EP0051314A1 - Process for reducing the length of at least one spent nuclear fuel rod, casing for performing this process and device for storing a nuclear fuel rod of reduced length - Google Patents

Process for reducing the length of at least one spent nuclear fuel rod, casing for performing this process and device for storing a nuclear fuel rod of reduced length Download PDF

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Publication number
EP0051314A1
EP0051314A1 EP81109485A EP81109485A EP0051314A1 EP 0051314 A1 EP0051314 A1 EP 0051314A1 EP 81109485 A EP81109485 A EP 81109485A EP 81109485 A EP81109485 A EP 81109485A EP 0051314 A1 EP0051314 A1 EP 0051314A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel rod
tube
deformation element
length
deformation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP81109485A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Heinz Ing.Grad. Bienek
Wolfgang Dipl.-Ing. Von Heesen
Wilhelm Dr.-Ing. Wick
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Steag Kernenergie GmbH
Original Assignee
Steag Kernenergie GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Steag Kernenergie GmbH filed Critical Steag Kernenergie GmbH
Publication of EP0051314A1 publication Critical patent/EP0051314A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/28Treating solids
    • G21F9/34Disposal of solid waste
    • G21F9/36Disposal of solid waste by packaging; by baling

Definitions

  • the invention relates to a method for reducing the length of at least one irradiated fuel rod, in which the spring rod is first introduced into an enclosing tube and then deformed to reduce the rod length of the fuel rod.
  • the spent fuel rods are introduced individually or in groups into a flattened steel encasing tube and then the encasing tube is welded in a gas-tight manner.
  • the encasing tube is welded in a gas-tight manner.
  • two fuel rods are placed in each containment tube.
  • the fuel rods welded into the metallic containment tubes are wound around a mandrel to form a spiral, the diameter of which depends on the smallest allowable bending radius of the containment tube.
  • the nuclear fuel which is preferably in pellet form, breaks into fragments and the cladding tubes of the fuel rods, which envelop the nuclear fuel, tear open. Since the containment tubes remain gas-tight during the deformation caused by the winding, due to the properties of the material used, they retain the radioactive substances and / or gases which are released when the fuel rod is deformed. In some applications, the gas pressure of the gas in the fuel rod is around 80 bar. The lower pressure which arises after deformation in the sheathing tube depends on the empty volume enclosed by the sheathing tube.
  • the length of the individual fuel rod is reduced, but the deformation leads to spirals with large diameters and to large dead spaces, which are determined by the cylindrical mandrel volume in the middle of the wound fuel rods.
  • the large outer diameters of the wound fuel rods complicate the use of certain ceramic packaging materials for packaging into which the deformed fuel rods located in the sheathing tube are to be packaged, since these packages are made of the ceramic materials in the dimensions required then only in a technically complex manner or not at all have it made.
  • the large dead spaces determine a small usable volume of the packaging.
  • At least one deformation element covering the fuel tube in a sleeve-like manner, gas-tightly connected to the containment tube and remaining gas-tight under deformation is assigned to the containment tube and that the fuel rod is bent by essentially 180 ° in the deformation area determined by the deformation element. wherein the deformation element is deformed in accordance with the kink and the enclosing tube remains essentially rectilinear.
  • the fuel rod is always at one or more locations substantially 180 0 extent that the rectilinearly remaining when using a deformation element portions of the confining tube pairs are placed substantially in parallel position, and almost come into contact with each other.
  • the fuel rod is either split up when kinking or it is at least partially broken up before kinking.
  • a preferred embodiment of the partial division can be seen in the flattening of the deformation element and the fuel rod before the buckling in the deformation area. This pre-deformation the deformation element is preferably carried out by rolling or pressing.
  • the enclosing tube is designed with a constant cross-sectional configuration over substantially its entire length and ensures a gas-tight buckling deformation, and the fuel rod and the wrapping tube are bent into a predetermined length section serving as a deformation element.
  • a sheath tube which is substantially over its entire length has a constant cross-sectional configuration, but is performed at least one buckling by substantially 180 0 such that a straight line remaining Umsch widelyungsrohrabismee come together in abutment.
  • Austenitic steel is preferably used as the material for such a cladding tube with integrated bend deformability.
  • the invention is also directed to a casing for carrying out the method according to the invention.
  • the sheathing is characterized in that at least one deformation element is assigned to the encasing tube, which covers a fuel rod section of a predetermined partial length in a sleeve-like manner, is connected in a gastight manner to the encasing tube and remains gas-tight when the fuel rod is bent.
  • the deformation element can be realized in different ways.
  • the deformation element is preferably pushed onto the enclosing tube and connected to it in a gastight manner.
  • the deformation element can with the Enclosure tube, for example, welded, soldered or glued.
  • the connection can be established over the entire axial length of the deformation element or can be formed only at its end regions.
  • the deformation element can also be expedient for the deformation element to be arranged between sections of the enclosing tube and to be connected in a gastight manner to the facing ends of the enclosing tube.
  • the connection techniques mentioned above are also suitable here. Of course, it must be ensured that the connections remain gas-tight when buckling.
  • integrally forming the deformation element with the sheathing tube there is the possibility of integrally forming the deformation element with the sheathing tube.
  • the deformation element can be designed in such a way that it is deformed plastically or elastically or plastically-elastically during mechanical bending by the forces applied from the outside.
  • the deformation element is formed in one piece with the sheathing tube - but also if the deformation element is manufactured separately - the deformation element can have a greater wall thickness in the area of greater material stretching than in the area of smaller material stretching.
  • the sheathing is particularly expedient and easy to manufacture if the deformation element has a cross-sectional configuration that is constant over its length and ensures a gas-tight buckling deformation, and the cross-sectional configuration of the sheathing tube is equal to that of the deformation element, i.e. the cross-sectional configuration of the Cladding tube corresponds substantially to the entire length of the sheath tube of a gas-tight buckling strain 180 0-locking cross-sectional configuration.
  • FIG. 1 a shows a section of a fuel rod 1, which usually consists of a cladding tube 2 and fuel 3 introduced into the cladding tube in the form of fuel pellets, as indicated in FIG. 1 a below.
  • the fuel rod 1 is shown as a solid rod in order to facilitate understanding of the actual invention.
  • the fuel rod 1 is inserted into an enclosing tube 4, the ends of which are sealed gas-tight.
  • a deformation element 5 is pushed onto the enclosing tube 4 and connected to the surface of the enclosing tube in a gas-tight manner by welds 7 applied to the ends of the deforming element.
  • the deformation element is provided with a thicker outer wall in the area of the larger material stretching during buckling than in the area of smaller material stretching, so that after buckling a minimum wall thickness in the area greater material stretch is present.
  • the deformation element 5 is curved in the manner shown in Figure la, so that a cavity 6 is formed between the deformation element 5 and the enclosing tube 4, whereby the necessary elongation of the material is reduced.
  • the encircling tube 4 according to FIG. 1 a is placed approximately in the middle of the deformation element 5 on a mandrel 8 shown in section in FIG. 1 c and bent over this mandrel of small diameter to such an extent that the two legs 4 'and. 4 '' of the enclosing tube lie parallel to each other.
  • the one after pulling out The dead space remaining in the deformation mandrel is negligibly small in comparison to the volume of the enclosing tube.
  • the deformation element 9 is arranged between pieces 4'u.4 "of the enclosing tube 4 and is gas-tightly connected by welding 7 to the facing ends of the two sections of the enclosing tube 2c in order to carry out the mechanical buckling, the deformation element 9 is deformed by means of two rollers lo and lo 'in the manner shown in FIG. 2a in the region of the kink with the enclosed fuel rod, the cladding tube and the structure of the ceramic fuel The change in cross-section by the two rollers lo and lo 'takes place in such a way that the fiber to be stretched for bending is shifted towards the neutral fiber in such a way that the elongation of the fiber is minimal during the bending process.
  • a cross-sectional change of the deformation element can e.g. also done by pressing. The only thing that matters is to shift the fibers to be stretched towards the neutral fibers.
  • protective plates 11 and 12 can be provided on the inner surface of the deformation element 9 be provided in the arrangement shown in FIG. 2e, which prevent the contact of fuel bodies under the deformation pressure with the deformation element when the cross section is changed by external forces.
  • the pre-deformation described can of course also be carried out with a deformation element formed in one piece with the sheathing tube; but also with a sheathing tube, the cross-sectional configuration of which is adapted over its entire length to the buckling process or processes.
  • the deformation element 13 consists of a welded 7 with two sections 4 'u. 4 "of the sheath tube connected with an approximately central predetermined breaking point 14a and a compensator 15 connected to the sleeve in a gas-tight manner and enclosing the predetermined breaking point, which has a depression or other marking 15a for identifying the predetermined breaking point 14a
  • the ends of the compensator 15 are connected to the predetermined breaking sleeve 14 by means of welds 16.
  • the compensator consists of a section 15b which is subjected to a plastic deformation during the bending process and a section which is essentially subjected to an elastic deformation during the bending process Section 15c
  • the two sections 15b and 15c of the compensator 15 are formed in one piece with one another.
  • the deformation element 13 When buckling, the deformation element 13 is placed in the region of the depression 15a on a buckled edge 8 'shown in dashed lines and buckled around it.
  • the fuel rod is divided by the reinforced portions of the predetermined breaking sleeve 14 at the predetermined breaking point 14a.
  • the compensator 15 ensures that the kink is secured against gas leakage.
  • the approximately larger dead space that occurs as a result of the larger diameter of the two sections 4'u.4 '' of the enclosing tube is still negligibly small and can be reduced by selecting the appropriate material for the predetermined breaking sleeve by reducing the wall thickness.
  • the deformation element 17 has two sleeves 18 and 19, which are located coaxially opposite one another.
  • Shear rings 2o and 21, which determine shear edges 2oa, 21a, are introduced into recesses at the opposite ends.
  • An elastically deformable compensator 22 is connected to the two mutually opposite sleeves 18 and 19 in a manner comparable to that in FIG.
  • the two shear sleeves are first shifted against each other in such a way that the fuel rod is divided (see FIG. 4b), the two sections are separated from one another (see FIG. 4c) and bent until they assume the position shown in FIG. 4d .
  • the term “buckling” is also understood to mean such a process in which when the 180 ° pivoting movement is carried out the two Fuel rod sections are no longer connected.
  • a deformation element 23 is used, which is also connected to sections 4 ′ or 4 ′′ of the sheathing tube 4 via welds 7.
  • the deformation element 23 here has the shape of a compensator, which is comparable to the compensator according to FIG. 3 and thus also consists of two sections 23a and 23b, the section 23b being essentially plastically deformable, as the transition from FIG. 5a to 5c clearly shows.
  • the two compensator sections can be formed in one piece with one another or separately from one another, in which case both sections must of course be connected to one another in a suitable manner (e.g. welding).
  • a section 23c is assigned to the essentially elastically deformable section 23b in the manner shown in FIG. 3 and carries a straight separating wedge 24 directed inwards (cf. FIG. 5d).
  • a crescent-shaped dividing wedge can also be used.
  • a separating wedge abutment 23d is formed, on which the fuel rod is supported.
  • the separating wedge 24 is loaded by a stamp 25 acting on the compensator from the outside, so that it is pressed into the cladding tube 2 of the fuel rod and into the fuel 3 of the fuel rod 1. This will completely split the fuel rod or weakened at the intended kink point so that it is divided during the subsequent kinking.
  • the compensator 23 ensures a gas-tight enclosure of the kink during the separation and kinking process.
  • the sleeves 14 or 18 and 19 can also be formed in one piece with the sheathing tube 4.
  • a compensator in the form of a corrugated metal hose can also be used, as the compensator according to FIG. 4 has.
  • the compensator when using a compensator, the compensator as a whole or its elastically deformable sections can be pre-shaped like a bellows to impress the elastic deformability.
  • Steels are particularly suitable for achieving elastic shape behavior.
  • tough metallic materials are used which have a high elongation at break behavior.
  • FIG. 6a shows three sheathing tubes of the embodiment according to FIG. 4, each deformed by a kink.
  • the free ends of the two sections 4'u.4 '' are each closed by a closure cover 26 which is connected gas-tight to the associated section, for example welded .
  • An attachment for a manipulator is provided on the free end face of the cover.
  • the fuel rods reduced in length by the one kink have been brought into a U-shape.
  • the deformation elements 22 of the individual layers each lie on one side of the layer, while the straight-line sections 4'u.4 "of one layer touch the sections of the other layer in the manner shown in FIG. 6, the checkered gussets remaining between the pipe sections, which, however, represent a very small dead space compared to the volume of the cladding tubes.
  • FIGS. 7a and 7b A bearing arrangement is described in FIGS. 7a and 7b, as can be achieved with simply bent fuel rods according to FIG. 2.
  • a packing density which is hexagonal in section is achieved.
  • the gussets are only triangular. In this arrangement too, the deformation elements of a layer lie on one and the same side of the layer.
  • FIG. 8a shows the side view of a double-bent jacket tube 4 according to FIG. 2.
  • Two deformation elements 9 are therefore welded into the sheathing tube, so that it consists of the sections 4 ', 4' 'and 4' ''.
  • the deformation elements 9 have each been rolled such that the directions of buckling are not identical, but rather are oriented so that when buckling the configuration shown in FIG .4 '' 'essentially define an equilateral triangle with a plane perpendicular to them.
  • An essentially hexagonal packing configuration can also be achieved with fuel rods bent in this way.
  • FIG. 9 shows a double-folded envelope tion tube, in which two deformation elements 9 according to FIG. 2 are switched on.
  • the deformation elements 9 are rolled in such a way that the bearing arrangement shown in FIG. 9b can be reached, in which the bent fuel rods can be arranged like a ring.
  • rods can be introduced, for example, which are bent according to FIG. 8, so that an essentially hexagonal packing density can also be achieved here.
  • the bearing arrangements shown in FIGS. 6-9 can also be achieved with the other deformation elements.
  • the separately or integrally formed deformation elements with a pre-embossed kink direction must of course be aligned in a predetermined manner when they are applied to the encasing tube, when they are switched on in the encasing tube or when they are formed in the encasing tube.
  • the deformation elements preferably have an impressed direction of buckling.
  • the kinking of the fuel rods in a sheath with integrated kink deformability enables the wrapped fuel rods to be packaged in containers in such a way that there is essentially no dead space left in the container, since a hexagon-shaped cross section essentially perpendicular to the straight sections of the fuel rods remains. Packing density can be achieved. In this way, ceramic containers with small internal dimensions can be used.

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Abstract

It is known for the purpose of reducing the length of a spent fuel rod firstly to introduce the fuel rod into a straight containment tube (4', 4'', 26) and then to deform the rod in order to reduce its length, by winding up the containment tube with the fuel rod included therein. This length-reducing process leads to difficulties in producing the storage vessels provided for storing the coils. To avoid these difficulties it is proposed to assign to the containment tube (4', 4'', 26) at least one deforming element (9), which covers a fuel rod section of prescribed sublength in a sleeve-like fashion, is connected to the containment tube in a gas-tight fashion and remains gas-tight under deformation, and to bend the fuel rod by essentially 180<o> in the deformation region determined by the deforming element, the deforming element being deformed in accordance with the bend, and the containment tube remaining rectilinear over a substantial part (4', 4'') of its length. In this process, the deforming element can be constructed separately or can be a one-piece component of the containment tube. In the latter case, the cross-sections of the deforming element and containment tube can be equal. (See Figure 7a). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lüngenreduzierung mindestens eines bestrahlten Brennstabe, bei den der Prennstab zunächst in ein Umschließungsrohr eingebracht und danach zur Reduzierung der Drennstablanänge des Brennstab verformt wird.The invention relates to a method for reducing the length of at least one irradiated fuel rod, in which the spring rod is first introduced into an enclosing tube and then deformed to reduce the rod length of the fuel rod.

zum zwecke der zwischenlagerung und/oder der Endlagerung von bestrahlten Kernbrennstoffen ist ein solches Verfahren zur Längenreduzierung der bestrahlten Brentäbe bekannt (Bericht KfK 3000, Sept. 1930, S. 465-466), un einerseits bestrahlte Kernbrennstoffe in der Lagerstätte leichter handhaben zu können und andererseits als Verpackungsmaterial keramische Werkstoffe einsetzen zu können, die in kleineren Geometrien einfacher und wirtschaftlicher herstellbar sind. Bei dem bekannten Verfahren werden die abgebrannten Brennstäbe einzeln oder zu mehreren in ein abgeplattetes Umschließungsrohr aus Stahl eingebracht und anschließend das Umschließungsrohr gasdicht verschweißt. Vorzugsweise werden in jedes Umschlieβungsrohr zwei Brennstäbe eingebracht. Die in die metallischen Umschließungsrohre eingeschweißten Brennstäbe werden zur Reduzierung ihrer beispielsweise 4 m betragenden Länge um einen Dorn zu einer Spirale aufgewickelt, dessen Durchmesser von dem kleinsten zulässigen Biegeradius des Umschließungsrohres abbängig ist.For the purpose of the interim storage and / or the final storage of irradiated nuclear fuels, such a method for reducing the length of the irradiated brent rods is known (report KfK 3000, Sept. 1930, pp. 465-466), on the one hand, making it easier to handle irradiated nuclear fuels in the deposit and on the other hand, to be able to use ceramic materials as packaging material which are easier and more economical to produce in smaller geometries. In the known method, the spent fuel rods are introduced individually or in groups into a flattened steel encasing tube and then the encasing tube is welded in a gas-tight manner. Preferably, two fuel rods are placed in each containment tube. To reduce their length, for example 4 m, the fuel rods welded into the metallic containment tubes are wound around a mandrel to form a spiral, the diameter of which depends on the smallest allowable bending radius of the containment tube.

Beim Aufwickeln zerbricht der vorzugsweise in Pellet-Form vorliegende Kernbrennstoff zu Bruchstücken und die den Kernbrennstoff umhüllenden Hüllrohre der Brennstäbe reißen auf. Da die Umschließungsrohre während der durch das Aufwickeln hervorgerufenen Verformung aufgrund der Eigenschaften des verwendeten Werkstoffes gasdicht bleiben, halten sie die radioaktiven Stoffe und/oder Gase zurück, die bei der Verformung des Brennstabs freigesetzt werden. Der Gasdruck des im Brennstab befindlichen Gases beträgt in einigen Anwendungsfällen rund 80 bar. Der sich nach Verformung in dem Umhüllungsrohr einstellende geringere Druck hängt von dem vom Umschließungsrohr umschlossenen Leervolumen ab. Bei dem bekannten Verfahren zur Längenreduzierung wird zwar die Länge des einzelnen Brennstabes reduziert, jedoch führt die Verformung zu Spiralen mit großen Durchmessern, sowie zu großen Toträumen, die durch das zylindrische Dornvolumen in der Mitte der aufgewickelten Brennstäbe bestimmt sind. Die großen Außendurchmesser der aufgewickelten Brennstäbe erschweren den Einsatz von bestimmten keramischen Verpackungswerkstoffen für Verpackungen, in die die im Umhüllungsrohr befindlichen, verformten Brennstäbe verpackt werden sollen, da sich diese Verpackungen aus den keramischen Werkstoffen in den dann erforderlichen Abmessungen nur in technisch aufwendiger Weise oder gar nicht herstellen lassen. Hinzukommt, daß die großen Toträume ein geringes Nutzvolumen der Verpackungen bestimmen.When it is wound up, the nuclear fuel, which is preferably in pellet form, breaks into fragments and the cladding tubes of the fuel rods, which envelop the nuclear fuel, tear open. Since the containment tubes remain gas-tight during the deformation caused by the winding, due to the properties of the material used, they retain the radioactive substances and / or gases which are released when the fuel rod is deformed. In some applications, the gas pressure of the gas in the fuel rod is around 80 bar. The lower pressure which arises after deformation in the sheathing tube depends on the empty volume enclosed by the sheathing tube. In the known method for length reduction, the length of the individual fuel rod is reduced, but the deformation leads to spirals with large diameters and to large dead spaces, which are determined by the cylindrical mandrel volume in the middle of the wound fuel rods. The large outer diameters of the wound fuel rods complicate the use of certain ceramic packaging materials for packaging into which the deformed fuel rods located in the sheathing tube are to be packaged, since these packages are made of the ceramic materials in the dimensions required then only in a technically complex manner or not at all have it made. In addition, the large dead spaces determine a small usable volume of the packaging.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Längenreduzierung anzugeben, das eine Längenreduzierung der Brennstäbe ermöglicht, ohne daß beim Einbringen der verformten Brennstäbe in die Verpackungen das Nutzvolumen der Verpackungen durch unerwünscht große Toträume verringert wird und ohne daß die Herstellung der Verpackungen durch Vorgabe zu großer Abmessungen der Aufnahmehohlräume der Verpackungen erschwert wird.It is an object of the present invention to provide a method for reducing the length which enables the length of the fuel rods to be reduced without the usable volume of the packaging being reduced by undesirably large dead spaces when the deformed fuel rods are introduced into the packaging and without the production of the packaging being made difficult by specifying too large dimensions of the receiving cavities of the packaging.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Umschließungsrohr mindestens ein einen Brennstababschnitt vorgegebener Teillänge hülsenartig überdeckendes, gasdicht mit dem Umschließungsrohr verbundenes und unter Verformung gasdicht verbleibendes Verformungselement zugeordnet wird und daß der Brennstab im durch das Verformungselement bestimmten Verformungsbereich um im wesentlichen 180° geknickt wird, wobei das Verformungselement entsprechend der Knickung verformt wird und das Umschließungsrohr im wesentlichen geradlinig bleibt.This object is achieved according to the invention in that at least one deformation element covering the fuel tube in a sleeve-like manner, gas-tightly connected to the containment tube and remaining gas-tight under deformation, is assigned to the containment tube and that the fuel rod is bent by essentially 180 ° in the deformation area determined by the deformation element. wherein the deformation element is deformed in accordance with the kink and the enclosing tube remains essentially rectilinear.

Durch das oder die gasdicht mit dem Umschließungsrohr verbundenen Verformungselemente ist es möglich, den Brennstab immer an einer oder mehreren Stellen im wesentlichen um 1800 soweit zu knicken, daß die bei Verwendung eines Verformungselements geradlinig verbleibenden Abschnitte des Umschließungsrohres paarweise im wesentlichen in Parallellage gebracht werden und nahezu in Anlage aneinander kommen.By the one or more gas-tightly connected to said enclosure tube deformation elements, it is possible to fold the fuel rod is always at one or more locations substantially 180 0 extent that the rectilinearly remaining when using a deformation element portions of the confining tube pairs are placed substantially in parallel position, and almost come into contact with each other.

Bei dieser Knickverformung wird kein großer Totraum aufgebaut; die Aufnahmehohlräume der Verpackungen können mit kleinen Durchmessern realisiert werden.With this buckling deformation, no large dead space is built up; the receiving cavities of the packaging can be realized with small diameters.

Der Brennstab wird entweder beim Knicken zerteilt oder er wird vor dem Knicken zumindest teilweise zerteilt. Bevorzugte Ausführungsform der teilweisen Zerteilung ist in der Abflachung des Verformungselements und des Brennstabs vor dem Knicken im Verformungsbereich zu sehen. Diese Vorverformung des Verformungselements erfolgt vorzugsweise durch Walzen oder Pressen.The fuel rod is either split up when kinking or it is at least partially broken up before kinking. A preferred embodiment of the partial division can be seen in the flattening of the deformation element and the fuel rod before the buckling in the deformation area. This pre-deformation the deformation element is preferably carried out by rolling or pressing.

Bei einer besonders bevorzugten Verfahrensführung wird das Umschließungsrohr über im wesentlichen seine gesamte Länge mit einer konstanten und eine gasdichte Knickverformung sichernde Querschnittskonfiguration ausgelegt und werden der Brennstab und das Umhüllungsrohr in einen als Verformungselement dienenden, vorbestimmten Längenabschnitt geknickt. Bei dieser Verfahrensführung wird zwar wie bei den bekannten Verfahren ein Umhüllungsrohr verwendet, das im wesentlichen über seine gesamte Länge eine konstante Querschnittskonfiguration aufweist, jedoch erfolgt mindestens eine Knickung um im wesentlichen 1800 derart, daß geradlinig verbleibende Umschließungsrohrabschnitte in Anlage aneinander kommen. Als Material für ein solches Umhüllungsrohr mit integrierter Knickverformbarkeit wird vorzugsweise austenitischer Stahl verwendet.In a particularly preferred method, the enclosing tube is designed with a constant cross-sectional configuration over substantially its entire length and ensures a gas-tight buckling deformation, and the fuel rod and the wrapping tube are bent into a predetermined length section serving as a deformation element. In this procedure is indeed used as in the known method, a sheath tube which is substantially over its entire length has a constant cross-sectional configuration, but is performed at least one buckling by substantially 180 0 such that a straight line remaining Umschließungsrohrabschnitte come together in abutment. Austenitic steel is preferably used as the material for such a cladding tube with integrated bend deformability.

Ausgehend von der bekannten Umhüllung für mindestens einen bestrahlten Brennstab mit einem den Brennstab umschließenden Umschließungsrohr ist die Erfindung auch auf eine Umhüllung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gerichtet.On the basis of the known casing for at least one irradiated fuel rod with an encasing tube surrounding the fuel rod, the invention is also directed to a casing for carrying out the method according to the invention.

Die Umhüllung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß dem Umschließungsrohr mindestens ein Verformungselement zugeordnet ist, das einen Brennstababschnitt vorgegebener Teillänge hülsenartig überdeckt, gasdicht mit dem Umschließungsrohr verbunden ist und bei Knickung des Brennstabs gasdicht bleibt. Das Verformungselement kann auf verschiedene Weise verwirklicht werden. Vorzugsweise ist das Verformungselement auf das Umschließungsrohr aufgeschoben und gasdicht mit diesem verbunden. Das Verformungselement kann mit dem Umschließungsrohr z.B. verschweißt, verlötet oder verklebt sein. Die Verbindung kann über die gesamte axiale Länge des Verformungselements aufgebaut werden oder nur an dessen Endbereichen ausgebildet sein.According to the invention, the sheathing is characterized in that at least one deformation element is assigned to the encasing tube, which covers a fuel rod section of a predetermined partial length in a sleeve-like manner, is connected in a gastight manner to the encasing tube and remains gas-tight when the fuel rod is bent. The deformation element can be realized in different ways. The deformation element is preferably pushed onto the enclosing tube and connected to it in a gastight manner. The deformation element can with the Enclosure tube, for example, welded, soldered or glued. The connection can be established over the entire axial length of the deformation element or can be formed only at its end regions.

Es kann aber auch zweckmäßig sein, daß das Verformungselement zwischen Teilstücken des Umschließungsrohres angeordnet und gasdicht mit den zugewandten Enden des Umschließungsrohres verbunden ist. Auch hier eignen sich die oben genannten Verbindungstechniken. Selbstverständlich muß sichergestellt sein, daß die Verbindungen bei der Knickung gasdicht bleiben. Schließlich ist die Möglichkeit gegeben, das Verformungselement einstückig mit dem Umhüllungsrohr auszubilden.However, it can also be expedient for the deformation element to be arranged between sections of the enclosing tube and to be connected in a gastight manner to the facing ends of the enclosing tube. The connection techniques mentioned above are also suitable here. Of course, it must be ensured that the connections remain gas-tight when buckling. Finally, there is the possibility of integrally forming the deformation element with the sheathing tube.

Das Verformungselement kann so gestaltet sein, daß es bei der mechanischen Knickung durch die von außen aufgebrachten Kräfte plastisch oder elastisch oder plastisch-elastisch verformt wird.The deformation element can be designed in such a way that it is deformed plastically or elastically or plastically-elastically during mechanical bending by the forces applied from the outside.

Bei einstückiger Ausbildung des Verformungselements mit dem Umhüllungsrohr - aber auch bei gesonderter Fertigung des Verformungselements - kann das Verformungselement im Bereich größerer Materialstreckung eine größere Wandstärke als im Bereich kleinerer Materialstreckung aufweisen.If the deformation element is formed in one piece with the sheathing tube - but also if the deformation element is manufactured separately - the deformation element can have a greater wall thickness in the area of greater material stretching than in the area of smaller material stretching.

Bei einstückiger Ausbildung des Verformungselements mit dem Umhüllungsrohr gelangt man zu einer besonders zweckmäßigen und einfach herzustellenden Umhüllung, wenn das Verformungselement eine über seine Länge konstante und eine gasdichte Knickverformung sichernde Querschnittskonfiguration aufweist und die Querschnittskonfiguration des Umhüllungsrohres gleich der des Verformungselements ist, d.h., die Querschnittskonfiguration des Umhüllungsrohrs entspricht im wesentlichen über die gesamte Länge des Umhüllungsrohrs einer eine gasdichte Knickverformung um 1800 sichernden Querschnittskonfiguration.If the deformation element is formed in one piece with the sheathing tube, the sheathing is particularly expedient and easy to manufacture if the deformation element has a cross-sectional configuration that is constant over its length and ensures a gas-tight buckling deformation, and the cross-sectional configuration of the sheathing tube is equal to that of the deformation element, i.e. the cross-sectional configuration of the Cladding tube corresponds substantially to the entire length of the sheath tube of a gas-tight buckling strain 180 0-locking cross-sectional configuration.

Weitere auf die Umhüllung gerichtete Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Umhüllung.Further subclaims directed to the casing relate to advantageous embodiments of the casing according to the invention.

Das erfindungsgemäße Verfahren und verschiedene Ausführungsformen der Umhüllung sollen nun anhand der beigefügten Figuren genauer beschrieben werden.The method according to the invention and various embodiments of the casing will now be described in more detail with reference to the attached figures.

Es zeigt:

  • Figur 1) Die erste Ausführungsform der Umhüllung mit einem auf das Umhüllungsrohr aufgeschobenen und plastisch verformbaren Verformungselement,
  • Figur 2) Die zweite Ausführungsform mit einem in das Umhüllungsrohr eingeschalteten plastisch verformbaren Verformungselement, das vor Knickung vorgeformt wird,
  • Figur 3) Die dritte Ausführungsform in Form eines in das Umschließungsrohr eingeschalteten Verformungselement mit einem mindest teilweise elastisch verformbaren Kompensator,
  • Figur 4) Eine weitere Ausführungsform mit elastischem Kompensator,
  • Figur 5) Eine Ausführungsform mit elastischem Kompensator und einem Trennkeil zum mindestens teilweisen Zerteilen des Brennstabs vor Durchführung des Knickvorgangs,
  • Figur 6) Drei jeweils in einer Knickstelle geknickte Umhüllungsrohre gemäß Figur 4) in Lageranordnung,
  • Figur 7) Vier jeweils in einer Knickstelle geknickte Umhüllungsrohre gemäß Figur 2 in Lageranordnung,
  • Figur 8) Ein zweifach geknicktes Umhüllungsrohr gemäß Figur 2 und,
  • Figur 9) Ein in einer gegenüber Figur 8 abweichenden Weise geknicktes Umhüllungsrohr gemäß Figur 2 das sich insbesondere zur kreisringartigen Lageranordnung der Brennstäbe eignet.
It shows:
  • FIG. 1) The first embodiment of the sheathing with a plastically deformable deformation element pushed onto the sheathing tube,
  • FIG. 2) The second embodiment with a plastically deformable deformation element which is switched into the sheathing tube and which is preformed before kinking,
  • FIG. 3) The third embodiment in the form of a deformation element switched into the enclosing tube with an at least partially elastically deformable compensator,
  • Figure 4) Another embodiment with an elastic compensator,
  • FIG. 5) An embodiment with an elastic compensator and a separating wedge for at least partially cutting up the fuel rod before carrying out the buckling process,
  • FIG. 6) three sheathing tubes according to FIG. 4), each bent in a kink, in a bearing arrangement,
  • FIG. 7) Four cladding tubes according to FIG. 2, each bent in a kink, in a bearing arrangement,
  • FIG. 8) A double-folded cladding tube according to FIG. 2 and,
  • FIG. 9) A cladding tube according to FIG. 2, which is bent in a way that differs from FIG. 8 which is particularly suitable for the annular bearing arrangement of the fuel rods.

In der Figur la ist ein Schnitt eines Brennstabs 1 dargestellt, der überlicherweise aus einem Hüllrohr 2 und in das Hüllrohr eingebrachtem Brennstoff 3 in Form von Brennstoffpellets besteht, wie in der Figur la unten angedeutet ist. In den nachfolgenden Figuren 2-9 ist der Brennstab 1 als einheitlich massive Stange dargestellt, um das Verständnis der eigentlichen Erfindung zu erleichtern. Der Brennstab 1 ist in ein Umschließungsrohr 4 eingebracht, dessen Enden gasdicht verschlossen sind.FIG. 1 a shows a section of a fuel rod 1, which usually consists of a cladding tube 2 and fuel 3 introduced into the cladding tube in the form of fuel pellets, as indicated in FIG. 1 a below. In the following FIGS. 2-9, the fuel rod 1 is shown as a solid rod in order to facilitate understanding of the actual invention. The fuel rod 1 is inserted into an enclosing tube 4, the ends of which are sealed gas-tight.

Auf das Umschließungsrohr 4 ist ein Verformungselement 5 aufgeschoben und mit der Oberfläche des Umschlie- ßungsrohrs durch an den Enden des Verformungselements angelegte Verschweißungen 7 gasdicht verbunden. Obwohl in manchen Fällen eine Ausgestaltung des Verformungselements als Rohrabschnitt möglich ist, ist bei der bevorzugten Ausführungsform gemäß Figur 1 das Verformungselement im Bereich der größeren Materialstreckung während des Knickens mit einer dickeren Außenwand versehen als im Bereich kleinerer Materialstreckung, so daß nach Knickung eine Mindestwandstärke im Bereich größerer Materialstreckung vorhanden ist. Zusätzlich ist das Verformungselement 5 in der in der Figur la gezeigten Weise gewölbt ausgebildet, so daß zwischen Verformungselement 5 und dem Umschließungsrohr 4 ein Hohlraum 6 entsteht, wodurch die notwendige Längendehnung des Materials verringert wird.A deformation element 5 is pushed onto the enclosing tube 4 and connected to the surface of the enclosing tube in a gas-tight manner by welds 7 applied to the ends of the deforming element. Although in some cases a configuration of the deformation element as a pipe section is possible, in the preferred embodiment according to FIG. 1 the deformation element is provided with a thicker outer wall in the area of the larger material stretching during buckling than in the area of smaller material stretching, so that after buckling a minimum wall thickness in the area greater material stretch is present. In addition, the deformation element 5 is curved in the manner shown in Figure la, so that a cavity 6 is formed between the deformation element 5 and the enclosing tube 4, whereby the necessary elongation of the material is reduced.

Zur Durchführung der Verformung wird das Umschließungsrohr 4 gemäß Figur la etwa in der Mitte des Verformungselements 5 auf einen in der Figur lc im Schnitt dargestellten Dorn 8 aufgelegt und über diesen Dorn geringen Durchmessers soweit geknickt, daß die beiden Schenkel 4' u. 4'' des Umschließungsrohres parallel aneinander anliegen. Der nach Herausziehen des Verformungsdorns verbleibende Totraum ist im Vergleich zum Volumen des Umschließungsrohres vernachlässigbar klein. Die aus der Figur lb ersichtliche Formgebung des Verformungselements 5 in der Ebene senkrecht zur Achse der eingebrachten Brennstäbe 1 und l', die von einem Kreisquerschnitt abweicht, sorgt dafür, daß in der höchstbeanspruchten Knickebene die plastische Materialverformung auf ein Mindestmaß begrenzt und Anrisse, wie sie z.B. bei der Knickung runder Rohrquerschnitte auftreten, vermieden werden.To carry out the deformation, the encircling tube 4 according to FIG. 1 a is placed approximately in the middle of the deformation element 5 on a mandrel 8 shown in section in FIG. 1 c and bent over this mandrel of small diameter to such an extent that the two legs 4 'and. 4 '' of the enclosing tube lie parallel to each other. The one after pulling out The dead space remaining in the deformation mandrel is negligibly small in comparison to the volume of the enclosing tube. The shape of the deformation element 5 shown in FIG. 1b in the plane perpendicular to the axis of the inserted fuel rods 1 and 1 ', which deviates from a circular cross-section, ensures that the plastic material deformation is minimized in the highly stressed buckling plane and cracks such as them eg when kinking round pipe cross-sections, can be avoided.

Bei der in der Figur 2 gezeigten Ausführungsform ist das Verformungselement 9 zwischen Stücken 4'u.4" des Umschließungsrohres 4 angeordnet und durch Schweißungen 7 gasdicht mit den zugewandten Enden der beiden Teilstücke des Umschließungsrohres verbunden. Das noch nicht verformte Verformungselement 9 weist den in der Figur 2c dargestellten Querschnitt auf. Zur Durchführung der mechanischen Knickung wird das Verformungselement 9 mittels zweier Walzen lo u. lo' in der in der Figur 2a gezeigten Weise im Bereich der Knickstelle mit dem eingeschlossenen Brennstab verformt, wobei das Hüllrohr und die Struktur des keramischen Brennstoffes im Hüllrohr zerstört werden. Die Querschnittsänderung durch die beiden Walzen lo u. lo' erfolgt so, daß die für das Knicken zu dehnende Faser zur neutralen Faser hin verschoben wird in der Art, daß beim Knickvorgang die Längendehnung der Faser minimal ist.In the embodiment shown in FIG. 2, the deformation element 9 is arranged between pieces 4'u.4 "of the enclosing tube 4 and is gas-tightly connected by welding 7 to the facing ends of the two sections of the enclosing tube 2c in order to carry out the mechanical buckling, the deformation element 9 is deformed by means of two rollers lo and lo 'in the manner shown in FIG. 2a in the region of the kink with the enclosed fuel rod, the cladding tube and the structure of the ceramic fuel The change in cross-section by the two rollers lo and lo 'takes place in such a way that the fiber to be stretched for bending is shifted towards the neutral fiber in such a way that the elongation of the fiber is minimal during the bending process.

Eine Querschnittsänderung des Verformungselements kann z.B. auch durch Pressen erfolgen. Es kommt nur darauf an, die zu dehnenden Fasern zur neutralen Faser hin zu verschieben.A cross-sectional change of the deformation element can e.g. also done by pressing. The only thing that matters is to shift the fibers to be stretched towards the neutral fibers.

Um das Verformungselement vor evtl. aus dem Hüllrohr 2 austretenden Bruchstücken des zerbrochenen keramischen Brennstoffes zu schützen, können auf der Innenfläche des Verformungselements 9 Schutzplatten 11 und 12 in der in der Figur 2e gezeigten Anordnung vorgesehen werden, die bei Änderung des Querschnitts durch von außen aufgebrachte Kräfte eine Berührung von Brennstoffkörpern unter dem Verformungsdruck mit dem Verformungselement verhindern.In order to protect the deformation element from fragments of the broken ceramic fuel possibly emerging from the cladding tube 2, protective plates 11 and 12 can be provided on the inner surface of the deformation element 9 be provided in the arrangement shown in FIG. 2e, which prevent the contact of fuel bodies under the deformation pressure with the deformation element when the cross section is changed by external forces.

Die beschriebene Vorverformung kann selbstverständlich auch bei einem einstückig mit dem Umhüllungsrohr ausgebildeten Verformungselement durchgeführt werden; aber auch bei einem Umhüllungsrohr, dessen Querschnittkonfiguration über seine gesamte Länge an den bzw. die Knickvorgänge angepaßt ist.The pre-deformation described can of course also be carried out with a deformation element formed in one piece with the sheathing tube; but also with a sheathing tube, the cross-sectional configuration of which is adapted over its entire length to the buckling process or processes.

Bei den beiden bisher beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Umhüllung tritt im wesentlichen beim Knickvorgang plastische Verformung auf. Bei der in der Figur 3 gezeigten Ausführungsform tritt auch eine teilweise elastische Verformung des Verformungselements auf. Das Verformungselement 13 besteht aus einer durch Schweißungen 7 mit zwei Teilstücken 4' u. 4" des Umhüllungsrohrs verbundenen Hülse 14 mit einer etwa mittig gelegenen Sollbruchstelle 14a und einem mit der Hülse gasdicht verbundenen und die Sollbruchstelle umschließenden Kompensator 15, der zur Kennzeichnung der Sollbruchstelle 14a eine Einsenkung oder andere Markierung 15a aufweist. Bei der in der 'Figur 3a gezeigten Ausführungsform sind die Enden des Kompensators 15 durch Schweißungen 16 mit der Sollbruchhülse 14 verbunden. Selbstverständlich können hier auch andere gasdichte Verbindungstechniken verwendet werden. Der Kompensator besteht aus einem bei dem Knickvorgang einer plastischen Verformung unterliegenden Abschnitt 15b und einem beim Knickvorgang im wesentlichen einer elastischen Verformung unterliegenden Abschnitt 15c. Bei der gezeigten Ausführungsform sind die beiden Abschnitte 15b und 15c des Kompensators 15 einstückig miteinander ausgebildet.In the two previously described embodiments of the casing according to the invention, plastic deformation occurs essentially during the buckling process. In the embodiment shown in FIG. 3, a partial elastic deformation of the deformation element also occurs. The deformation element 13 consists of a welded 7 with two sections 4 'u. 4 "of the sheath tube connected with an approximately central predetermined breaking point 14a and a compensator 15 connected to the sleeve in a gas-tight manner and enclosing the predetermined breaking point, which has a depression or other marking 15a for identifying the predetermined breaking point 14a In one embodiment, the ends of the compensator 15 are connected to the predetermined breaking sleeve 14 by means of welds 16. Of course, other gas-tight connection techniques can also be used here The compensator consists of a section 15b which is subjected to a plastic deformation during the bending process and a section which is essentially subjected to an elastic deformation during the bending process Section 15c In the embodiment shown, the two sections 15b and 15c of the compensator 15 are formed in one piece with one another.

Beim Knicken wird das Verformungselement 13 im Bereich der Einsenkung 15a auf eine gestrichelt dargestellte Knickkante 8' aufgelegt und um diese geknickt. Dabei wird der Brennstab durch die verstärkten Teilstücke der Sollbruchhülse 14 an der Sollbruchstelle 14a geteilt. Bei plastisch-elastischer Verformung aus der Lage gemäß Figur 3a in die Lage gemäß Figur 3c sorgt der Kompensator 15 dafür, daß die Knickstelle gegen Gasaustritt gesichert wird. Der infolge des größeren Durchmessers der beiden Abschnitte 4'u.4'' des Umschließungsrohres auftretende etwa größere Totraum ist immer noch vernachlässigbar klein und kann durch entsprechende Werkstoffauswahl für die Sollbruchhülse verkleinert werden, indem die Wandstärke verringert wird.When buckling, the deformation element 13 is placed in the region of the depression 15a on a buckled edge 8 'shown in dashed lines and buckled around it. The fuel rod is divided by the reinforced portions of the predetermined breaking sleeve 14 at the predetermined breaking point 14a. In the case of plastic-elastic deformation from the position according to FIG. 3a to the position according to FIG. 3c, the compensator 15 ensures that the kink is secured against gas leakage. The approximately larger dead space that occurs as a result of the larger diameter of the two sections 4'u.4 '' of the enclosing tube is still negligibly small and can be reduced by selecting the appropriate material for the predetermined breaking sleeve by reducing the wall thickness.

Bei der in der Figur 4 gezeigten Ausführungsform der Umhüllung weist das Verformungselement 17 zwei einander koaxial gegenüberstehende Hülsen 18 und 19 auf. In Ausnehmungen an den einander gegenüberstehenden Enden sind Scherringe 2o bzw. 21 eingebracht, die Scherschneiden 2oa, 21a bestimmen. Mit den beiden einander gegenüberstehenden Hülsen 18 und 19 ist in vergleichbarer Weise wie in der Figur 3 ein elastisch verformbarer Kompensator 22 verbunden.In the embodiment of the casing shown in FIG. 4, the deformation element 17 has two sleeves 18 and 19, which are located coaxially opposite one another. Shear rings 2o and 21, which determine shear edges 2oa, 21a, are introduced into recesses at the opposite ends. An elastically deformable compensator 22 is connected to the two mutually opposite sleeves 18 and 19 in a manner comparable to that in FIG.

Zur Einleitung der Längenreduzierung werden zunächst die beiden Scherhülsen derart gegeneinander verschoben, daß der Brennstab zerteilt wird (vgl. Figur 4b), werden die beiden Teilstücke voneinander entfernt (vgl. Figur 4c) und geknickt, bis sie die in der Figur 4d gezeigte Lage annehmen. Aus der vorstehenden Beschreibung der Ausführungsform gemäß Figur 4 geht hervor, daß in den Ansprüchen und in der Beschreibung unter dem Begriff "Knicken" auch ein solcher Vorgang verstanden wird, bei dem bei Durchführung der 180°-Schwenkbewegung die beiden Brennstababschnitte nicht mehr miteinander in Verbindung stehen.To initiate the length reduction, the two shear sleeves are first shifted against each other in such a way that the fuel rod is divided (see FIG. 4b), the two sections are separated from one another (see FIG. 4c) and bent until they assume the position shown in FIG. 4d . From the above description of the embodiment according to FIG. 4 it can be seen that in the claims and in the description the term “buckling” is also understood to mean such a process in which when the 180 ° pivoting movement is carried out the two Fuel rod sections are no longer connected.

Bei der Ausführungsform gemäß Figur 5 wird ein Verformungselement 23 angewendet, das ebenfalls über Schweißungen 7 mit Teilstücken 4' bzw. 4'' des Umhüllungsrohres 4 verbunden ist. Das Verformungselement 23 weist hier die Form eines Kompensators auf, der dem Kompensator gemäß Figur 3 vergleichbar ist und somit auch aus zwei Abschnitten 23a und 23b besteht, wobei der Abschnitt 23b im wesentlichen plastisch verformbar ist wie der Übergang von Figur 5a zu 5c deutlich zeigt. Wie bei der Ausführungsform gemäß Figur 3 können die beiden Kompensatorabschnitte einstückig miteinander oder getrennt voneinander ausgebildet sein, wobei im letzteren Fall beide Abschnitte natürlich in geeigneter Weise (z.B. Verschweißung) miteinander verbunden sein müssen.In the embodiment according to FIG. 5, a deformation element 23 is used, which is also connected to sections 4 ′ or 4 ″ of the sheathing tube 4 via welds 7. The deformation element 23 here has the shape of a compensator, which is comparable to the compensator according to FIG. 3 and thus also consists of two sections 23a and 23b, the section 23b being essentially plastically deformable, as the transition from FIG. 5a to 5c clearly shows. As in the embodiment according to FIG. 3, the two compensator sections can be formed in one piece with one another or separately from one another, in which case both sections must of course be connected to one another in a suitable manner (e.g. welding).

Dem im wesentlichen elastisch verformbaren Abschnitt 23b ist ein Abschnitt 23c in der in der Figur 3 gezeigten Weise zugeordnet, der einen nach innen gerichteten geraden Trennkeil 24 trägt (vgl. Figur 5d). Anstelle des geraden Trennkeils kann auch ein sichelförmiger Trennkeil verwendet werden.A section 23c is assigned to the essentially elastically deformable section 23b in the manner shown in FIG. 3 and carries a straight separating wedge 24 directed inwards (cf. FIG. 5d). Instead of the straight dividing wedge, a crescent-shaped dividing wedge can also be used.

Auf den dem Trennkeil gegenüberliegenden Flächenabschnitt 23a des Verformungselements 23 ist ein Trennkeilwiderlager 23d ausgebildet, auf dem der Brennstab abgestützt wird.On the surface section 23a of the deformation element 23 opposite the separating wedge, a separating wedge abutment 23d is formed, on which the fuel rod is supported.

Zur Einleitung des Knickvorganges wird der Trennkeil 24 durch einen von außen auf den Kompensator einwirkenden Stempel 25 belastet, so daß er in das Hüllrohr 2 des Brennstabes und in den Brennstoff 3 des Brennstabes 1 gedrückt wird. Dadurch wird der Brennstab völlig zerteilt oder an der vorgesehenen Knickstelle so geschwächt, daß er bei dem anschließenden Knicken zerteilt wird. Auch hier gewährleistet der Kompensator 23 eine gasdichte Umschließung der Knickstelle während des Trenn- und Knickvorganges.To initiate the buckling process, the separating wedge 24 is loaded by a stamp 25 acting on the compensator from the outside, so that it is pressed into the cladding tube 2 of the fuel rod and into the fuel 3 of the fuel rod 1. This will completely split the fuel rod or weakened at the intended kink point so that it is divided during the subsequent kinking. Here, too, the compensator 23 ensures a gas-tight enclosure of the kink during the separation and kinking process.

Bei den Ausführungsformen gemäß Figuren 3 und 4 können die Hülsen 14 bzw. 18 und 19 auch einstückig mit dem Umhüllungsrohr 4 ausgebildet werden.In the embodiments according to FIGS. 3 and 4, the sleeves 14 or 18 and 19 can also be formed in one piece with the sheathing tube 4.

Bei der Figur 3 kann auch ein Kompensator in Form eines gewellten Metallschlauchs Verwendung finden, wie ihn der Kompensator gemäß Figur 4 aufweist.In FIG. 3, a compensator in the form of a corrugated metal hose can also be used, as the compensator according to FIG. 4 has.

Bei Verwendung eines Kompensators kann der Kompensator als Ganzes oder dessen elastisch verformbare Abschnitte zur Aufprägung der elastischen Verformbarkeit balgenartig vorgeformt werden.When using a compensator, the compensator as a whole or its elastically deformable sections can be pre-shaped like a bellows to impress the elastic deformability.

Für das Erreichen elastischen Formverhaltens eignen sich insbesondere Stähle. Für die plastisch verformbaren Verformungselemente oder Abschnitte derselben werden zähe metallische Werkstoffe verwendet, die ein hohes Bruchdehnungsverhalten zeigen.Steels are particularly suitable for achieving elastic shape behavior. For the plastically deformable deformation elements or sections thereof, tough metallic materials are used which have a high elongation at break behavior.

Die Figur 6a zeigt drei durch jeweils eine Knickstelle verformte Umhüllungsrohre der Ausführungsform gemäß Figur 4. Die freien Enden der beiden Teilstücke 4'u.4'' sind jeweils durch einen Verschlußdeckel 26 verschlossen, der mit dem zugeordneten Teilstück gasdicht verbunden ist, z.B. verschweißt ist. Auf der freien Stirnfläche des Deckels ist ein Ansatz für einen Manipulator vorgesehen. Die durch die eine Knickstelle in ihrer Länge reduzierten Brennstäbe sind in U-Form gebracht worden. Beim Packen der Brennstäbe können diese schichtweise in der in den Figuren 6a u. 6b gezeigten Weise gepackt werden. Die Verformungselemente 22 der einzelnen Schichten liegen jeweils auf einer Seite der Schicht, während die geradlinigen Teilstücke 4'u.4" der einen Schicht die Teilstücke der anderen Schicht in der aus der Figur 6 ablesbaren Weise berühren, wobei die karo-förmigen Zwickel zwischen den Rohrstücken verbleiben, die jedoch im Vergleich zu dem Volumen der Umhüllungsrohre einen sehr kleinen Totraum darstellen.FIG. 6a shows three sheathing tubes of the embodiment according to FIG. 4, each deformed by a kink. The free ends of the two sections 4'u.4 '' are each closed by a closure cover 26 which is connected gas-tight to the associated section, for example welded . An attachment for a manipulator is provided on the free end face of the cover. The fuel rods reduced in length by the one kink have been brought into a U-shape. When packing the fuel rods, they can be layered in the layers shown in FIGS. 6b can be packed. The deformation elements 22 of the individual layers each lie on one side of the layer, while the straight-line sections 4'u.4 "of one layer touch the sections of the other layer in the manner shown in FIG. 6, the checkered gussets remaining between the pipe sections, which, however, represent a very small dead space compared to the volume of the cladding tubes.

In den Figuren 7a und 7b wird eine Lageranordnung beschrieben, wie sie mit einfach geknickten Brennstäben gemäß Figur 2 erreichbar ist. Wie aus dem Schnitt gemäß Figur 7b ersichtlich ist, wird eine im Schnitt hexagonale Packungsdichte erreicht. Die Zwickel sind nur noch dreieckförmig. Auch bei dieser Anordnung liegen die Verformungselemente einer Schicht auf ein und derselben Seite der Schicht.A bearing arrangement is described in FIGS. 7a and 7b, as can be achieved with simply bent fuel rods according to FIG. 2. As can be seen from the section according to FIG. 7b, a packing density which is hexagonal in section is achieved. The gussets are only triangular. In this arrangement too, the deformation elements of a layer lie on one and the same side of the layer.

In der Figur 8a ist die Seitenansicht eines zweifach geknickten Umhüllungsrohrs 4 gemäß Figur 2 dargestellt. In dem Umhüllungsrohr sind also zwei Verformungselemente 9 eingeschweißt, so daß dieses aus den Teilstücken 4',4''u.4''' besteht. Die Verformungselemente 9 sind jeweils so gewalzt worden, daß die Knickrichtungen nicht identisch sind, sondern so ausgerichtet sind, daß beim Knicken die aus der Figur 8b ablesbare Konfiguration erreichbar ist, bei der die Schnittpunkte der Achsen der drei Teilstücke 4', 4''u.4''' mit einer zu ihnen senkrechten Ebene im wesentlichen ein gleichseitiges Dreieck definieren. Mit so geknickten Brennstäben kann ebenfalls eine im wesentlichen hexagonale Packungskonfiguration erreicht werden.FIG. 8a shows the side view of a double-bent jacket tube 4 according to FIG. 2. Two deformation elements 9 are therefore welded into the sheathing tube, so that it consists of the sections 4 ', 4' 'and 4' ''. The deformation elements 9 have each been rolled such that the directions of buckling are not identical, but rather are oriented so that when buckling the configuration shown in FIG .4 '' 'essentially define an equilateral triangle with a plane perpendicular to them. An essentially hexagonal packing configuration can also be achieved with fuel rods bent in this way.

Die Figur 9 zeigt ein zweifach geknicktes Umhüllungsrohr, in das zwei Verformungselemente 9 gemäß Figur 2 eingeschaltet sind. Die Verformungselemente 9 sind so gewalzt, daß die aus der Figur 9b ablesbare Lageranordnung erreichbar ist, bei der die geknickten Brennstäbe kreisringartig angeordnet werden können. In dem innerhalb der aus solchen geknickten Brennelementen aufgebauten Kreisringen verbleibenden zylinderartigen Freiraum können z.B. Stäbe eingebracht werden, die gemäß Figur 8 geknickt sind, so daß auch hier eine im wesentlichen hexagonale Packungsdichte erreichbar ist.FIG. 9 shows a double-folded envelope tion tube, in which two deformation elements 9 according to FIG. 2 are switched on. The deformation elements 9 are rolled in such a way that the bearing arrangement shown in FIG. 9b can be reached, in which the bent fuel rods can be arranged like a ring. In the cylinder-like free space remaining within the circular rings constructed from such bent fuel elements, rods can be introduced, for example, which are bent according to FIG. 8, so that an essentially hexagonal packing density can also be achieved here.

Die in den Figuren 6-9 dargestellten Lageranordnungen können auch mit den anderen Verformungselementen erreicht werden. Bei Konfigurationen mit mehreren Knickstellen müssen die gesondert oder einstückig ausgebildeten Verformungselemente mit vorgeprägter Knickrichtung natürlich in vorgegebener Weise beim Aufbringen auf das Umschließungsrohr, beim Einschalten in das Umschließungsrohr oder beim Ausbilden im Umhüllungsrohr ausgerichtet werden. Bei Verwendung eines entsprechend dickwandigen und keine vorgeprägte Knickrichtung aufweisenden Verformungselements bzw. Abschnitts im Umhüllungsrohr, braucht eine solche Ausrichtung nicht berücksichtigt zu werden. Jedoch besitzen die Verformungselemente vorzugsweise eine aufgeprägte Knickrichtung.The bearing arrangements shown in FIGS. 6-9 can also be achieved with the other deformation elements. In configurations with several kinks, the separately or integrally formed deformation elements with a pre-embossed kink direction must of course be aligned in a predetermined manner when they are applied to the encasing tube, when they are switched on in the encasing tube or when they are formed in the encasing tube. When using a correspondingly thick-walled deformation element or section in the cladding tube that has no pre-embossed direction of buckling, such an alignment need not be taken into account. However, the deformation elements preferably have an impressed direction of buckling.

Das Knicken der Brennstäbe in einer Umhüllung mit integrierter Knickverformbarkeit ermöglicht die Verpackung der umhüllten Brennstäbe in Behälter derart, daß in dem Behälter im wesentlichen kein Totraum mehr vorhanden ist, da im wesentlichen im Querschnitt senkrecht zu den geradlinig verbleibenden Teilstücken der Brennstäbe eine hexagona-Packungsdichte erzielt werden kann. Auf diese Weise können Keramikbehälter mit kleinen inneren Abmessungen verwendet werden.The kinking of the fuel rods in a sheath with integrated kink deformability enables the wrapped fuel rods to be packaged in containers in such a way that there is essentially no dead space left in the container, since a hexagon-shaped cross section essentially perpendicular to the straight sections of the fuel rods remains. Packing density can be achieved. In this way, ceramic containers with small internal dimensions can be used.

Claims (18)

1) Verfahren zur Längenreduzierung mindestens eines hestrahlten Brennstabs, hei dem der Brennstab zunächst in ein gerades Umschließungsrohr eingebracht und danach zur Reduzierung der Brennstablänge der Brennstab verformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Umschließungsrohr mindestens ein einen Brennstababschnitt vorgegebener Teillänge hülsenartig überdeckendes, gasdicht mit dem Umschließungsrohr verbundenes und unter Verformung gasdicht verbleibendes Verformungselement zugeordent wird und daß der Brennstab in dem durch das Verformungselement bestimmten Verformungsbereich um im wesentlichen 180° geknickt wird, wobei das Verformungselement entsprechend der Knickung verformt wird und das Umschließungsrohr im wesentlichen Teil seiner Länge geradlinig verbleibt.1) Method for reducing the length of at least one exposed fuel rod, ie the fuel rod is first introduced into a straight sheathing tube and then deformed to reduce the fuel rod length of the fuel rod, characterized in that the sheathing tube covers at least one part-length of a predetermined length of fuel rod sleeve-like, gas-tight with the sheathing tube connected and remains gas-tight under deformation deformation element to g eordent and that the fuel rod is bent in the deformation region determined by the deformation element by essentially 180 °, the deformation element being deformed in accordance with the kink and the enclosing tube remains rectilinear for part of its length. 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstab vor dem Knicken zumindest teilweise zerteilt wird.2) Method according to claim 1, characterized in that the fuel rod is at least partially divided before kinking. 3) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstab beim Knicken zerteilt wird.3) Method according to claim 1, characterized in that the fuel rod is broken up when buckling. 4) Verfahren nach Anspruch ] oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verformungselement und der Brennstab vor dem Knicken im Verformungshereich abgeflacht wird.4) Method according to claim] or 2, characterized in that the deformation element and the fuel rod is flattened before buckling in the deformation area. 5) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschließungsrohr über im wesentlichen seine gesamte Länge mit einer konstanten und eine gasdichte Knickverformung sichernde Querschnittskonfiguration ausgelegt wird und der Brennstab und das Umhüllungsrohr in einen als Verformungselement dienenden, vorbestimmten Längenabschnitt geknickt werden.5) Method according to one of claims 1-4, characterized in that the enclosing tube is designed over substantially its entire length with a constant and a gas-tight buckling ensuring cross-sectional configuration and the fuel rod and the wrapping tube are bent into a predetermined length section serving as a deformation element . 6) Umhüllung für mindestens einen bestrahlten Brennstab mit einem den Brennstab umschließenden Umschließungsrohr zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Umschließungsrohr (4) mindestens ein Verformungselement (5;9;13;18;23) zugeordnet ist, das einen Brennstabebschnitt vorgegebener Teillänge hülsenartig überdeckt, gasdicht (7,16) mit dem Umschließungsrohr (4) verbunden ist und bei Knickung des Brennstabs gasdicht verbleibt.6) Cladding for at least one irradiated fuel rod with a surrounding tube surrounding the fuel rod for carrying out the method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the surrounding tube (4) is assigned at least one deformation element (5; 9; 13; 18; 23) is that covers a section of the fuel rod of a given partial length in a sleeve-like manner, is gas-tight (7, 16) connected to the surrounding tube (4) and remains gas-tight when the fuel rod is bent. 7) Umhüllung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verformungselement (5) auf das Umschließungsrohr (4) aufgeschoben und gasdicht mit diesen verbunden ist.7) Enclosure according to claim 6, characterized in that the deformation element (5) on the enclosing tube (4) is pushed and gas-tightly connected thereto. 8) Umhüllung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verformungselement (9;13;17;23) zwischen Teilstücken (4'/4'') des Umschließungsrohres (4) angeordnet und gasdicht mit den zugewandten Enden der beiden Teilstücke des Umschli rohres verbunden ist.8) Enclosure according to claim 6, characterized in that the deformation element (9; 13; 17; 23) between sections (4 '/ 4'') of the enclosing tube (4) and gas-tight with the facing ends of the two sections of the envelope tube is connected. 9) Unhüllung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfornungsplenent einstückig mit dem Urhüllungsrohr ausgebildet ist.9) casing according to claim 6, characterized in that the Verlenungsplenent is integrally formed with the original cladding tube. lo) Umhüllung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verformungselement (5;9) aus einem plastisch verformbaren, zähen Werkstoff hergestellt ist.lo) Enclosure according to one of claims 6 to 9, characterized in that the deformation element (5; 9) is made of a plastically deformable, tough material. 11) Umhüllung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Verformungselements (5;9;13;17;23) im wesentlichen längs der gesamten axialen Lange des hülsenartigen Verformungselements von der Kreisform abweicht.11) Covering according to one of claims 6 to 9, characterized in that the cross section of the deformation element (5; 9; 13; 17; 23) deviates from the circular shape substantially along the entire axial length of the sleeve-like deformation element. 12) Umhüllung nach Anspruch 6 bis lo, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verformungselement und dem Brennstab (1) mindestens eine Stützplatte (11,12) angeordnet ist.12) Covering according to claim 6 to lo, characterized in that at least one support plate (11, 12) is arranged between the deformation element and the fuel rod (1). 13) Umhüllung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Verformungselement (5) im Bereich größerer Materialstreckung eine größere Wandstärke als im Bereich kleinerer Materialstreckung aufweist.13) Covering according to one of claims 6 to 12, characterized in that the deformation element (5) has a greater wall thickness in the region of greater material stretch than in the region of smaller material stretch. 14) Umhüllung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Verformungselement eine über seine Länge konstante, eine gasdichte Knickverformung sichernde Querschnittskonfiguration aufweist und die Querschnittskonfiguration des Umhüllungsrohres gleich der des Verformungs-elements ist.14) A wrapper according to any one of claims 6 to 12, characterized in that the deformation element constant over its length, having a gas-tight buckling deformation securing cross-sectional configuration and the cross-sectional configuration of said sheath tube is equal to that of Verformun g s-elements. 15) Umhüllung nach einen der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daβ das verformungselement (5) im Bereich gröβerer Materialstreckung von der Achse des Brennstahs unter Ausbildung eines Fohlraums (6) nach außen gewölbt ist.15) casing according to one of claims 6 to 13, characterized in that the deformation element (5) is curved outwards in the region of greater material stretching from the axis of the fuel steel to form a cavity (6). 16) Umhüllung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verformungselement (13;17;23) zumindest teilweise elastisch verformbar ist.16) Covering according to one of claims 6 to 9, characterized in that the deformation element (13; 17; 23) is at least partially elastically deformable. 17) Umhüllung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Verformungselement (13) aus einer ein- oder mehrteiligen Hülse (14;18,19) und einen mit der Hülse gasdicht verbundenen und die Sollbruchstelle umschließenden Kompensator (15;22) besteht.17) Covering according to claim 16, characterized in that the deformation element (13) consists of a one-part or multi-part sleeve (14; 18, 19) and a gas-tightly connected to the sleeve and enclosing the predetermined breaking point compensator (15; 22). 18) Anordnung zur Aufnahme mindestens eines abgebrannten Brennstabs mit einem Pehälter einschließlich einer Ausnehmung zur Aufnahme des in eine Umhüllung eingebrachten Brennstabs, dadurch gekennzeichnet, daß in den Behälter ein im Umhüllungsrohr geknickter Brennstab eingebracht ist.18) Arrangement for receiving at least one burned-off fuel rod with a container including a recess for receiving the fuel rod introduced into a casing, characterized in that a fuel rod bent in the casing tube is introduced into the container.
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Elektrotechnik, Jahrgang 60, No. 4, Februar 1978 "Fortschritte bei der Kapselung von Kernbrennstoffabfall" * figur 1 * *

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