DE8522910U1

DE8522910U1 - Brennstab für ein Kernreaktorbrennelement

Info

Publication number: DE8522910U1
Application number: DE8522910U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1985-08-08
Filing date: 1985-08-08
Publication date: 1988-03-24

Description

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KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

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Brennstab für ein Kernreaktorbrennelement

Die Erfindung betrifft einen Brennstab für ein Kernreaktorbrennelement entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Derartige Brennstäbe sind bereits üblich. Sie werden in das Skelett des Kernreaktorbrennelementes eingebaut. Dieses Kernreaktorbrennelement wird schließlich in einen Kernreaktor eingesetzt, in dem es beispielsweise mit ^5 Leichtwasser gekühlt wird. In diesem Kernreaktor haben die Zirkoniumlegierungen der Hüllrohre einen verhältnismäßig geringen Einfangsquerschnitt für thermische Neutronen.

An der Außenseite der Hüllrohre der Brennstäbe findet

während des Betriebes im Kernreaktor eine Korrosion _&Lgr; statt, die die Einsatzfähigkeit des Kernreaktorbrennelementes im Kernreaktor zeitlich begrenzt. Die üblichen Einsatzzeiten si*"* drei bis vier Jahre.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einsatzfähigkeit solcher Kernreaktor bi-ennelemente zu verbessern und ihre Einsatzzeiten im Kernreaktor zu verlängern.

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Zur Lösung dieser Aufgabe hat ein Brennstab der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des nspruchs.

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-2- VPA K P 6 O 6 1 OE

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis _f daß die Zirkoniumlegierung, aus der die Oberflächenschicht auf der Außenseite des Hüllrohres dieses Brennstabes besteht, korrosionsbeständiger ist als die Zirkoniumlegierung, aus der der Rest des Hüllrohres besteht. Ferner ist zwar der Einfangsquerschnitt von Vanadium, Platin und Kupfer für thermische Neutronen verhältnismäßig groß, da die drei genannten Legierungsbestandteile aber nur in der verhältnismäßig dünnen Oberflächenschicht des Hüllrohres vorhanden sind, sind die Absorptionsverluste ( an thermischen Neutronen im Kernreaktor durch die Hüllrohre dennoch verhältnismäßig gering.

Versuche in einem Autoklaven zeigten, daß die Korrosionsgeschwindigkeit eines Probekörpers aus einer Zirkoniumlegierung mit 0.5 Gew« % Eisen und 0.25 Gew. % Vanadium als Legierungsbestandteile in Wasserdampf nur ein Zehntel der Korrosionsgeschwindigkeit eines Probekörpers aus einer Zirkoniumlegierung mit der Warenbezeichnung Zircaloy 4 unter gleichen Bedingungen beträgt, die neben dem Zirkonium als weitere Legierungsbestandteile 1.2 bis 1.7 Gew. % Zinn, 0.18 bis 0.24 / Gew. % Eisen, 0.07 bis 0.13 Gew. % Chrom und 0.1 bis 0.16 Gew. % Sauerstoff enthält und in der die Summe der Gewichtsprozente der Legierungsbestandteile Eisen und Chrom im Bereich von 0.28 bis 0.37 Gew. % liegt. Die Einsatzzeit eines Kernreaktorbrennelementes mit erfindungsgemäßen Brennstäben in einem Kernreaktor kann also mindestens um 1 Jahr länger sein als die eines Kernreaktorbrennelementes mit Brennstäben, deren Hüllrohre beispielsweise auch an der Außenseite aus Zircaloy bestehen.

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- 3 - VPA I5P6081K

Zum Herstellen eines Hüllrohres für einen erfindüngsgemaßen Brenilstäb wird vört&ilhäfterweise von einem Rohrrohling ausgegangen, der ein Innenrohr beispielsweise aus Zircaloy 4 und ein auf diesem Innenrohr sitzendes Außenrohr aus der Zirkonium-Vanadium-Eisen-Legierung mit 0.5 Gew. % Eisen und 0.25 Gew. % Vanadium aufweist. RohrrQhling wird auf eine Temperatur im Bereich

von 500⁰C bis 700⁰C aufgewärmt und dann strangverpreßt. Hierbei ergibt sich eine metallurgische Verbindung zwischen den beiden Zirkoniumlegierungen*

Durch anschließendes Pilgern des rohrförmigen Preßlings wird schließlich das endgültige Hüllrohr für den Brennstab gewonnen, welches beispielsweise einen Durchmesser von 10.7 mm und eine Wandistärke von 0.72 mm haben kann. Die Oberflächenschicht aus der vanadiumhaltigen Zirkoniumlegierung bedeckt die gesamte Außenseite dieses Hüllrohres und kann beispielsweise 0.1 mm dick sein. Eine Pilgermaschine ist z.B. in der US-Patentschrift 42 33 834 beschrieben.

G 85 22 910,5 3a " * VPA 85 H 6081 DE

In der Zeichnung ist im Längsschnitt ein Brennstab 2 dargestellt. Dieser Brennstab 2 weist ein Hüllrohr 3, z*B* aus Zirkaloy 4 auf, das auf der Außenseite mit der Oberflächenschicht 8 aus der anderen Zirkoniumlegierung versehen ist. An beiden Enden ist dieses Hüllrohr 3 mit Endstopfen 4 und 5 verschlossen, die ebenfalls aus Zirkaloy 4 bestehen können und die mit dem Hüllrohr 3 verschweißt sind. Im Hüllrohr 3 befinden sich keramische Kernbrennstofftabletten 6 z.B. aus UO₂. Ferner befindet sich im Hüllrohr 3 noch eine Spannfeder 7 aus Stahl. Schließlich ist der Innenraum des gasdicht verschlossenen Hüllrohres 3 noch mit einem aus Helium stehenden Schutzgas aufgefüllt.

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Wl 2 Gr / 30.11.1987

Claims

- 4 - VPA flS P 6 O 8 1 OE

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5 Brennstab für ein Kernreaktorbrennelement mit Kernbrennstoff, der sich in einem Hüllrohr befindet,welches aus einer Zirkoniumlegierung mit den Legierungsbestandteilen 1.2 bis 1.7 Gew. % Zinn, 0.07 bis 0.
2 Gew. % Eisen, 0.05 bis 0.15 Gew. % Chrom, 0,03 bis O₀08 Gew. % 10 Nickel, 0.07 bis 0.15 Gew. % Sauerstoff und mit der i Gew. 96-Summe für die Legierungsbestandteile Eisen, Chrom

j f~'\ und Nickel im Bereich von 0.18 bis 0.38 Gew. % oder mit den Legierung,r»bestandteilen 1.2 bis 1.7 Gew. % Zinn, 0.18 bis 0.24 Gew. % Eisen, 0.07 bis 0.13 Gew. % Chrom, I 15 0.10 bis 0.16 Gew. % Sauerstoff und mit der Gew. 96- \ Sumiie für die Bestandteile Eisen und Chrom im Bereich

\ von 0.28 bis 0.37 Gew. % besteht, dadurch

[ gekennzeichnet, daß das Hüllrohr auf

I der Außenseite eine Oberflächenschicht aus einer anderen

I 20 Zirkoniumlegierung aufweist mit einer Schichtdicke im I Bereich von 5 bis 20 % der gesamten Wandstärke des Hüll-

* rohres sowie mit 0 bis 1 Gew. % Eisen als Le^ierungs-

I bestandteil und mit mindestens einem Legierungsbestandteil aus der Gruppe Vanadium mit 0.1 bis 1 Gew. %, * 25 Platin mit 0.1 bis 1 Gew. % und Kupfer mit 1 bis 3 Gew. %.