend und es. können verschiedene Änderungen vorgenommen werden, onne den Rahmen der Erfindung zu verlassön. So muß beispielsweise der Stopfen nicht notwendigerweise aus Edelstahl bestehen und die Form der Öffnung muß nicht der dargestellten Form entsprechen. Außerdem kann der Stopfen mehr als eine öffnung haben. Auch kann das Verschließen des Stopfens durch Schmelzen mit Hilfe anderer Schweißverfahren als dem Wolfram-Inertgas-Verfahren er^olaen. Plasmaschweißen, Widerstandsschweißen und Schweißen mit Laserstrahlen sind ebenso verwendbare Schweißverfahren.The example described is by no means limiting and it. various changes can be made without departing from the scope of the invention. For example, the Plug does not necessarily consist of stainless steel and the shape of the opening does not have to correspond to the shape shown. In addition, the stopper can have more than one opening. The plug can also be closed with the aid of melting welding process other than the tungsten inert gas process he ^ olaen. Plasma welding, resistance welding and welding with laser beams are also usable welding processes.

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Claims

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Claims

Nuclear fuel rod that is pressurized and one to one Sleeve has welded plug, which has a pressure generating channel has, characterized in, that the inner surface of the plug (2) with a metallic membrane (4) is provided, which ensures the temporary tightness of the nuclear fuel rod, wherein the membrane (4) under the action of the pressure generation. is torn. -

2. nuclear fuel tab according to claim 1, characterized in that the membrane (4) consists of the same Material like the plug (2) is made.

3 .. Stopper according to claims 1 and 2, characterized in that the pressure generating channel (3) with equipped with a metallic filter.

4. Method of sealing a nuclear fuel rod with a stopper according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the stopper (2) is welded to the sleeve in a closed space that contains the same gas as the gas which after emptying the atmosphere of the interior of the nuclear fuel rod is used to generate pressure.

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