RU2201628C2 - Method for manufacturing nuclear reactor fuel element - Google Patents

Method for manufacturing nuclear reactor fuel element Download PDF

Info

Publication number
RU2201628C2
RU2201628C2 RU2001115415/06A RU2001115415A RU2201628C2 RU 2201628 C2 RU2201628 C2 RU 2201628C2 RU 2001115415/06 A RU2001115415/06 A RU 2001115415/06A RU 2001115415 A RU2001115415 A RU 2001115415A RU 2201628 C2 RU2201628 C2 RU 2201628C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lead
shell
fuel
fuel rod
pipe
Prior art date
Application number
RU2001115415/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
А.В. Ватулин
В.А. Мишунин
В.Д. Пашков
М.И. Солонин
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А.Бочвара"
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А.Бочвара" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А.Бочвара"
Priority to RU2001115415/06A priority Critical patent/RU2201628C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2201628C2 publication Critical patent/RU2201628C2/en

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

FIELD: nuclear power engineering. SUBSTANCE: method for manufacturing fuel elements for nuclear reactors including liquidmetal-cooled ones involves manufacture of lead tube inserted in fuel element can throughout active length of fuel element. Auxiliary clearance between can and lead tube is taken up by means of drift-pin. Bottom end of can is treated and bottom plug is welded. Ceramic pellets are charged into lead-covered can and locked in position within the latter. Top end of can is treated. Top plug is welded in controlled gas environment and finishing operations are made. EFFECT: enhanced uniformity of lead layer between fuel pile and can; facilitated procedure; simplified design of equipment used. 4 cl

Description

Изобретение относится к ядерной энергетике и может быть использовано для изготовления тепловыделяющих элементов для ядерных реакторов (далее - твэл), в частности для реакторов с жидкометаллическим теплоносителем. Известен твэл ядерного реактора, представляющий собой герметизированную с торцов трубчатую оболочку, внутри которой размещены таблетки ядерного топлива и фиксатор топливного столба [1]. Способ изготовления такого твэла состоит из операций изготовления трубчатой оболочки, герметизации одного из ее торцов, загрузки в оболочку таблеток керамического ядерного топлива, установку в ней фиксатора столба таблеток и герметизации при контролируемой атмосфере второго торца оболочки. Недостатком конструкции такого твэла является наличие газового зазора между стенкой оболочки и боковой поверхностью таблеток. Это повышает тепловое сопротивление твэла, увеличивает температуру топливных таблеток, увеличивает взаимодействие оболочки с ядерным топливом и продуктами его деления и повышает вероятность нарушения герметичности оболочки. Известен твэл ядерного реактора, представляющий собой герметизированную с торцов трубчатую оболочку, внутри которой размещены таблетки ядерного топлива, причем в зазоре между топливным столбом и трубчатой оболочкой размещен барьерный слой, выполненный в виде нескольких слоев фольги, которые сварены между собой точечной сваркой [2]. Способ изготовления такого твэла состоит из операций изготовления трубчатой оболочки, герметизации одного из ее торцов, изготовления из нескольких видов фольги барьерного слоя, состоящего из наружного, промежуточного и внутреннего слоев. Недостатком конструкции такого твэла является наличие газового зазора между стенкой оболочки и боковой поверхностью таблеток. Это повышает тепловое сопротивление твэла, увеличивает температуру топливных таблеток, увеличивает взаимодействие оболочки с ядерным топливом и продуктами его деления и повышает вероятность нарушения герметичности оболочки. Известен твэл для ядерного реактора с жидкометаллическим теплоносителем в виде герметичной трубчатой оболочки, внутри которой размещен топливный сердечник, зазор между сердечником и оболочкой заполнен газом, а на его нижнем торце выполнена камера, в которой размещена пробка из пирографита. Камера сообщена каналом с внутренним объемом оболочки твэла и отделена от внешней среды с помощью мембраны. Заполнение зазора между топливным сердечником и оболочкой жидким металлом происходит непосредственно в самом реакторе перед выходом его на мощность за счет разрушения мембраны под действием давления теплоносителя и поступления жидкого металла теплоносителя через камеру во внутренний объем твэла. При этом герметизация твэла происходит за счет взаимодействия пирографита пробки со щелочным металлом теплоносителя и заполнения каналов камеры образующимся соединением. Недостатком этой конструкции твэла является возможность его разгерметизации при транспортировке со стороны мембраны, а также невозможность надежного контроля в работающем реакторе процесса заполнения газовых объемов в твэлах жидкометаллическим теплоносителем. The invention relates to nuclear energy and can be used for the manufacture of fuel elements for nuclear reactors (hereinafter - the fuel rod), in particular for reactors with a liquid metal coolant. Known fuel rod of a nuclear reactor, which is a sealed at the ends of the tubular shell, inside of which are placed the tablets of nuclear fuel and the retainer of the fuel column [1]. A method of manufacturing such a fuel rod consists of the operations of manufacturing a tubular cladding, sealing one of its ends, loading ceramic nuclear fuel into the cladding of tablets, installing a pillar column retainer in it, and sealing the second end of the cladding under controlled atmosphere. The disadvantage of the design of such a fuel element is the presence of a gas gap between the wall of the shell and the side surface of the tablets. This increases the thermal resistance of the fuel rod, increases the temperature of the fuel pellets, increases the interaction of the shell with nuclear fuel and its fission products and increases the likelihood of a violation of the tightness of the shell. A fuel rod of a nuclear reactor is known, which is a tubular shell sealed at the ends, inside of which there are tablets of nuclear fuel, and in the gap between the fuel column and the tubular shell there is a barrier layer made in the form of several foil layers that are welded together by spot welding [2]. A method of manufacturing such a fuel rod consists of the operations of manufacturing a tubular cladding, sealing one of its ends, manufacturing of several types of foil barrier layer, consisting of the outer, intermediate and inner layers. The disadvantage of the design of such a fuel element is the presence of a gas gap between the wall of the shell and the side surface of the tablets. This increases the thermal resistance of the fuel rod, increases the temperature of the fuel pellets, increases the interaction of the shell with nuclear fuel and its fission products and increases the likelihood of a violation of the tightness of the shell. A fuel rod is known for a nuclear reactor with a liquid metal coolant in the form of a sealed tubular shell inside which a fuel core is placed, the gap between the core and the shell is filled with gas, and a chamber is made at its lower end in which a pyrographite plug is placed. The camera is communicated by a channel with the internal volume of the cladding of a fuel rod and is separated from the external environment using a membrane. The gap between the fuel core and the cladding is filled with liquid metal directly in the reactor itself before it reaches power due to the destruction of the membrane due to the pressure of the coolant and the flow of liquid coolant metal through the chamber into the internal volume of the fuel rod. In this case, the fuel rod is sealed due to the interaction of pyrographite plugs with the alkali metal of the coolant and filling of the chamber channels with the resulting compound. The disadvantage of this design of the fuel rod is the possibility of its depressurization during transportation from the side of the membrane, as well as the impossibility of reliable control in the working reactor of the process of filling gas volumes in the fuel rods with liquid metal coolant.

Известен способ изготовления твэла, который включает приварку к трубчатой оболочке твэла нижней заглушки, размещение внутри оболочки заданного количества легкоплавкого металла, например свинца, расплавление свинца в оболочке в вакуумной нагревательной печи, загрузку в оболочку с жидким металлом предварительно нагретых топливных таблеток и формирование в зазоре между топливом и оболочкой металлического слоя, охлаждение оболочки с топливом и металлом, проведение дополнительных операций и герметизация оболочки верхней заглушкой [3]. Недостатком способа является сложность обеспечения заданных параметров качества твэла, в частности равномерного зазора между топливными таблетками и оболочкой, а также необходимость использования сложного технологического оборудования, в частности вакуумной печи с длиной рабочей камеры более трех метров. A known method of manufacturing a fuel element, which includes welding to the tubular cladding of a fuel rod of a lower plug, placing a predetermined amount of low-melting metal, for example, lead inside the cladding, melting the lead in the cladding in a vacuum heating furnace, loading preheated fuel pellets into the cladding with liquid metal and forming in the gap between fuel and the shell of the metal layer, cooling the shell with fuel and metal, performing additional operations and sealing the shell with the top cap [3]. The disadvantage of this method is the difficulty of ensuring the specified fuel quality parameters, in particular the uniform gap between the fuel pellets and the cladding, as well as the need to use sophisticated technological equipment, in particular a vacuum furnace with a working chamber length of more than three meters.

Технической задачей изобретения является обеспечение равномерного свинцового слоя между топливным столбом и оболочкой твэла, а также упрощение способа и используемого оборудования. An object of the invention is to provide a uniform lead layer between the fuel column and the cladding of a fuel rod, as well as simplifying the method and equipment used.

Поставленная задача достигается тем, что изготавливают свинцовую трубку и помещают ее внутрь оболочки твэла, с помощью дорна убирают технологический зазор между оболочкой и свинцовой трубкой, обрабатывают нижний торец оболочки и приваривают нижнюю заглушку, загружают внутрь оболочки со свинцовым покрытием керамические таблетки и фиксируют их в оболочке, обрабатывают верхний торец оболочки, приваривают верхнюю заглушку и проводят финишные операции. The problem is achieved by making a lead tube and placing it inside the fuel cladding, using the mandrel remove the technological gap between the cladding and the lead tube, process the bottom end of the cladding and weld the bottom plug, load ceramic tablets into the shell with a lead coating and fix them in the cladding , process the upper end of the shell, weld the upper plug and conduct finishing operations.

В частном варианте выполнения изобретения свинцовую трубу изготавливают из свинцовой ленты путем ее сгиба по цилиндрической образующей с формированием продольного шва, параллельного оси трубы. In a particular embodiment of the invention, a lead pipe is made of a lead tape by bending it along a cylindrical generatrix to form a longitudinal seam parallel to the axis of the pipe.

В другом частном варианте выполнения изобретения свинцовую трубу изготавливают из свинцовой ленты путем ее спиральной навивки по цилиндрической образующей с формированием спирального шва вдоль оси трубы. In another particular embodiment of the invention, the lead pipe is made of lead tape by spiral winding along a cylindrical generatrix with the formation of a spiral seam along the axis of the pipe.

В другом частном варианте выполнения изобретения керамические таблетки загружают внутрь оболочки со свинцовым покрытием с использованием высокочастотной вибрации. Под керамическими таблетками понимаются таблетки, содержащие делящееся вещество, например смесь нитридов урана и плутония, а также таблетки нижней и верхней экранных зон, если они используются в конструкции твэла. In another particular embodiment of the invention, the ceramic tablets are loaded into a lead coated coating using high frequency vibration. Ceramic tablets are understood as tablets containing fissile material, for example a mixture of uranium and plutonium nitrides, as well as tablets of the lower and upper screen zones, if they are used in the construction of a fuel element.

Сущность изобретения поясняется конкретными примерами осуществления вариантов способа, которые изложены ниже. The invention is illustrated by specific examples of embodiments of the method, which are described below.

Пример 1. Изготавливают путем прессования трубку из свинца высокой чистоты с наружным диаметром 8,3 мм с допуском ±0,02 мм и толщиной стенки 0,275 мм длиной 1100±7,0 мм и помещают ее внутрь нижней части оболочки твэла длиной 2030 мм с наружным диаметром 9,4 мм с допуском ±0,02 мм и толщиной стенки 0,5 мм с допуском ±0,02 мм. С помощью дорна, имеющего в поперечном сечении диаметр 7,85 мм с допуском ±0,01 мм, убирают технологический зазор между оболочкой и свинцовой трубкой. Проводят обработку нижнего торца оболочки под сварку и приваривают нижнюю заглушку. С верхнего торца внутрь оболочки последовательно загружают таблетки нижней экранной зоны, топливные таблетки, а затем загружают таблетки верхней экранной зоны и фиксируют полученный столб таблеток в оболочке с помощью пружинного фиксатора. Таблетки экранных зон и топливные таблетки предварительно шлифуют на наружный диаметр 7,8 мм с обеспечением допуска на внешний диаметр в пределах ±0,01 мм. Обрабатывают верхний торец оболочки под сварку и в контролируемой газовой среде приваривают верхнюю заглушку. Проводят финишные операции и контроль равномерности свинцового слоя между оболочкой и таблетками вихретоковым методом при температуре 20oС. Результаты контроля показывают, что таблетки размещены соосно с оболочкой, газовый зазор между ними при температуре 20oС составляет 0,02 мм, а при температуре 350oС газовый зазор исчезает за счет увеличения объема свинца при его расплавлении.Example 1. A tube of high purity with an outer diameter of 8.3 mm with a tolerance of ± 0.02 mm and a wall thickness of 0.275 mm with a length of 1100 ± 7.0 mm is made by pressing and placed inside the lower part of the cladding of a fuel rod with a length of 2030 mm 9.4 mm in diameter with a tolerance of ± 0.02 mm and a wall thickness of 0.5 mm with a tolerance of ± 0.02 mm. Using a mandrel having a cross-sectional diameter of 7.85 mm with a tolerance of ± 0.01 mm, the technological gap between the casing and the lead tube is removed. The lower end of the shell is welded and the bottom plug is welded. From the upper end into the shell, the tablets of the lower screen area, fuel tablets are sequentially loaded, and then the tablets of the upper screen area are loaded and the resulting pill column is fixed in the shell using a spring lock. Tablets and fuel pellets are pre-grinded to an outer diameter of 7.8 mm with an external diameter tolerance of ± 0.01 mm. The upper end of the shell is welded and the upper plug is welded in a controlled gas environment. Finishing operations and the uniformity of the lead layer between the shell and tablets are carried out by the eddy current method at a temperature of 20 o C. The control results show that the tablets are placed coaxially with the shell, the gas gap between them at a temperature of 20 o C is 0.02 mm, and at a temperature of 350 o With the gas gap disappears due to an increase in the volume of lead during its melting.

Пример 2. Изготавливают свинцовую трубу с геометрическими размерами, приведенными в примере 1, из свинцовой полосы шириной 26,3 мм и толщиной 0,275 мм путем ее сгиба по цилиндрической образующей диаметром 8,35 мм. В изготовленную трубку загружают топливные таблетки, калибруют по внешнему диаметру 8,35 мм. Затем эту трубку с топливными таблетками в ней загружают в твэльную трубку. Проводят финишные операции и герметизируют, как в примере 1. Результаты контроля твэла не отличались от приведенных в примере 1. Example 2. A lead pipe is made with the geometric dimensions shown in Example 1 from a lead strip with a width of 26.3 mm and a thickness of 0.275 mm by bending it along a cylindrical generatrix with a diameter of 8.35 mm. Fuel pellets are loaded into the manufactured tube, calibrated by the outer diameter of 8.35 mm. Then this tube with fuel pellets in it is loaded into the fuel rod. Finishing operations are carried out and sealed, as in example 1. The results of the control of the fuel rod did not differ from those in example 1.

Пример 3. Изготавливают свинцовую трубу с геометрическими размерами, приведенными в примере 1, из свинцовой полосы, как в примере 2, путем ее спиральной навивки по цилиндрической образующей диаметром 8,35 мм. В изготовленную трубку загружают топливные таблетки, калибруют по внешнему диаметру 8,35 мм. Затем эту трубку с топливными таблетками в ней загружают в твэльную трубку. Проводят финишные операции и герметизируют, как в примере 1. Результаты контроля твэла не отличались от приведенных в примере 1. Example 3. A lead pipe is made with the geometric dimensions shown in Example 1 from a lead strip, as in Example 2, by spiral winding it along a cylindrical generatrix with a diameter of 8.35 mm. Fuel pellets are loaded into the manufactured tube, calibrated by the outer diameter of 8.35 mm. Then this tube with fuel pellets in it is loaded into the fuel rod. Finishing operations are carried out and sealed, as in example 1. The results of the control of the fuel rod did not differ from those in example 1.

Пример 4. Изготавливают твэльную оболочку со свинцовым покрытием и нижней заглушкой, как в примере 1. Топливные таблетки загружают внутрь оболочки со свинцовым покрытием при ее вертикальном размещении и наложении на нее вибрации с частотой от 300 до 1000 герц и ускорением до 8 g. Затем проводят изготовление и контроль твэла, как в примере 1. Результаты контроля твэла не отличались от приведенных в примере 1. Результаты осуществления предлагаемого способа показывают, что он может быть использован для изготовления твэлов ядерных реакторов, в частности для реакторов со свинцовым теплоносителем типа БРЕСТ - ОД - 300. Example 4. A fuel cladding is made with a lead coating and a lower plug, as in Example 1. Fuel pellets are loaded into a lead-coated shell when placed vertically and subjected to vibration with a frequency of 300 to 1000 hertz and acceleration up to 8 g. Then carry out the manufacture and control of the fuel rod, as in example 1. The results of the control of the fuel rod did not differ from those in example 1. The results of the proposed method show that it can be used for the manufacture of fuel rods of nuclear reactors, in particular for reactors with lead coolant type BREST - OD - 300.

Способ позволяет значительно упростить технологический процесс изготовления твэлов и позволяет обойтись без применения сложного и дорогостоящего оборудования. The method can significantly simplify the manufacturing process of the manufacture of fuel rods and allows you to do without the use of complex and expensive equipment.

Источники информации
1. Nuclear Engineering, 1963, v.8, 86, р.253.Sources of information
1. Nuclear Engineering, 1963, v. 8, 86, p. 253.

2. Патент США 5301218, МПК G 21 С 3/00, опубл.05.04.94. 2. US patent 5301218, IPC G 21 C 3/00, publ. 05.04.94.

3. Патент РФ 2067324, опубл. 27.09.96. 3. RF patent 2067324, publ. 09/27/96.

Claims (4)

1. Способ изготовления твэла ядерного реактора, который состоит в том, что изготавливают свинцовую трубку и помещают ее внутрь оболочки твэла на длину активной части твэла, с помощью дорна убирают технологический зазор между оболочкой и свинцовой трубкой, обрабатывают нижний торец оболочки и приваривают нижнюю заглушку, загружают внутрь оболочки со свинцовым покрытием керамические таблетки и фиксируют их в оболочке, обрабатывают верхний торец оболочки, в контролируемой газовой среде приваривают верхнюю заглушку и проводят финишные операции. 1. A method of manufacturing a nuclear fuel rod of a nuclear reactor, which consists in producing a lead tube and placing it inside the fuel rod shell for the length of the active part of the fuel rod, using the mandrel, remove the technological gap between the shell and the lead tube, process the lower end of the shell and weld the bottom plug, ceramic tablets are loaded into the lead-coated shell and fixed in the shell, the top end of the shell is treated, the top plug is welded in a controlled gas environment and finishing operations are carried out walkie-talkie. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что свинцовую трубу изготавливают из свинцовой полосы путем ее сгиба по цилиндрической образующей с формированием продольного шва, параллельного оси трубы. 2. The method according to p. 1, characterized in that the lead pipe is made of a lead strip by bending it along a cylindrical generatrix with the formation of a longitudinal seam parallel to the axis of the pipe. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что свинцовую трубу изготавливают из свинцовой полоски путем ее спиральной навивки по цилиндрической образующей с формированием спирального шва вдоль оси трубы. 3. The method according to p. 1, characterized in that the lead pipe is made of a lead strip by spiral winding along a cylindrical generatrix with the formation of a spiral seam along the axis of the pipe. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что керамические таблетки загружают внутрь оболочки со свинцовым покрытием с использованием высокочастотной вибрации. 4. The method according to p. 1, characterized in that the ceramic tablets are loaded into the shell with a lead coating using high-frequency vibration.
RU2001115415/06A 2001-06-04 2001-06-04 Method for manufacturing nuclear reactor fuel element RU2201628C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001115415/06A RU2201628C2 (en) 2001-06-04 2001-06-04 Method for manufacturing nuclear reactor fuel element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001115415/06A RU2201628C2 (en) 2001-06-04 2001-06-04 Method for manufacturing nuclear reactor fuel element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2201628C2 true RU2201628C2 (en) 2003-03-27

Family

ID=20250402

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001115415/06A RU2201628C2 (en) 2001-06-04 2001-06-04 Method for manufacturing nuclear reactor fuel element

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2201628C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2576659C2 (en) * 2012-02-14 2016-03-10 Юрий Васильевич Потапов Method of making fuel element of nuclear reactor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2576659C2 (en) * 2012-02-14 2016-03-10 Юрий Васильевич Потапов Method of making fuel element of nuclear reactor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5158740A (en) Fuel rod end plug welding method
US3969186A (en) Nuclear fuel element
US3925151A (en) Nuclear fuel element
US3141830A (en) Nuclear fuel elements and manufacturing method
KR101941673B1 (en) Multi-layered nuclear fuel cladding and method for manufacturing therof
CN107251158B (en) Operating neutron source
KR101007848B1 (en) Dual Cooled Fuel with a Ring-Shaped Plug And Manufacturing Method of the Same
JPH1062575A (en) Fuel rod having resistance to corrosion and resistance to hydride formation
RU2201628C2 (en) Method for manufacturing nuclear reactor fuel element
JP3372354B2 (en) A system to control the shape of the welding point for TIG welding of small diameter pressurized holes
RU2201626C2 (en) Method for manufacturing nuclear reactor fuel element
JPS5857266B2 (en) Fukugouyouyuuseidenkiyoku
US3392438A (en) Method of closing ends of protective tubes for nuclear reactor fuel elements
JPH04268491A (en) Control rod for atomic reactor
JPH01254895A (en) Control rod
US3180804A (en) Nuclear fuel pin end closure
US4702391A (en) Containment with long-time corrosion resistant cover for sealed containers with highly radioactive content
US9202601B2 (en) Methods and apparatus for suppressing tritium permeation during tritium production
RU2201627C2 (en) Method for manufacturing nuclear reactor fuel element
JP3121434B2 (en) Fuel assemblies with optimized fuel and water distribution
JPH0572994B2 (en)
US6697448B1 (en) Neutronic fuel element fabrication
US4121972A (en) Nuclear reactor fuel rod
US4046631A (en) Plugs
CN103943154B (en) reactor fuel element

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090605