DE2511054A1 - CYLINDRICAL NUCLEAR FUEL - Google Patents
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Description
Anmelder: Canadian General Electric Company, Ltd., Toronto, Ontario, Canada Applicant: Canadian General Electric Company, Ltd., Toronto, Ontario, Canada
Zylindrischer KernbrennstoffstabCylindrical nuclear fuel rod
Die Erfindung betrifft einen zylindrischen Kernbrennstoffstab entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a cylindrical nuclear fuel rod according to the preamble of claim 1.
Beim Betrieb von Kernreaktoren beeinflussen die Arten der Umhüllung, die normale Betriebsweise sowie die Besonderheiten des Brennstoffs die Beanspruchung der Brennstoffstäbe der Brennstoffelemente. Bei Siedewasserreaktoren, deren Brennstoffstäbe im wesentlichen starre, selbsttragende Umhüllungen aufweisen (US-PS 3 119 747), finden Schmiermittelschichten in der Umhüllung Verwendung, um gewisse Beschädigungseffekte möglichst weitgehend zu vermeiden. Diese Brennstoffstäbe bestehen aus einem einstückigen länglichen Brennstoffkörper, dessen Länge etwa 35 cm beträgt, und die ein konisch ausgebildetes Endstück von etwa 5 cm Länge aufweisen, auf dem ein Schmiermittel vorgesehen ist, um kumulative Expansionseffekte in der Umhüllung zu vermeiden, die zum Bruch der Umhüllung führen können. Ein derartiger Ausfall eines Brennstoffstabs kann aufgrund von verschiebun-In the operation of nuclear reactors, the types of cladding, the normal mode of operation and the special features have an impact of the fuel the stress on the fuel rods of the fuel elements. In boiling water reactors, their fuel rods have essentially rigid, self-supporting envelopes (US Pat. No. 3,119,747), lubricant layers are found in the envelope Use to avoid certain damage effects as far as possible. These fuel rods consist of one one-piece elongated fuel body, the length of which is about 35 cm, and which have a conical end piece of about 5 cm length on which a lubricant is provided is to avoid cumulative expansion effects in the cladding, which can lead to the cladding breaking. One of those Failure of a fuel rod can occur due to shifting
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gen in Längsrichtungen in der Umhüllung am einen Ende des Brennstoffkörpers auftreten, welche Verschiebung jeweils auftritt, wenn der Kernreaktor eingeschaltet wird, wobei sich der Brennstoff in Längsrichtung stärker als die Umhüllung ausdehnt. Um diese axiale Brennstoffausdehnung aufzunehmen, ist ein Spielraum am Ende vorgesehen. Wegen der Wechselwirkung zwischen Brennstoff und Umhüllung treten jedoch lokale Spannungen auf, durch welche die Umhüllung in axialer Richtung mitunter bis zu dem Punkt ausgedehnt wird, daß sie bei dem äußeren Kühlmitteldruck nicht mehr länger selbsttragend ist. Dies kann zum Ausfall der Umhüllung durch eine Rißbildung angrenzend an das Ende des Brennstoffs führen. gene in the longitudinal directions in the envelope at one end of the fuel body occur which shift occurs in each case when the nuclear reactor is switched on, with the fuel expands in the longitudinal direction more than the envelope. There is leeway to accommodate this axial fuel expansion provided at the end. Because of the interaction between the fuel and the cladding, however, local tensions occur, through which the envelope is sometimes expanded in the axial direction to the point that it is no longer under the external coolant pressure is longer self-supporting. This can lead to the failure of the cladding by cracking adjacent the end of the fuel.
Die Erfindung betrifft dagegen ein anderes Problem hinsichtlich einer Beschädigung der Umhüllung, nämlich eine in axialer Richtung und nicht in Umfangsrichtung auftretende Rißbildung, die bei Brennstoffelementen für CANDU-Kernreaktoren auftreten kann. Bei diesen Kernreaktoren finden dünnwandige Brennstoffstäbe mit einer lokal flexiblen Umhüllung Verwendung, die im allgemeinen nicht selbsttragend ist, und der Brennstoff besteht gewöhnlich aus Tabletten mit einer Dicke von 2,5 cm. Bei einer thermischen Expansion tritt eine periphäre Expansion der einzelnen Brennstofftabletten relativ zu der Umhüllung lokalisiert auf, so daß sich die Umhüllung nicht gleichmäßig entlang dem Umfang der Tabletten ausdehnt. Es wurde festgestellt, daß die zur Aufnahme der Ausdehnung der Tablette erforderliche periphäre Expansion der Umhüllung entlang einer wesentlich verringerten Strecklänge des Umfangs der Umhüllung auftritt. Dies kann zu so hohen Spannungen in der Umhüllung führen, daß eine sich in axialer Richtung erstreckende Rißbildung oder dergleichen in der Umhüllung auftritt.In contrast, the invention relates to another problem with regard to damage to the envelope, namely one in the axial direction Directional and non-circumferential cracking that occurs in fuel elements for CANDU nuclear reactors can. In these nuclear reactors, thin-walled fuel rods with a locally flexible sheath are used, which in the is generally not self-supporting and the fuel usually consists of tablets 2.5 cm thick. At a thermal expansion, a peripheral expansion of the individual fuel pellets occurs localized relative to the envelope, so that the envelope does not expand evenly along the circumference of the tablets. It was found that the for inclusion the expansion of the tablet required peripheral expansion of the envelope along a significantly reduced stretching length the circumference of the envelope occurs. This can lead to so high stresses in the envelope that one moves in the axial direction extending cracking or the like occurs in the envelope.
Da bei Brennstoff tabletten eine Umformung zu einer nicht zylindrischen eingeschnürten Ausbildung erfolgen kann, tendieren die lokal flexiblen dünnwandigen Umhüllungen dazu, den eingeschnürten Außenumfang der Tabletten eng zu umgeben, wodurch imSince fuel tablets can be deformed to a non-cylindrical constricted formation, tend the locally flexible thin-walled envelopes to tightly surround the constricted outer circumference of the tablets, whereby im
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wesentlichen eine differenzielle axiale Expansion zwischen Tablette und Umhüllung ausgeschlossen wird. Auch durch Einkerben der Tablettenenden zur Ermöglichung einer individuellen axialen Expansion für jede Tablette kann eine derartige Expansion zwischen Tablette und Umhüllung vermieden werden. Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, Kernbrennstoffstäbe der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß zu einem Ausfall führende Rißbildungen möglichst weitgehend vermieden werden, die durch eine konzentrierte differenzielle Expansion in Umfangsrichtung bedingt sind. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.essentially a differential axial expansion between tablet and wrapping is excluded. Also by notching the tablet ends to enable individual axial expansion Such an expansion between the tablet and the envelope can be avoided for each tablet. It is therefore a task the invention to improve nuclear fuel rods of the type mentioned in such a way that cracks that lead to failure be avoided as far as possible, which are caused by a concentrated differential expansion in the circumferential direction. These According to the invention, the object is achieved by the characterizing features of claim 1 solved. Advantageous further training are the subject of the subclaims.
Ein Kernbrennstoffstab gemäß der Erfindung weist deshalb an den Enden mindestens einiger Brennstofftabletten eine longitudinale Expansionsausgleichsmöglichkeit auf, um eine differenzielle axiale Expansion zwischen der betreffenden Tablette und der Umhüllung beim Reaktorbetrieb auszuschließen, sowie eine Spannungen verteilende Zwischenschicht zwischen der Außenfläche der Tablette und der Umhüllung auf, um eine periphäre Verteilung von Spannungen in der Umhüllung zu begünstigen und die Wahrscheinlichkeit von Rißbildungen in Längsrichtung der Umhüllung aufgrund von Konzentrationen periphärer Expansionsspannungen zu verringern.A nuclear fuel rod according to the invention therefore has a longitudinal one at the ends of at least some fuel pellets Expansion compensation possibility in order to achieve a differential axial expansion between the tablet in question and exclude the enclosure during reactor operation, as well as an intermediate layer that distributes stresses between the outer surface of the tablet and the envelope in order to favor a peripheral distribution of stresses in the envelope and the likelihood to reduce cracking in the longitudinal direction of the envelope due to concentrations of peripheral expansion stresses.
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigen:The invention is to be explained in more detail, for example, with the aid of the drawing. Show it:
Fig. 1 einen bekannten Kernbrennstoffstab;1 shows a known nuclear fuel rod;
Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1;FIG. 2 is an enlarged partial section along the line 2-2 in FIG. 1; FIG.
Fig. 3 eine Sehnittansicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 1, zur Erläuterung einer ersten Art von Rißbildungen;Fig. 3 is a sectional view along the line 3-3 in Fig. 1, to explain a first type of crack formation;
Fig. 4 eine Fig. 3 entsprechende Sehnittansicht zur Erläuterung einer zweiten Art von Rißbildungen; undFIG. 4 shows a sectional view corresponding to FIG. 3 for explanation a second type of cracking; and
Fig. 5 einen Querschnitt durch einen Kernbrennstoffstab gemäß der Erfindung.5 shows a cross section through a nuclear fuel rod according to the invention.
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Der in Fig. 1 dargestellte Kernbrennstoffstab 10 hat eine äußere dünne zylindrische Umhüllung 12, die beispielsweise aus einer Zirkoniumlegierung besteht und eine solche. Dicke hat, da/3 eine Deformation in Eingriff mit den Tabletten 14 erfolgen kann.The nuclear fuel rod 10 shown in Fig. 1 has a outer thin cylindrical envelope 12, for example made of a zirconium alloy and such. Thickness because a deformation in engagement with the tablets 14 can occur.
Fig. 2 zeigt in übertriebener Darstellung die Verformung der Tabletten 14, wobei entlang des Außenumfangs eine zentrale Einschnürung erfolgt, wobei jedoch die Umhüllung bei Betriebsbedingungen des Reaktors sich dieser Form anpaßt. Es ist jedoch zu beachten, daß auf die Umhüllung 12 ein Kühlmitteldruck von etwa 100 atu einwirkt.Fig. 2 shows in an exaggerated representation the deformation of the tablets 14, with a central one along the outer circumference Constriction takes place, but the envelope adapts to this shape under operating conditions of the reactor. However, it is It should be noted that a coolant pressure of about 100 atu acts on the casing 12.
Fig. 3 zeigt eine Art Rißbildung, die gegenüber einer Rißstelle s in einer Tablette auftreten kann und zu einem Riß F in der Umhüllung 12 führt, wobei praktisch keine Änderung der Querschnittsfläche der Umhüllung 12 erfolgt. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Fall tritt dagegen im Bereich der Rißbildung Fi eine Verringerung des Querschnitts der Umhüllung 12 auf.Fig. 3 shows a type of cracking which can occur opposite a crack s in a tablet and to a crack F in of the casing 12, there being practically no change in the cross-sectional area of the casing 12. In the one shown in FIG In contrast, a reduction in the cross section of the casing 12 occurs in the area of the crack formation Fi.
Bei dem in Fig. 5 dargestellten Querschnitt durch einen Kernbrennstoffstab gemäß der Erfindung ist eine Spannungen verteilende Zwischenschicht 16 zwischen der Umhüllung 12 und dem Umfang der Tabletten 14 vorgesehen, welche Schicht eine geringe Scherfestigkeit aufweist.The cross section through a nuclear fuel rod according to the invention shown in FIG. 5 is a stress-distributing one Intermediate layer 16 is provided between the casing 12 and the periphery of the tablets 14, which layer is a slight one Has shear strength.
Die Schicht 16 kann aus einem Material wie Siloxan, Silicon oder Graphit bestehen, welche Materialien weitgehend inert gegen die Bestrahlung im Reaktor sind, und eine gute Fähigkeit zur Verteilung von Spannungen bei Reaktortemperaturen aufweisen, sowie eine geringe Scherfestigkeit besitzen, jedoch ohne wesentliche Schwierigkeiten auf die Innenwand der Umhüllung 12 oder die Oberfläche der Tabletten 14 trocken, als Flüssigkeit oder zu trocknende Emulsion aufgetragen werden können.The layer 16 can be made of a material such as siloxane, silicone or graphite, which materials are largely inert to the irradiation in the reactor, and good distribution ability of stresses at reactor temperatures and have a low shear strength, but without substantial Difficulty on the inner wall of the envelope 12 or the surface of the tablets 14 dry, as a liquid or to be dried Emulsion can be applied.
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2941837A1 (en) * | 1978-10-17 | 1980-04-30 | Hitachi Ltd | GRAPHITE COATED TUBE AND MANUFACTURING METHOD |
DE3148136A1 (en) * | 1980-12-04 | 1982-07-29 | Ansaldo Impianti S.p.A., 16121 Genova | Nuclear fuel pellet with reduced thermal deformation |
US20170229195A1 (en) * | 2014-07-22 | 2017-08-10 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Channel box |
CN115188501A (en) * | 2022-07-07 | 2022-10-14 | 中国核动力研究设计院 | Fuel rod clamping structure and positioning grid |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1871684U (en) * | 1961-01-31 | 1963-05-09 | Siemens Ag | FUEL FOR NUCLEAR REACTORS. |
GB958697A (en) * | 1961-08-01 | 1964-05-21 | Atomic Energy Authority Uk | Improvements in or relating to nuclear reactor fuel elements |
DE1910613U (en) * | 1964-08-29 | 1965-02-25 | Brown Boveri Krupp Reaktor | FUEL ELEMENT FOR PULSE REACTORS. |
DE2155518A1 (en) * | 1971-11-09 | 1973-05-17 | Siemens Ag | Rod type fuel element - with glass interface between fuel and cladding |
-
1975
- 1975-02-24 SE SE7502055A patent/SE402832B/en unknown
- 1975-03-13 FR FR7507855A patent/FR2264365A1/en active Granted
- 1975-03-13 DE DE2511054A patent/DE2511054C2/en not_active Expired
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1871684U (en) * | 1961-01-31 | 1963-05-09 | Siemens Ag | FUEL FOR NUCLEAR REACTORS. |
GB958697A (en) * | 1961-08-01 | 1964-05-21 | Atomic Energy Authority Uk | Improvements in or relating to nuclear reactor fuel elements |
DE1910613U (en) * | 1964-08-29 | 1965-02-25 | Brown Boveri Krupp Reaktor | FUEL ELEMENT FOR PULSE REACTORS. |
DE2155518A1 (en) * | 1971-11-09 | 1973-05-17 | Siemens Ag | Rod type fuel element - with glass interface between fuel and cladding |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
In Betracht gezogene ältere Patente: DE-PS 23 41 484 * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2941837A1 (en) * | 1978-10-17 | 1980-04-30 | Hitachi Ltd | GRAPHITE COATED TUBE AND MANUFACTURING METHOD |
DE3148136A1 (en) * | 1980-12-04 | 1982-07-29 | Ansaldo Impianti S.p.A., 16121 Genova | Nuclear fuel pellet with reduced thermal deformation |
US20170229195A1 (en) * | 2014-07-22 | 2017-08-10 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Channel box |
CN115188501A (en) * | 2022-07-07 | 2022-10-14 | 中国核动力研究设计院 | Fuel rod clamping structure and positioning grid |
CN115188501B (en) * | 2022-07-07 | 2024-02-06 | 中国核动力研究设计院 | Fuel rod clamping structure and positioning grid |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
SE7502055L (en) | 1975-09-15 |
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