NO750406L - - Google Patents

Description

Kjernebrenselelement og fremgangsmåte ved fremstilling derav

Oppfinnelsen angår kjernebrenselementer for anvendelse

i kjernen i fisjonskjernereaktorer og mer spesielt kjernebrenselelementer med en foring av ildfast metall i brenselelementet mellom hylsen og kjernebrenslet.

Kjernereaktorer blir for tiden konstruert, bygget opp og drevet med kjernebrenslet i brenselelementer som kan Jaa forskjellige geometriske former, som plater, ror eller stenger. Brenselmaterialet er som regel innesluttet i en korrosjonsmot-

'standsdyktig, ureaktiv, varmeledende beholder eller hylse.

v Elementene anbringes sammen i et gitter med fast avstand fra hverandre i en kanal eller et område for gjennomstrømning av kjolemiddel under dannelse av en brenselmontasje, og et tilstrekkelig antall brenselmontasjer kombineres til en montasje for fisjonskjedereaksjonen eller til en reaktorkjerne hvori en fisjonsreaksjon opprettholdes av seg selv. Kjernen er på sin side innelukket i et reaktorkar som gjennornstrommes av et kjolemiddeloHylsen tjener to hovedformål. For det forste skal den hindre kontakt og kjemiske omsetninger mellom kjernebrenslet og kjolemidlet eller moderatoren dersom en slik er tilstede, og for det annet skal den hindre at radioaktive fisjonsprodukter, hvorav enkelte er gasser, avgis fra brenslet, til kjolemidlet eller

moderatoren0 Vanlige hylsematerialer er rustfritt stål, aluminium og alurniniumlegeringer , zirkonium og zirkoniumlegeringer, niobium og visse magnesiumlegeringer. Hvis hylsen svikter,dvscat den ikke lenger er lekkasjetett, kan kjolemidlet eller moderatoren og de tilknyttede systemer forurenses så sterkt av radioaktive produkter med lang halveringstid at det innvirker uheldig på driften av anlegget0

Problemer har oppstått ved fremstillingen og ved bruken av kjernebrenselelementer hvori anvendes visse metaller og legeringer som hylsemateriale, på grunn av at disse under visse om- stendigheter utsettes for mekaniske eller kjemiske reaksjoner. Under normale forhold er zirkonium og zirkoniumlegeringer utmerkede materialer for kjernebrenselhylser da de har et lavt tverrsnitt for noytronabsorpsjon og ved teraper-a-turer under ca. 315°C er sterke, duktile, meget stabile og ureaktive i nærvær av avmineralisert vann eller vanndamp som er vanlig anvendt som kjolemidler og moderatorer i reaktorer. Inne i et lukket brenselelement kan imidlertid den hydrogengass som utvikles på grunn av en langsom omsetning mellom hylsen og restvann inne i hylsen, gå opp til slike mengder som under visse betingelser kan fore til en lokal hydratisering av legeringen med derav folgende lokal forringelse av hylsens mekaniske egenskaper. Hylsen påvirkes også uheldig av slike gasser som oxygen, nitro-gen, carbonmonoxyd og carbondioxyd innen et bredt temperatur-område. Brenselelementer har også fort til problemer på grunn av oppsplitting av hylsen som folge av innbyrdes påvirkning mellom.kjernebrenslet, hylsen og fisjonsproduktene som dannes under kjernefisjonsreaksjoner.

Zirkoniumhylsen for et kjernebrenselelement utsettes for én eller flere av de ovennevnte gasser og for fisjonsprodukter under bestråling i en kjernereaktor, og dette forekommer til tross for den kjensgjerning at disse gasser ikke behaver å være tilstede i kjolemidlet eller moderatoren for reaktoren og ' dessuten kan ha vært utelukket så langt som mulig fra den om-givende atmosfære ved fremstillingen av hylsen og brenselelementet. Sintrede ildfaste og keramiske materialer, som urandioxyd og andre materialer som anvendes som kjernebrensel, avgir målbare mengder av de ovennevnte gasser ved oppvarming, som under fremstilling av brenselelementene og spesielt under bestråling. Partikkelformige ildfaste og keramiske materialer, som urandioxydpulver og andre pulvere som anvendes som kjernebrensel, avgir ennu storre mengder av de ovennevnte gasser under bestråling. Disse avgitte gasser kan reagere med zirkoniumhylsen som omgir kjernebrensletcDenne reaksjon kan fore til at hylsen blir spro, hvorved brenselelementets struktur-messige helhet kommer i fare. Selv om vann og vanndamp ikke behover å reagere direkte for å fore til dette resultat, vil vanndamp ved hoy temperatur reagere med zirkonium og zirkoniumlegeringer under dannelse av hydrogen, og denne gass reagerer videre lokalt med zirkoniumet og zirkoniumlegeringene og forår- saker at disse blir sproe. En avgivelse av disse restgasser inne i det lukkede brenselelement som er omgitt av metallhylsen, oker også det innvendige trykk i elementet og forer derved til ytterligere spenninger under korroderende betingelser. Det er

ganske nylig blitt oppdaget at<x>disse uonskede resultater forsterkes av lokale mekaniske spenninger som skyldes en forskjellig ekspansjon mellom brenslet og hylsen (lokal . spenning ved UC>2-sprekker). Korroderende gasser avgis fra sprekkene i brenslet på det sted hvor lokal spenning forekommer ved grense-flaten mellom brenselsprekkene og hylseoverflaten. Den lokale spenning forsterkes av hby friksjon mellom brenslet og hylsen.

Det har derfor vært onskelig å nedsette til et minimum det angrep som vann, vanndamp og andre gasser, spesielt hydrogen, utover mot hylsen inne i brenselelementet mens dette anvendes i kjernekraftanlegg. En metode for å oppnå dette har vært å komme frem til materialer som kjemisk vil reagere hurtig med vannet, vanndampen og de andre gasser for å fjerne disse fra hylsens indre, og slike materialer betegnes som "getters".

En annen metode har vært å belegge kjernebrenselmaterialet med et keramisk materiale for å hindre at fuktighet skal komme i kontakt med kjernebrenselmaterialet som beskrevet i US patentskrift nr. 3108936. I US patentskrift nr. 3085059 er beskrevet et brenselelement omfattende en metallhylse som inneholder en eller flere pellets av et spaltbart keramisk materiale og et lag av et glassaktig materiale mellom det keramiske materiale og hylsen og som er bundet til de keramiske pellets. Derved oppnås en jevn og god varmeledning fra pelletene til hylsen.

I US patentskrift nr. 2873238 er beskrevet- med kappe forsynte spaltbare plugger av uran som er anbragt i en metallhylse, idet de beskyttende kapper eller tildekninger for pluggene utgjores av et bindelag av sink./aluminium0I US patentskrift nr.28<1>+938? er beskrevet en med kappe forsynt spaltbar gjenstand omfattende en rekke med kapper forsynte gjenstandsseksjoner med åpne ender av kjernebrensel som er blitt neddyppet i et smeltet bad av

et bindemateriale som gir en effektiv varmeledende binding mellom urangjenstandseksjonene og beholderen (eller hylsen). Belegget er angitt å kunne bestå av en hvilken som helst metall-legering med god varmeledningsevne, og som eksempler på slike legeringer er nevnt aluminium/silicium- og sink/aluminium-leger■-r'1

inger.I japansk patentsoknad nr. SHO h7- h6559 er beskrevet en fremgangsmåte hvor adskilte kjernebrenselpartikler kompakteres til et carbonholdig grunnmassebrensel ved at brenselpartiklene forsynes med et glatt carbonholdig belegg med hoy egenvekt.

En annen metode for belegning av pellets er beskrevet i japansk patentsoknad nr. SHO )+7-1^200, hvor den ene av to grupper pellets belegges med et siliciumcarbidlag og den annen gruppe med et lag av pyrogent fremstilt carbon eller metallcarbid.

Belegning av kjernebrenselmaterialer byr på problemer hva gjelder kjernebrenselmaterialets pålitelighet fordi det er vanskelig å oppnå jevne feilfrie belegg. Dessuten kan en ned-brytning av belegget by på problemer under langvarig bruk av kjernebrenselmaterialet.

Det er også blitt forsokt å innsette en sperre- eller metallforing mellom kjernebrenselmaterialet og hylsen med kjernebrenselmaterialet, som beskrevet i US patentskrift nr. 3230150 (kobberfolie), tysk utlegningsskrift nr. 1238115 (titanlag), US patentskrift nr. 3212988 (ark av zirkonium, aluminium eller beryllium), US patentskrift nr. 3018238 (sperreskikt av krystallinsk carbon mellom UO2og zirkoniumhylsen) og U& patentskrift nr. 3088893 (folie av rustfritt stål). Selv om sperreskiktsanordningen er lovende, anvendes ifolge flere av de ovennevnte publikasjoner materialer som er ufor-enelige med kjernebrenslet (f.eks. carbon kan reagere med oxygenet i kjernebrenslet) eller med hylsen (f.eks. kobber og andre metaller eller carbon kan diffundere inn i hylsen og forandre dennes egenskaper) eller med kjernefisjonsreaksjonen (fceks. ved at de.virker som noytronabsorbatorer).

Det fremgår av den ovenstående omtale av teknikkens stand at det foreligger et behov for et brenselelement med en avstand mellom kjernebrenslet og hylsen som byr på beskyttelse ved at (1) den gjensidige mekaniske påvirkning' mellom hylsen og kjernebrenslet på grunn av svelling eller ekspansjon av brenslet under bruk hemmes, (2) fisjonsprodukter dannet i brenslet iso-leres fra hylsen og (3) de aksiale varmetoppgradienter langs brenselstangens lengde forbedres0

Det har derfor lenge eksistert et behov for å utvikle kjernebrenselelementer som ikke eller bare i meget liten grad er beheftet med de ovennevnte problemerc

Det har nu overraskende vist seg at en foring av et ildfast metall kan innfores i et kjernebrenselelement i rommet mellom kjernebrenslet og hylsen under erholdelse av det uventede resultat at brenselelementet på en effektiv måte beskyttes mot den innbyrdes mekaniske påvirkning mellom kjernebrenslet og hylsen, at fisjonsproduktene dannet fra kjernebrenslet hindres fra å komme i kontakt med hylsen, og at den aksiale varmetoppgradient langs brenselelementet forbedres,,

Oppfinnelsen angår således et kjernebrenselement som er særpreget ved at det omfatter en lang beholder, et kjernebrenselmateriale som er anordnet i og delvis fyller beholderen under dannelse av et innvendig hulrom ved beholderens ene ende og et innvendig rom mellom brenselmaterialet og beholderen, en foring av et ildfast metall som er anordnet i det innvendige rom mellom kjernebrenselmaterialet og beholderen og som delvis fyller det innvendige rom, en avstengningsdel som er integrerende festet til og forsegler hver av beholderens ender, og en spiralformig del anordnet i det innvendige hulrom.

Firingen av det ildfaste metall kan innfores i brenselelementet på forskjellige måter, som ved avsetning av en film fra dampfase på hylsens innvendige overflate, i form av et hult sylindrisk ror .som omgir kjernebrenslet, eller som et enkelt eller dobbelt folieomslag rundt kjernebrenslet. De ifolge oppfinnelsen anvendbare ildfaste metaller omfatter molybden, wolfram, rhenium, niobium og legeringer derav.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet under henvisning

til tegningene. Av disse viser

Fig. 1 et oppriss, delvis i snitt, av en kjernebrensel-montasje inneholdende kjernebrenselelementer ifolge oppfinnelsen, Fig02 et oppriss, delvis i snitt, av en kjernebrenselstang hvorav en del er vist avdekket for å tydeliggjore an-bringelsen av foringen av det ildfaste metall, Fig. 3 et tverrsnitt i forstorret målestokk gjennom et kjernebrenselelement som inneholder en foring av et ildfast metall i form av et hult, sylindrisk ror anordnet i rommet mellom kjernebrenslet og hylsen, Fig. h- et tverrsnitt i forstorret målestokk gjennom et kjernebrenselelement som inneholder en foring av et ildfast metall i form av et enkelt omslag av folie rundt kjernebrenslet

o

og slik at det forekommer en overlapping ved skjoten mellom foliens ender,

Fig. 5 en del av et tverrsnitt i forstorret målestokk gjennom et kjernebrenselelement som inneholderen foring av et ildfast metall i form av et dobbelt omslag av folie som om-

gir kjernebrenslet og slik at det forekommer en overlapping ved skjoten mellom foliens ender,

Fig. 6 et tverrsnitt i forstorret målestokk gjennom kjernebrenselelementet ifolge Fig. h og inneholdende en sveiset foring av ildfast metall i form av et enkelt omslag av folie som omgir kjernebrenslet og slik at foliens ender er forbundet med hverandre ved hjelp av en sveisesom, Fig. 7 en del av et tverrsnitt i forstorret målestokk gjennom et kjernebrenselelement som inneholder en foring av et ildfast metall i form av et dobbelt omslag av folie som omgir kjernebrenslet og slik at foliens ende er forbundet med folien ved hjelp av en sveisesom, og Fig. 8 et tverrsnitt i forstorret målestokk gjennom et kjernebrenselement som inneholder et sperreskikt av ildfast metall i form av et belegg'på hylsens innvendige overflate og som tjener som fysikalsk sperreskikt for å hindre at fisjonsprodukter fra'kjernebrenslet kommer i kontakt med hylsen.

På Figo1 er vist et delvis snitt gjennom en kjernebrensel-montasje 10. Denne brenselmontasje består av en rorforming gjen-nomstrømning skanal 11 som har i det vesentlige et kvadratisk tverrsnitt og som ved sin ovre ende er forsynt med en lofteboyle 12 og ved sin nedre ende med et nesestykke (ikke vist da den nedre del av montasjen 10 er sloyfet). Kanalens 11 ovre ende er åpen ved 13, og ne se stykkets nedre .ende er forsynt med åpninger for gjennom-strømning av kjplemidlet0En rekke brenselelementer lh er anordnet i kanal/og holdes på plass i denne ved hjelp av en ovre endeplate 15 og en nedre endeplate (ikke vist på grunn'av at den nedre del av brenselelementmontasjen 10 er sloyfet). Det flytende kjolemiddel kommer vanligvis inn gjennom åpningene i nesestykkets nedre ende, strommer oppad rundt brenselelementet lh og fjernes gjennom et ovre utlop 13 i delvis fordampet tilstand i forbindelse med kokende reaktorer eller i ufordampet tilstand i forbindelse med trykkreaktorer.

På Fig. 2 er vist et oppriss, delvis i snitt, av et kjernebrenselelement eller en kjernebrenselstang 1^-. Brenselelementet

o

omfatter et brenselmateriale 16 som her er vist som en rekke brenselpellets av et spaltbart og/eller fertilt materiale som er anordnet i en hylse eller beholder 17. I enkelte tilfeller kan brenselpelletene ha forskjellig form, som sylindriske pellets eller kuler, og i andre tilfeller kan forskjellige brenselformer, som partikkelformig brensel, anvendes,, Brenslets fysikalske form er uten betydning for oppfinnelsen. Forskjellige kjernebrenselmaterialer kan anvendes, omfattende uranforbindelser, plutoniumforbindelser, thoriumforbindelser eller blandinger deravDEt foretrukket brensel er urandioxyd eller en blanding inneholdende urandioxyd og plutoniumdioxyd0Beholderen er lukket ved sine ender ved hjelp av plugger 18 som kan omfatte stusser 19 for at brenselstangen lettere skal kunne holdes på plass i montasjen,,

Et tomrom eller fellesrom 20 forekommer ved den ene ende av brenselelementet for at brenselmaterialet skal kunne utvide seg i lengderetningen og for å samle opp gasser som avgis fra brenselmaterialet. Et spiralformig element 21 som hviler på topplaten 9, er anordnet i rommet 20 og tjener til å holde brenslet på plass under håndtering og transport'av brenselelementene. Hylsen 17 er festet til pluggene 18 ved hjelp av sveisesommer 22 langs sin omkrets.

Dette brenselelement gir en utmerket varmekontakt mellom hylsen og brenselmaterialet, en minimal parasittisk noytronabsorpsjon og god motstandsdyktighet overfor boyninger og vibreringer som av og til oppstår på grunn av kjolemidlet som strommer med hoy hastighet.

På Figc 2 er vist at en foring av et ildfast metall eller et sperreskikt 23 er anordnet slik at det omgir kjernebrenselmaterialet 16 og strekker seg langs hele lengden av soylen av kjernebrenselmaterialet 16 fra topplaten 9 til bunnpluggen0

På Fig. 3 er vist et tverrsnitt i forstorret målestokk gjennom et kjernebrenselelement inneholdende en foring 23 av et ildfast metall i form av et hult, sylindrisk ror som er anordnet i rommet mellom kjernebrenselmaterialet 2h og hylsen 25. Kjernebrenselmaterialet 2h kan typisk utgjores av et stort antall sylindriske pellets som er anbragt ende mot ende slik at de danner en soyle. Hylsen 25 kan typisk bestå av en zirkoniumlegering og er ved sine ender stengt ved hjelp av plugger som kan omfatte

• stusser, som nevnt ovenfor. Foringen 23 kan bestå av et av de ildfaste metaller molybden, wolfram, rhenium, niobium eller

legeringer derav. Foringen 23 er ugjennomtrengbar for spaltningsprodukter og gasser avgitt av brenselraaterialet 2<*>+, og selv om foringens ender kan stenges med en hette, foretrekkes det at foringens ender er åpne da en minimal mengde spaltningsprodukter og reaktive gasser fra brenselmaterialet vil passere rundt foringens ender og komme i kontakt med hylsen, og det er mer sann-syling at de gassformige materialer, omfattende gassformige spaltningsprodukter, vil finne frem til fellesområdet i kjerne-brenselelem£in.tet0Foringens tykkelse skal være tilstrekkelig til . at den vil motstå de belastninger som oppstår ved montering av brenslet, og de gasstrykk som forekommer under drift av kjerne-reaktoren, og en foretrukken tykkelse for foringen er 0,0127-0,30^+8 mm0Brenselelementet monteres ved forst å anbringe foringen i hylsen som ved sin ene ende er stengt med en plugg som er festet til hylsen, f.eks0 med en sveisesom, mens hylsens annen ende er åpen. Brenselmaterialet foreligger fortrinnsvis i form av sylindriske pellets, og disse fylles på innsiden av foringen. ;Et spiralformig element anbringes derefter inne i hylsen, f.eks.;på en topplate som hviler på den over ste pellet, og hylsens annen ende stenges med en plugg 18. Ifolge en foretrukken utforelsesform evakueres hylsen og fylles med en inert gass, som helium. ;I montert tilstand forekommer små avstander mellom brenselmaterialet 2<>>+, foringen 23 og hylsen 25o ;På Fig„ h er v.ist et tverrsnitt i forstorret målestokk gjennom en annen utforelsesform av et kjernebrenselement ifolge oppfinnelsen som inneholder en ildfast foring 27 i form av et enkelt omslag av folie med en overlappende skjot 29 og anordnet i rommet mellom kjernebrenselmaterialet 26 og hylsen 28G Kjernebrenselmaterialet 26 utgjores typisk av en rekke sylindriske pellets som er anbragt ende mot ende slik at de danner en soyle. Hylsen ut-gjor es typisk av en zirkoniumlegering og er ved sine ender steng~t med plugger som kan omfatte stusser, som nevnt ovenfor. Fåringen 27 består av et ildfast metall som nevnt ovenfor i forbindelse med omtalen av Fig. 3, og foringen er ugjennomtrengbar-for spaltningsprodukter og gasser avgitt av brenselmaterialet 26. Montasjen av brenselelementet ligner på den som er beskrevet i forbindelse med ;Fig. 3, og foliens tykkelse er som regel 0,0127-0,0762 mm.;På Fig. 5 er vist en del av et tverrsnitt i forstorret målestokk gjennom en annen utforelsesform av et kjernebrenselelement ifolge oppfinnelsen som inneholder en ildfast foring 31 i form av et dobbelt omslag av folie med en overlappende skjot 33 og anordnet i rommet mellom kjernebrenselmaterialet 30 og hylsen 32. Kjernebrenselmaterialet utgjores typisk av en rekke sylindriske pellets som er anbragt ende mot ende slik at de danner en soyle. Hylsen, foringen og kjernebrenslet består av de'samme materialer som er nevnt ovenfor i .forbindelse med utforelsesformene Ifolge Fig. 1-<*>+. Montasjen av brenselelementet ligner på den ovennevnte montasje, og foringen er ugjennomtrengbar for spaltningsprodukter og reaktive gasser avgitt fra kjernebrenselmaterialet.

På Fig. 6 er vist kjernebrenselementet ifolge Fig. h, og

for Fig. 6 er de samme henvisningstall for de samme bestanddeler benyttet som for Fig. h9og det fremgår av Fig. 6 at ved hjelp av en sveisesom 3'+ festes den ildfaste metallforings 27 ender. Derved fås en ugjennomtrengbar forsegling langs hele foringen av det ildfaste metall.

På Fig. 7 er vist en lignende sveisesom 35 for kjernebrenselelementet ifolge Fig. 5, idet de samme, .henvisningstall er anvendt for Fig. 7 for å betegne de samme bestanddeler som for Fig. 5. Sveisesommen 35 anvendes for å feste enden av f3ringen 31 av ildfast metall til resten av foringen. Derved fås en ugjennomtrengbar forsegling langs hele foringen av ildfast metall.

På Fig0 8 er vist en annen utforelsesform hvor en foring eller et sperreskikt i form av et belegg 37 av et ildfast metall kleber til og dekker hylsens 38 innvendige overflate slik at det dannes en barriere overfor spaltningsprodukter fra kjernebrensel-. materialet 36 og slik at disse ikke kan komme i kontakt med hylsen 380 Belegget 37 påfores hylsen 38 tilstrekkelig tidlig for brenselstangen monteres slik at hylsen da vil ha værelsetemperatur0Derefter fylles brenselmaterialet som typisk består av pellets, i hylsen, fulgt av innforingen av et spiralformig element, hvorefter roret fylles med inert gass og endepluggene sveises til hylsen. Det ildfaste metallbeleggs sammensetning er som angitt ovenfor, og beleggets tykkelse er 0,0127-0,0381 mm. Derved fås et belegg som er ugjennomtrengbart for reaktive gasser og fisjonsprodukter.

Monteringen eller innforingen av foringen av det ildfaste metall eller sperreskiktet av det ildfaste metall utfores som folger0Når foringen åv det ildfaste metall foreligger som et hult, sylindrisk ror, som vist på Figc3, er dette vanligvis et ekstrudert rorcDet kan også være dannet fra en plate ved hjelp av sveising med laserstråle eller ultralyd. Når et enkelt eller dobbelt omslag av folle anvendes som foring, monteres foringen av det ildfaste metall ved at folien slåes rundt en dor, som en metalldor, hvorefter doren fjernes. Endene klemmes eller trykkbrettes på plassoDet anvendes en slik dor at det vil fås en avstand rundt kjernebrenselmaterialet for at dette lettere skal kunne ifylles efter at foringen er blitt innfort i hylsen. Derved sikres at'

den enkelt eller dobbelt omslåtte folie vil stå rett i hylsen og gi en jevn åpning for mottagelse av kjernebrenselmaterialet. Foringen av det ildfaste metall eller sperreskiktet irfbrm av et belegg påfores på hylsens innvendige overflate ved avsetning fra dampfase inntil det fås et belegg som regel med en tykkelse på 0,0127-0,0381 mm. Ifolge en utforelsesform kan avsetningen fra dampfase utfores ved at det ildfaste metall innfores i form av en gassformig forbindelse (f.eks. WFg eller MoF^) i hylsen som er omgitt av en induksjonsoppvarmningsanordning slik at den vil opp-varmes .til en tilstrekkelig temperatur til at et belegg av det ildfaste metall vil avsettes på innsiden av hylsen.

Kjernebrenselmaterialet i form av pellets av små, rette sylindre ifylles ved å anvende et brett med et spor hvori sylindrene av brenselmaterialet er anbragt. Sporet bringes på linje med åpnin-gen av hylsen som inneholder sperreskiktet, foringen eller belegget av ildfast metall, hvorefter pelletene fylles i hylsen.

Disse brenselelementer har en avstand mellom kjernebrenselmaterialet og foringen av ildfast metall. Dessuten foreligger det, med unntagelse av for belegget vist på Fig. 8, en avstand mellom hylsen og foringen av det ildfaste metall.

Foringene eller sperreskiktene av det ildfaste metall hindrer en innbyrdes mekanisk påvirkning mellom kjernebrenselmaterialetog hylsen, og dessuten bringes påkjenningen som sperreskiktet utsettes for, ned til et minimum på grunn av den avstand som opp-rinnelig er tilstede mellom brenselmaterialet og foringen. Denne minsker på sin side sterkt kontakten mellom reaktive gasser og spaltningsprodukter fra kjernebrenselmaterialet med hylsen og for-bedrer den aksiale varmetoppgradient langs brenselstaven. Da de ifolge oppfinnelsen anvendte ildfaste metallers varmeledningsevne er stbrre enn hylsens som f.eks»består av zirkonium, zirkoniumlegeringer eller rustfritt stål, vil enhver varmetopp som skyldes en varmestromtopp, reduseres. Foringen av ildfast metall senker enhver varmekonsentrasjon i kjernebrenselelementet til et minimum på grunn av foringens utmerkede varmeledningsevne.

Det foretrekkes ifolge oppfinnelsen å anvende molybden og molybdenlegeringer som ildfaste metaller på grunn av at de har et hoyt smeltepunkt (fceks. 26l5°C for molybden) som på sin side er utslagsgivende for den manglende diffundering av foringsmetallet inn i hylsen. Dessuten har molybden og molybdenlegeringer en varmeekspansjonskoeffisient som er meget nær varmeekspansjons-koeffisienten for det foretrukne hylsemetall, dvs. "Zircaloy"-legeringene. Dessuten har molybden og molybdenlegeringer god mot-standsevne overfor spaltningsprodukter, som cesium. Som nevnt ovenfor har dessuten molybden og molybdenlegeringer en hoy varmeledningsevne slik at det ikke vil dannes et vesentlig varmesperre-skikt i kjernebrenselelementet.

Eksempel

Flere sylindriske kjernebrenselelementer inneholdende for-inger av molybden ble fremstilt for anvendelse i en provereaktor„ Molybdenforingene var enkeltomslag av molybdenfolie med en overlapping på 3,17-6,35 mm. Brenselelementene hadde en lengde på ca. 10^+ cm, og lengden av de sylindriske soyler av kjernebrensel i brenselelementene var ca. 91 cm, og 76 cm av kjernebrenselsoylen besto av anriket kjenrebrensel. Med unntagelse av det sted hvor folien overlappet, hadde molybdenforingen en tykkelse på' ca. 0,0127 mm. Zirkoniumhylsen rundt brenselelementene hadde en utvendig diameter på caD1^,3 mm, og hylsens tykkelse var .ca. 8,1 mm. Molybdenforingens innvendige diameter var ca. 12,7 mm, og diameteren for de sylindriske kjernebrenselpellets var cac 12,^4- mm0

De sammenstilte brenselelementer ble fylt i en provekjernereaktor, og undersøkelsen av brenselelementene forlop gunstigc

Claims (1)

1„ Kjernebrenselelement, karakterisert ved at det omfatter en lang hylsebeholder, et kjernebrenselmateriale anordnet i og slik at det delvis fyller beholderen under dannelse av et innvendig hulrom ved beholderens ene ende og slik at brenselmaterialet befinner seg i avstand fra hylsen, en foring av ildfast metall anordnet i det innvendige rom mellom kjernebrenselmaterialet og hylsebeholderen slik at det delvis fyller dette innvendige rom, en avstengningsanordning som er integrerende festet til og forseglet ved hver ende av beholderen, og et spiralformig element anordnet i det innvendige hulrom.

2C Kjernebrenselelement ifolge krav 1, karakterisert ved at f <y> ringen av ildfast metall består av molybden, wolfram, rhenium, niob eller legeringer derav.

3. Kjernebrenselelement ifolge krav 1 eller 2, karakterisert ved at foringen av ildfast metall består av molybden eller en molybdenlegering.

h. Kjernebrenselelement ifolge krav 1-3, karakterisert ved at hylsebeholderen består av zirkonium, zirkoniumlegeringer, rustfritt stål, aluminium eller aluminiumlegeringer.

5„ Kjernebrenselelement ifolge krav 1- <*> +, karakterisert ved at kjernebrenselmaterialet består av uranforbindelser, plutoniumforbindelser, thoriumforbindelser eller blandinger derav.

6. Kjernebrenselelement ifolge krav 1-5, karakterisert ved at kjernebrenselmaterialet 'består av urandioxyd.

7. Kjernebrenselelement ifolge krav 1-5, karakterisert ved at kjernebrenselmaterialet består av en blanding av urandioxyd og plutoniumdioxyd.

80 Kjernebrenselelement ifolge krav 1-7, karakterisert ved at foringen av ildfast metall består av et belegg avsatt på hylsebeholderens innvendige overflate.

9. Kjernebrenselelement ifolge krav 1-7, karakterisert ved at foringen av ildfast metall består av et hult sylindrisk ror som er anordnet i det innvendige rom mellom kjernebrenselmaterialet og hylsebeholderen0

10. Kjernebrenselelement ifolge krav 1-7, karakterisert ved at foringen av ildfast metall består av et ark som er slik bbyet at det danner et hult, sylindrisk ror.

110 Kjernebrenselelement ifolge krav 10, karakterisert ved at foringen av ildfast metall består av et boyet ark med to lag.

12. Kjernebrenselelement ifolge krav 10 eller 11, karakterisert ved at det boyde ark er sveiset.

13. Fremgangsmåte ved fremstilling av et kjernebrenselelement ifolge krav 1, karakterisert ved at

(a) en foring av et ildfast metall innfores i hylsebeholderen som er åpen i sin ene ende,

(b) et kjernebrenselmateriale innfores i hylsebeholderen slik at det skilles fra hylsebeholderen ved hjelp av foringen av ildfast metall,

(c) et spiralformig element innfores i hulrommet,

(d) et endeavstengningsstykke påfores på hylsebeholderens ende, og

(e) hylsebeholderens ende bindes til endeavstengningsstykket slik at det fås en tett forsegling mellom dissee

l'+. Fremgangsmåte ifolge krav 13, karakterisert ved at det i hylsebeholderen anordnes en foring av ildfast metall bestående av molybden, wolfram, rhenium, niob eller legeringer derav.

15. Fremgangsmåte ifolge krav 13 .eller 1>+, karakterisert ved at det i hylsebeholderen anordnes en foring av

•ildfast metall bestående av molybden eller en molybdenlegering„ 16. Framgangsmåte ifolge krav 13-15, karakterisert ved at foringen av ildfast metall anordnes i hylsebeholderen ved avsetning på hylsebeholderens innvendige overflate fra dampfase slik' at det bygges opp et belegg av ildfast metall på hylsebeholderens innvendige overflate0

170 Fremgangsmåte ifolge krav 13-15, karakterisert ved at foringen av ildfast metall har form av e.t hult sylindrisk ror.