RU2305333C1 - Rod billet for nuclear-reactor ceramic fuel core - Google Patents

Rod billet for nuclear-reactor ceramic fuel core Download PDF

Info

Publication number
RU2305333C1
RU2305333C1 RU2006107824/06A RU2006107824A RU2305333C1 RU 2305333 C1 RU2305333 C1 RU 2305333C1 RU 2006107824/06 A RU2006107824/06 A RU 2006107824/06A RU 2006107824 A RU2006107824 A RU 2006107824A RU 2305333 C1 RU2305333 C1 RU 2305333C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plugs
nuclear
paste
pipe
fuel
Prior art date
Application number
RU2006107824/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Сергеевич Гаврилин (RU)
Сергей Сергеевич Гаврилин
Валентин Петрович Денискин (RU)
Валентин Петрович Денискин
Алексей В чеславович Леонов (RU)
Алексей Вячеславович Леонов
Иван Иванович Федик (RU)
Иван Иванович Федик
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "Луч"
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 Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "Луч" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "Луч"
Priority to RU2006107824/06A priority Critical patent/RU2305333C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2305333C1 publication Critical patent/RU2305333C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

FIELD: nuclear power engineering.
SUBSTANCE: proposed rod billet designed for use in compacting nuclear-reactor fuel core rods has zirconium alloy tube, nuclear fuel and matrix material fill, as well as two cylindrical plugs with annular drillings for localizing excess solder placed in the form of paste. Plugs are installed in tube in guaranteed space relation to the latter. Cylindrical surface of each plug has two annular drillings spaced 5 to 7 mm apart; drillings external with respect to fill are filled with paste. Provision is made for combining degassing and sealing processes by raising temperature directly upon completion of degassing operation.
EFFECT: enhanced productivity and reduced cost of process equipment and rigging.
3 cl, 2 dwg

Description

1. Область техники, к которой относится изобретение1. The technical field to which the invention relates.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к конструкции заготовки, используемой при прессовании стержней топливных сердечников керметных тепловыделяющих элементов (твэл) ядерных реакторов различного назначения.The invention relates to the field of nuclear energy, in particular to the design of the workpiece used in the pressing of the fuel core rods of cermet fuel elements (fuel elements) of nuclear reactors for various purposes.

2. Уровень техники2. The level of technology

Одним из направлений в ядерной энергетике является использование твэлов, в которых керметные тепловыделяющие сердечники набраны из стержней (см., например, Федик И.И., Гаврилин С.С. и др. Новое поколение твэлов на основе микротоплива для ВВЭР. - М.: Атомная энергия, 2004, т.96, вып.4, с.280).One of the areas in nuclear energy is the use of fuel rods in which cermet fuel cores are drawn from rods (see, for example, Fedik II, Gavrilin SS and others. A new generation of microfuel fuel rods for VVER. - M. : Atomic Energy, 2004, vol. 96, issue 4, p. 280).

Для изготовления такого стержня может использоваться заготовка, выполненная в виде трубы из циркониевого сплава (см., например, Солонин М.И., Бибилашвили Ю.К. и др. Цирконий-ниобиевые сплавы для оболочек твэлов и ТВС энергетических реакторов и установок типа ВВЭР и РБМК. Избранные труды ВНИИНМ. ФГУП ВНИИНМ, Москва, т.1, с.65-69), заполненной засыпкой порошков ядерного топлива и материала матрицы и закрытой с торцов двумя цилиндрическими заглушками (см., например, Самойлов А.Г., Волков B.C., Солонин М.И. Тепловыделяющие элементы ядерных реакторов. - М.: Энергоатомиздат, 1996, с.217).For the manufacture of such a rod, a billet made in the form of a pipe made of zirconium alloy can be used (see, for example, Solonin MI, Bibilashvili Yu.K. et al. Zirconium-niobium alloys for cladding of fuel rods and fuel assemblies of power reactors and WWER-type installations and RBMK, Selected Works of VNIINM, Federal State Unitary Enterprise VNIINM, Moscow, v. 1, pp. 65-69), filled with a backfill of nuclear fuel powders and matrix material and closed at the ends with two cylindrical plugs (see, for example, A. Samoilov, Volkov BC, Solonin MI The fuel elements of nuclear reactors. - M .: nergoatomizdat, 1996, p.217).

Такая конструкция заготовки предполагает герметизацию полости трубы, заполненной засыпкой порошков ядерного топлива и материала матрицы, с помощью сварки плавлением заглушек с трубой при нормальной температуре (см., например, Самойлов А.Г., Волков B.C., Солонин М.И. Тепловыделяющие элементы ядерных реакторов. - М.: Энергоатомиздат, 1996, с.216). Поскольку перед герметизацией заготовки должна быть проведена дегазация засыпки порошков путем выдержки в вакууме при высокой температуре, то возникает необходимость применения специализированного технологического оборудования и оснастки, обеспечивающих охлаждение заготовок, их шлюзование и перемещение на позицию сварки и проведение самой сварки.This design of the workpiece involves sealing a pipe cavity filled with backfill of nuclear fuel powders and matrix material by fusion welding of plugs with a pipe at normal temperature (see, for example, Samoilov A.G., Volkov VS, Solonin M.I. Nuclear fuel elements Reactors. - M .: Energoatomizdat, 1996, p. 216). Since before the workpiece is sealed, degassing of the powder backfill by holding it in a vacuum at high temperature must be carried out, the need arises for the use of specialized technological equipment and equipment to cool the workpieces, lock them and move them to the welding position and conduct the welding itself.

Недостатком применения заготовки является высокая стоимость изготовления стержня, которая может быть снижена за счет уменьшения количества дорогостоящего технологического оборудования и оснастки.The disadvantage of the use of the workpiece is the high cost of manufacturing the rod, which can be reduced by reducing the amount of expensive technological equipment and equipment.

С предлагаемым техническим решением это устройство совпадает по следующим существенным признакам:With the proposed technical solution, this device matches the following essential features:

- труба, изготовленная из циркониевого сплава;- a pipe made of zirconium alloy;

- засыпка порошков ядерного топлива и материала матрицы;- filling in powders of nuclear fuel and matrix material;

- две цилиндрические заглушки.- two cylindrical caps.

Известна также заготовка, состоящая из трубы, изготовленной из циркониевого сплава, засыпки порошков ядерного топлива и материала матрицы и двух цилиндрических заглушек с кольцевыми проточками для локализации избытка припоя, уложенного на краях соединения в виде пасты (см., например, Самойлов А.Г., Волков B.C., Солонин М.И. Тепловыделяющие элементы ядерных реакторов. - М.: Энергоатомиздат, 1996, с.231-232). Такая конструкция предполагает проведение операции дегазации засыпки до укладки припоя, поскольку он перекрывает путь выхода газов. Укладка припоя при этом должна осуществляться в вакууме при пониженной относительно режима дегазации температуре.Also known is a preform consisting of a pipe made of a zirconium alloy, backfill of nuclear fuel powders and matrix material, and two cylindrical plugs with annular grooves to localize the excess solder laid on the edges of the joint in the form of a paste (see, for example, Samoylov A.G. , Volkov BC, Solonin M.I. Fuel elements of nuclear reactors. - M.: Energoatomizdat, 1996, p.231-232). This design involves the operation of degassing backfill before laying the solder, since it blocks the path of the exit of gases. In this case, the laying of solder should be carried out in vacuum at a temperature lowered relative to the degassing mode.

Недостатком применения заготовки является то, что реализация рассмотренных операций требует значительного межоперационного времени и использования специализированного технологического оборудования. Эти два фактора определяют производительность и стоимость изготовления стержней.The disadvantage of using the workpiece is that the implementation of the considered operations requires significant interoperational time and the use of specialized technological equipment. These two factors determine the productivity and cost of manufacturing the rods.

С предлагаемым решением это устройство совпадает по следующим существенным признакам:This device coincides with the proposed solution in the following essential respects:

- труба, изготовленная из циркониевого сплава,- a pipe made of zirconium alloy,

- засыпка порошков ядерного топлива и материала матрицы,- filling in powders of nuclear fuel and matrix material,

- две цилиндрические заглушки,- two cylindrical plugs,

- кольцевые проточки на заглушках для локализации избытка припоя,- annular grooves on the plugs to localize excess solder,

- припой, уложенный в виде пасты.- solder laid in the form of a paste.

По совокупности существенных признаков последнее устройство наиболее близко к предлагаемому устройству и выбрано в качестве прототипа.In terms of the set of essential features, the last device is closest to the proposed device and is selected as a prototype.

3. Сущность изобретения3. The invention

Предлагаемая заготовка стержня топливного сердечника керметного тепловыделяющего элемента ядерного реактора состоит из трубы, изготовленной из циркониевого сплава, засыпки порошков ядерного топлива и материала матрицы, двух цилиндрических заглушек с кольцевыми проточками для локализации избытка припоя, уложенного в виде пасты, причем заглушки установлены в трубе с гарантированным зазором, на цилиндрической поверхности каждой заглушки выполнены две кольцевые проточки на расстоянии 5-7 мм друг от друга, а внешние относительно засыпки проточки заполнены пастой.The proposed billet of the core core of the cermet fuel element of a nuclear reactor consists of a pipe made of zirconium alloy, a bed of powders of nuclear fuel and matrix material, two cylindrical plugs with annular grooves to localize the excess solder laid in the form of a paste, and the plugs are installed in a pipe with a guaranteed a gap, on the cylindrical surface of each plug are made two annular grooves at a distance of 5-7 mm from each other, and external relative to the backfill grooves filled with paste.

От прототипа это устройство отличается тем, что заглушки установлены в трубе с гарантированным зазором, на цилиндрической поверхности каждой заглушки выполнены две кольцевые проточки на расстоянии 5-7 мм друг от друга, а внешние относительно засыпки проточки заполнены пастой.This device differs from the prototype in that the plugs are installed in the pipe with a guaranteed gap, on the cylindrical surface of each plug two ring grooves are made at a distance of 5-7 mm from each other, and the grooves external to the filling are filled with paste.

Такое отличие обеспечивает повышение производительности при производстве стержней и уменьшает затраты на технологическое оборудование и оснастку вследствие возможности совмещения технологических позиций дегазации и герметизации и осуществления герметизации повышением температуры непосредственно по завершении операции дегазации.This difference provides an increase in productivity in the production of rods and reduces the cost of technological equipment and tooling due to the possibility of combining the technological positions of degassing and sealing and sealing by raising the temperature immediately after the degassing operation.

В уточнение этой конструкции предлагается заготовка, в которой заглушки выполнены из циркониевого сплава, а паста содержит смесь порошков меди и циркония в массовом соотношении (0,17-0,25):(0,83-0,75).To clarify this design, a blank is proposed in which the plugs are made of zirconium alloy, and the paste contains a mixture of copper and zirconium powders in a mass ratio of (0.17-0.25) :( 0.83-0.75).

Операция дегазации материалов в такой заготовке, включая разложение и удаление связующего материала пасты, завершается при максимальной температуре 800-850°С с выходом газов через гарантированный зазор между трубой и заглушками, а герметизация проводится повышением температуры до 1000°С. При этой температуре твердые компоненты пасты преобразуются в жидкую фазу эвтектического состава, которая под действием капиллярных сил и хорошей смачиваемости поверхностей вытягивается в зазор между трубой и заглушкой, что и обеспечивает герметизацию.The degassing operation of materials in such a preform, including the decomposition and removal of the paste binder, is completed at a maximum temperature of 800-850 ° C with the release of gases through a guaranteed gap between the pipe and the plugs, and sealing is carried out by raising the temperature to 1000 ° C. At this temperature, the solid components of the paste are converted into the liquid phase of the eutectic composition, which, under the action of capillary forces and good wettability of the surfaces, is drawn into the gap between the pipe and the plug, which ensures sealing.

Также в уточнение конструкции заготовки предлагается выполнение заглушек из стали и применение пасты, содержащей смесь порошков меди, циркония и железа в массовом соотношении (0,11-0,13):(0,78-0,74):(0,11-0,13). Возможность применения в такой конструкции стальных заглушек вместо циркониевых дает значительный экономический эффект (стоимость циркония на порядок выше стоимости стали).Also, to clarify the design of the workpiece, it is proposed that the plugs be made of steel and the use of a paste containing a mixture of powders of copper, zirconium and iron in a mass ratio of (0.11-0.13) :( 0.78-0.74) :( 0.11- 0.13). The possibility of using steel plugs instead of zirconium in this design gives a significant economic effect (the cost of zirconium is an order of magnitude higher than the cost of steel).

4. Перечень фигур чертежей4. The list of drawings

Фиг.1. - чертеж заготовки стержня топливного сердечника:Figure 1. - drawing of the core blank of the fuel core:

1 - труба из циркониевого сплава;1 - pipe made of zirconium alloy;

2 - засыпка порошков ядерного топлива и материала матрицы;2 - filling powders of nuclear fuel and matrix material;

3 - заглушки;3 - plugs;

4 - проточки для локализации избытка припоя;4 - grooves for localization of excess solder;

5 - проточки, заполненные припоем в виде пасты.5 - grooves filled with solder in the form of a paste.

Фиг.2 - фотография шлифа паяного соединения:Figure 2 is a photograph of a thin section soldered connection:

1 - заглушка;1 - a stub;

2 - труба;2 - pipe;

3 - проточка, первоначально заполненная пастой;3 - groove, originally filled with paste;

4 - проточка для локализации избытка припоя;4 - groove for localization of excess solder;

5 - зона паяного соединения.5 - zone solder joints.

5. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения5. Information confirming the possibility of carrying out the invention

Возможность осуществления изобретения проиллюстрируем конкретным примером. На фиг.1 приведен чертеж заготовки, состоящей из циркониевой трубы 1, засыпки порошков ядерного топлива и материала матрицы 2, двух цилиндрических заглушек из циркония 3. На заглушках выполнены кольцевые проточки 4 для локализации избытка припоя и кольцевые проточки 5, заполненные припоем в виде пасты на поливинилацетатной связке, содержащей смесь порошков меди и циркония в массовом соотношении 0,22:0,78. Фиксация заглушек в трубе осуществляется, например, с помощью пуклевок в зонах проточек 4 (на чертеже не показаны). Для обеспечения гарантированного зазора между трубой и заглушками величиной, например, 100 мкм заглушки выполняют по номинальному диаметру на 200 мкм меньше номинального внутреннего диаметра трубы, причем допуск на диаметр заглушки выбирают неположительный, а на внутренний диаметр трубы - неотрицательный.The possibility of carrying out the invention is illustrated by a specific example. Figure 1 shows a drawing of a billet consisting of a zirconium pipe 1, a bed of powders of nuclear fuel and matrix material 2, two cylindrical plugs of zirconium 3. On the plugs are made annular grooves 4 for localizing excess solder and annular grooves 5 filled with solder in the form of paste on a polyvinyl acetate bond containing a mixture of powders of copper and zirconium in a mass ratio of 0.22: 0.78. Fixing the plugs in the pipe is carried out, for example, using beetles in the zones of the grooves 4 (not shown in the drawing). To ensure a guaranteed gap between the pipe and plugs of, for example, 100 μm, the plugs are 200 mm smaller in nominal diameter than the nominal inner diameter of the pipe, and the tolerance on the plug diameter is chosen non-positive and non-negative for the pipe inner diameter.

На фиг.2 приведена фотография шлифа паяного соединения заглушки 1 с трубой 2. Из проточки 3, первоначально заполненной пастой, при температуре пайки жидкая фаза эвтектического состава 22 мас.% Cu - 78 мас.% Zr вытянулась в зазор между трубой и заглушкой и остановилась в проточке 4, где избыток припоя локализовался. Зона паяного соединения 5 в результате взаимной диффузии меди и циркония преобразуется в структуру без переходных границ, что определяет качественную герметизацию.Figure 2 shows a photograph of a thin section of the soldered joint of plug 1 with pipe 2. From a groove 3, originally filled with paste, at a soldering temperature, the eutectic composition of the liquid phase of 22 wt.% Cu - 78 wt.% Zr stretched into the gap between the pipe and the plug and stopped in groove 4, where the excess of solder was localized. The soldered joint zone 5 as a result of the mutual diffusion of copper and zirconium is converted into a structure without transition boundaries, which determines the high-quality sealing.

Claims (3)

1. Заготовка стержня топливного сердечника керметного тепловыделяющего элемента ядерного реактора, состоящая из трубы, изготовленной из циркониевого сплава, засыпки порошков ядерного топлива и материала матрицы, двух цилиндрических заглушек с кольцевыми проточками для локализации избытка припоя, уложенного в виде пасты, отличающаяся тем, что заглушки установлены в трубе с гарантированным зазором, на цилиндрической поверхности каждой заглушки выполнены две кольцевые проточки на расстоянии 5-7 мм друг от друга, а внешние относительно засыпки проточки заполнены пастой.1. The core of the fuel core of the cermet fuel element of the nuclear reactor, consisting of a pipe made of zirconium alloy, a powder of nuclear fuel and matrix material, two cylindrical plugs with annular grooves to localize the excess solder laid in the form of a paste, characterized in that the plug installed in a pipe with a guaranteed gap, on the cylindrical surface of each plug are made two annular grooves at a distance of 5-7 mm from each other, and the external relative to ypki grooves filled with paste. 2. Заготовка по п.1, отличающаяся тем, что заглушки выполнены из циркониевого сплава, а паста содержит смесь порошков меди и циркония в массовом соотношении (0,17-0,25):(0,83-0,75).2. The workpiece according to claim 1, characterized in that the plugs are made of zirconium alloy, and the paste contains a mixture of powders of copper and zirconium in a mass ratio (0.17-0.25) :( 0.83-0.75). 3. Заготовка по п.1, отличающаяся тем, что заглушки выполнены из стали, а паста содержит смесь порошков меди, циркония и железа в массовом соотношении (0,11-0,13):(0,78-0,74):(0,11-0,13).3. The workpiece according to claim 1, characterized in that the plugs are made of steel, and the paste contains a mixture of powders of copper, zirconium and iron in a mass ratio (0.11-0.13) :( 0.78-0.74): (0.11-0.13).
RU2006107824/06A 2006-03-15 2006-03-15 Rod billet for nuclear-reactor ceramic fuel core RU2305333C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006107824/06A RU2305333C1 (en) 2006-03-15 2006-03-15 Rod billet for nuclear-reactor ceramic fuel core

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006107824/06A RU2305333C1 (en) 2006-03-15 2006-03-15 Rod billet for nuclear-reactor ceramic fuel core

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2305333C1 true RU2305333C1 (en) 2007-08-27

Family

ID=38597180

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006107824/06A RU2305333C1 (en) 2006-03-15 2006-03-15 Rod billet for nuclear-reactor ceramic fuel core

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2305333C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2467412C1 (en) * 2011-10-04 2012-11-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Solder for sealing rod workpiece of fuel kernel of nuclear reactor cermet fuel element

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
САМОЙЛОВ А.Г. и др. "Тепловыделяющие элементы ядерных реакторов". - М.: Энергоатомиздат, 1996, с.231-232. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2467412C1 (en) * 2011-10-04 2012-11-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Solder for sealing rod workpiece of fuel kernel of nuclear reactor cermet fuel element

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102312043B1 (en) Double-sealed fuel rod end plug for ceramic-containing cladding
JP2016531080A (en) Fuel cladding tube with end plug sintered by discharge plasma on SiC substrate
WO2019164617A2 (en) Composite moderator for nuclear reactor systems
KR20120115543A (en) Sheathed, annular metal nuclear fuel
US2941933A (en) Fuel element for nuclear reactor
US3409973A (en) Process for producing annular composite members
CN103345951A (en) (U, np) O2transmutation fuel pellet and target preparation process
US20100266094A1 (en) Dual-cooled nuclear fuel rod having annular plugs and method of manufacturing the same
RU2305333C1 (en) Rod billet for nuclear-reactor ceramic fuel core
WO2019005911A1 (en) Functional high-performance fiber structure
US20210375494A1 (en) Method to pressurize sic fuel cladding tube before end plug sealing by pressurization pushing spring loaded end plug
Jeantette et al. Method and system for producing complex-shape objects
Suwarno Development of TRIGA Fuel Fabrication by Powder Technique
US2992172A (en) Fuel elements for nuclear reactors
US6697448B1 (en) Neutronic fuel element fabrication
US4938918A (en) Element immersed in coolant of nuclear reactor
RU2467412C1 (en) Solder for sealing rod workpiece of fuel kernel of nuclear reactor cermet fuel element
GB1070204A (en) Method for tightly closing tubes made of ceramic-metal composite materials, for example sheaths for the fuel elements of nuclear reactors
EP0151920B1 (en) Method of processing a control element to be immersed in coolant of a nuclear reactor
Gordeev et al. Multielectrode machine for making the cages of bag filters
Lee et al. Comparison of Dimensional Conformity of Surrogate Metallic Fuels in Different Additive Manufacturing Processes
Kapoor et al. Shaping of nuclear fuel fabrication in India-a journey of self-reliance.
Davis et al. Promethium-147 Radioisotope Application Program AMSA Heat Source Final Report
RU2316066C2 (en) Nuclear reactor fuel element
Roy The growth and development of plutonium fuels technology in India

Legal Events

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

Effective date: 20210316