DE2825403C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufdampfen eines Überzugs auf die Innenfläche eines Brennstoffhüllrohres für Atomreaktoren - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Aufdampfen eines Überzugs auf die Innenfläche eines Brennstoffhüllrohres für AtomreaktorenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufdampfen eines Überzugs aus einem Sauerstoffgettermaterial
auf die Innenfläche eines Brennstoffhüllrohres für Atomreaktoren sowie eine Vorrichtung zu seiner
Durchführung; vgl. die DE-OS 25 49 976.
Die Brennstoffstäbe beispielsweise für Atomreaktoren vom Typ des Schnellen Brüters werden im allgemeinen
dadurch hergestellt, daß ein Gemisch aus Uran- und Plutoniumoxiden zu Brennstoffpellets verarbeitet wird,
die die Form kleiner Zylinder haben, daß die Brennstoffpellets in ein langes Brennstoffhüllrohr stapeiförmig
eingebracht werden, das eine dünne Wand und einen kleinen Durchmesser hat und hauptsächlich aus Edelstahl
besteht, und daß in einer Heliumatmosphäre das Brennstoffhüllrohr verschweißt wird, um es dicht abzuschließen.
Bei Reaktorbetrieb entstehen in dem Brennstoffpellets Kernspaltungsprodukte und es stellt sich in
den Pellets ein Sauerstoffüberschuß ein. Von diesen Stoffen gelangen die verdampfenden Spaltprodukte,
wie beispielsweise Tellur, Cäsium und Jod, sowie der Sauerstoff in die Zwischenräume zwischen den Brennstoffpellets
und dem Brennstoffhüllrohr, wobei sie dort komplizierte Verbindungen bilden, die zu einer Korrosion
der Innenfläche des Brennstoffhüllrohres führen. Fortschreitende Korrosion gefährdet den Einschluß der
Spaltprodukte, im Brennstab.
Der größte Einflußfaktor für die Korrosion der Innenfläche des Brennstoffhüllrohrs ist der Sauerstoffüberschuß, der von den bestrahlten Brennstoffpellets
freigegeben wird, wobei die Stärke der Korrosion von dem Partialdruck des Sauerstoffs im Brennstoffhüllrohr
abhängt, der seinerseits vom Sauerstoff-Metall-Verhältnis des Brennstoffmaterials abhängt. Wenn daher der
Partialdruck des Sauerstoffs auf eine geeignete Höhe herabgesetzt wird, kann eine Korrosion der Innenfläche
des Brennstoffhüllrohrs vermieden werden.
Aus der DE-OS 25 49 976 ist es bereits bekannt, einen Überzug auf der Innenfläche eines Brennstoilhullrohr.s
für Atomreaktoren vorzusehen, wobei der Überzug in
Form einer Schutzschicht aus einem Sauerstoffgetiermaterial auf die Innenfläche des Hüllrohres aufgedampft
wird. Die Stärken der aufgedampften Schutzschichten liegt dabei zwischen 1.3 μνη bis 76 μΐη.
Aus der DE-OS 14 64 580 ist es weiterhin bekannt, als
Material für derartige Schutzschichten Titan, Tantal, Zirkon und Niob zu verwenden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht demgegenüber darin, ein derartiges Verfahren
zum Aufdampfen eines Überzugs aus einem Sauerstoffgettermaterial auf die Innenfläche eines Brennstoffhüllrohrs
für Atomreaktoren so auszugestalten, daß der Überzug auf einfache, wirtschaftliche Weise aufgebracht
werden kann, ohne daß das Brennstoffhüllrohr dem Einfluß von Wärme ausgesetzt oder verformt wird.
gelöst, daß in das Rohr in der Mittellängsachse ein
is wird und auf den Draht ein elektrischer Strom mit einer
solchen Spannung und Stärke aufgegeben wird, daß das Material des Drahtes schlagartig schmilzt und verdampft
und gleichzeitig gegen die Innenfläche des Hüllrohres gespritzt wird.
Vorzugsweise wird weiterhin das Brennstoffhüllrohr mit einem Inertgas gefüllt
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens besteht der Draht aus Titan,
Zirkon, Hafnium, Chrom, Niob, Tantal, Mangan und/ oder Uran.
Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
näher erläutert. Es zeigt
Ansicht eines Brennstoffhüllrohres zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens
und
Fig.2 eine Querschnittsansicht eines Hüllrohrcs mit
einem Überzug aus einem Sauerstoffgettermaterial der nach einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verfahrens aufgebracht wurde.
Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, werden zwei Elektroden 2a und 2£>in einem Brennstoffhüllrohr 1 angeordnet
und über Leitungsdrähte 3a, 3b jeweils mit einer einen elektrischen Strom hoher Stromstärke liefernden Einrichtung
verbunden, die einen Kondensator aufweist und in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Die Elektrode
2a und der Leitungsdraht 3a auf einer Seite sind mil einem Durchgang 4 versehen. Ein Sauerstoffgcttcrmaterial
6 in Form eines Drahtes wird in den Durchgang 4 von der Außenseite über Rollen 5 eingeführt und in
dieser Weise in einer Linie zur Achse des Hüllrohrs I zwischen den Elektroden 2a und 2b angeordnet. Die
Elektrode 2b kann mit einer Einspanneinrichtung versehen sein, die dazu dient, den Draht aus dem Sauerstoffgettermaterial
zu ergreifen. Das Brcnnstoffhüllrohr 1 enthält ein Inertgas, beispielsweise Argon. Eine Einrichtung,
die einen elektrischen Strom mit hoher Stromstärke dem Draht aus dem Sauerstoffgeltermaterial vom
Kondensator über die Leitungsdrähte 3a und 3b mit dem elektrischen Strom hoher Stromstärke versorgt.
Das Sauerstoffgettermaterial wird dadurch schlagartig geschmolzen und in Richtung der Pfeile in F i g. 2 verspritzt,
um einen Überzug 7 aus dem Sauerstoffgettcr-
bu material auf der Innenfläche des Brennstoffhüllrohres 1
auszubilden. Wenn ein Titandraht mit einem Durchmesser von 0,3 mm als Sauerstoffgettermaterial verwandt
wird, wird zweckmäßigerweise eine Spannung von ">
bis 7 kV an den Draht angelegt.
b5 Das Sauerstoffgettermaterial, das dabei verwandt
werden kann, umfaßt beispielsweise Titan, Zirkon, Hafnium, Chrom, Niob, Tantal, Mangan und Uran. Die Stärke
des Überzugs aus dem Sauerstoffgettermaterial, der
auf der Innenfläche des Hüllrohres ausgebildet wird,
variiert in Abhängigkeit von der Art des Sauerstoffgettermaterials,
wobei jedoch eine Stärke von 10 bis 20 μτη
ausreichend ist Die Stärke des Oberzugs «us dem Sauerstoffgettermaterial
kann jedoch leicht, bezogen auf den Unterschied zwischen der Sauerstoffmenge, die
vom Brennstoffmaterial während der Bestrahlung freigegeben werden kann, und der Sauerstoffmenge, die
i| nicht in der Lage ist, eine Korrosion der Innenfläche des
U Brcnnstoffhüllrohrs während der Bestrahlung hervorzu- 'f; rufen, bezogen auf das Gewicht der Brennstoffpellets,
• bestimmt werden. Bis auf ein Sauerstoff-Metall-Verhältnis
von etwa 1,94 im Falle von Plutionium, sollte der im Verlauf der Bestrahlung entstehende Sauerstoff durch
p das Sauerstoffgetiermaterial eingefangen werden, um ^ eine Korrosion der Innenfläche des Hüllrohrs zu ver-B
meiden. Um die gewünschte Stärke des Überzugs aus !Ci dem Sauerstoffgettermaterial zu erhalten, wird das Ma-
Ψ, lcrial oder die Anzahl der Arbeitsvorgänge, bei denen
H dem Draht ein elektrischer Strom aufgegeben wird, in
|i passender Weise gewählt Die Porosität des Oberzugs
■ :i kann gleichfalls in passender Weise dadurch gesteuert
ί'λ werden, daß die am Draht liegende Spannung reguliert
|S wird.
Κ
<4 Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
30
35
40
45
50
55
Claims (2)
1. Verfahren zum Aufdampfen eines Oberzugs aus einem Sauerstoffgettermaterial auf die Innenfläche
eines Brennstoffhüllrohrs für Atomreaktoren, dadurch gekennzeichnet, daß in das Rohr in
der Mittellängsachse ein Draht aus dem Sauerstoffgettermaterial eingebracht wird und auf den Draht
ein elektrischer Strom mit einer solchen Spannung und Stärke aufgegeben wird, daß das Material des
Drahtes schlagartig schmilzt und verdampft und gleichzeitig gegen die Innenfläche des Hüllrohres
gespritzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffhüllrohr mit einem
Inertgas gefüllt wird.
■}. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht aus Titan, Zirkon, Hafnium, Chrom,
Niob, Tantal, Mangan und/oder Uran besteht
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