SE433141B - Sett att applicera ett skyddskikt pa innerytan av holjesroren hos kernreaktorbrenslestavar av zirkoniumlegering - Google Patents

Description

l|fi 7808341-7 2 trätt med högre frekvens när_kärnreaktorerna har måst drivas med varierande belastning. Denna varierande belastning har medfört varierande temperatur i kärnreaktorbränslestavarna, som därvid även cykliskt utsattes för värmeutvidgningsspänningar. Det har därvid visat sig man på höljesrörens innerväggar fick en spän- ningssprick-korrosion, varvid såsom korroderande medium radio- aktiva klyvningsprodukter, särskilt jod, kunde konstateras.

Z Det visade sig sålunda finnas behov av att åstadkomma medel och tillvägagångssätt för att i största möjliga utsträckning förhindra dylik spänningssprick-korrosion, så att bränslestavarna kunde bli lika tillförlitliga vid varierande belastning som vid konstant belastning.

Denna uppgift löses enligt uppfinningen på det sättet, att man vid en temperatur av 300 till 500°C utsätter höljesrören för ett sådant inre tryck att de i beroende av sin geometriska dimensionering inom det elastiska området deformeras till nära flytgränsen och att under det att detta tillstånd råder ett tidigare i höljesrörets inre infört medium reagerar med höljes- rörets innervägg för att bilda skyddsskiktet.

Enligt en vidareutveckling av uppfinningen används det införda mediet samtidigt för att bygga upp trycket i det i båda ändarna tillslutna höljesröret.

Enligt en annan vidareutveckling av uppfinningen använder man såsom medium en på lämpligt sätt avpassad mängd vatten, vars ånga bildar ett skyddsskikt av zirkoniumdioxid på höljesrörets innervägg.

Enligt ännu en vidareutveckling av uppfinningen använ- der man såsom medium en på lämpligt sätt avpassad mängd H202, vars ånga och frigjorda till en början atomära syre bildar ett skyddsskikt av zirkoniumdioxid på höljes- rörets innervägg.

Ytterligare vidareutvecklingar av uppfinningen framgår av patentkraven 5 - 7. D Sättet enligt uppfinningen skall nu närmare beskrivas i anslut- ning till bifogade ritning med fig. 1-5. Fig. 1 visar ett bränsle- stavhöljesrör 2 i genomskärning före genomförandet av förfarandet enligt uppfinningen. I rörets inre råder trycket P0, vilket även Elsa šzï åskådliggör olika stadier som genomgås vid sättet enligt upp- finningen, och fig. 5 visar två utföringsformer av en anordning för genomförande av sättet enligt uppfinningen. är lika med det i den omgivande atmosfären rådande trycket.

HO 'YSÜöÉ-šfß? Pig. 2 visar att höljesröret genom att man utsätter det för ett högt inre tryck P1 och en temperatur av 300 till SOOOC har utvidgats.

I detta tillstånd är röret betecknat med 2'. I detta utvidgade höl- jesrör, vars deformation fortfarande ligger inom det elastiska om- rådet ehuru den gått nära dettas gräns, bildas nu genom ett infört medium ett skyddsskikt 3. Detta tillstånd visas i fig. 3. Efter det att detta skyddsskikt har utbildats och trycket och temperaturhöj- ningen avlägsnats återgår bränslestavhöljesröret 2 till sin ursprung- liga form, varvid det inom röret ifråga bildade skyddsskiktet 3' kom- primeras och sålunda försättes under tryckspänning. Den i figurerna visade diameterökningen är självfallet ej skalenlig utan har mycket starkt överdrivits för att principen för uppfinningen bättre skall åskådliggöras. _ Pig. 5 visar nu två möjligheter att praktiskt genomföra sättet enligt uppfinningen. På bränslestavhöljesrören 1 påsvetsas i den ena änden den slutgiltiga tätningsgaveln N. I den andra änden påsvetsas en provisorisk tätningsgavel 5, vilken via en ledning 51 står i för- bindelse med en tryckgaskälla 52. För likformig uppvärmning av brän- slestaven placeras denna för genomförande av förfarandet i en ugn 8, som här endast är schematiskt antydd. Självfallet skulle man även kunna använda en annan värmekälla, exempelvis induktiv uppvärmning, för detta ändamål. För att pålägga det erforderliga höga innertrycket som vid de vanligen förekommande dimensionerna för ett bränslestav- höljesrör uppgår till 100 bar, tillföres tryckgas genom ledningen 51. Denna tryckgas innehåller dessutom en viss mängd av det material som skall bilda skyddsskiktet, exempelvis syre. Genom detta medfödda syre oxideras höljesrörets innervägg, varvid ZrO2 bildas. Samma ver- kan erhålles även om man för in vattenånga under högt tryck. Bild- ningsmekanismen för skyddsskiktet motsvarar därvid det som är känt från tekniken med autoklavbehandling av zirkoniumhöljesrör. Men vid detta förlopp utsätts själva höljesröret ej för några mekaniska på- känningar, varför de där bildade skyddsskikten ej har några inre spänningar.

En ytterligare, elegant metod för genomförande av förfarandet enligt uppfinningen âskådliggöres i fig. 5 vid det undre höljesröret 1. Detta rör befinner sig i samma ugn 8 och är tillslutet av en pro- visorisk tätningsgavel 6. Denna är absolut tät; någon anslutning till en tryckgaskälla finns ej. Före anbringandet av denna tätningsgavel har emellertid en bestämd mängd vatten, se droppen 7, införts i det inre av höljesröret. Denna vattenmängd är därvid så avpassad, att »mg 7soazu1~? 4 det för den elastiska deformationen av höljesröret erforderliga inre trycket uppstår vid den temperatur som ugnen ger.

Istället för vattendroppen 7 kan man även använda en motsvarande mängd väteperoxid. Vid dennas förångning uppstår atomärt syre, som i förhållande till de hittills nämnda metoderna ger en snabbare oxide- ring av höljesrörets innervägg.

I Istället för vätskor kan givetvis även andra gasutvecklande sub- stanser införas, väsentligt är därvid att dessa substanser kan dose- ras på ett tillförlitligt sätt.

Den med detta förfarande uppnådda utomordentligt goda skyddsef- fekten mot spänningssprick-korrosion låter sig ej förklara endast av förekomsten av själva tryckspänningsskiktet utan det är även betingat av det förfaringssätt som använts för att applicera skyddsskiktet på det utvidgade höljesröret. Därvid bildas detta skyddsskikt även t.ex. i fogar mellan tätningsgavlarna och höljesrören och vid svetssömmens gränser. Detsamma gäller även för ytfel, som kan härröra från den pro- cess vid vilken själva höljesrören framställes. Det uppstår sålunda till skillnad från vad som är fallet vid det normala autoklavbehand- lingsförfarandet ett sig in i det mikroskopiska området sträckande fullständigt överdragsskikt, vars tjocklek lämpligen kan vara upp till 5 Pm.

En ytterligare med förfarandet enligt uppfinningen förbunden fördel bör även beaktas. Denna består däri att man vid genomförandet av förfarandet ifråga samtidigt har möjlighet att prova huruvida svetsfogen mellan ändtätningsgaveln Ä och höljesröret 2 är tät. Det- ta kan man genomföra på det sättet att man tätt tillsluter ugnens 8 innerutrymme och övervakar trycket i detta. Det bör även observeras att sättet enligt uppfinningen ej är begränsat till framställning av oxidskikt, utan att det istället är möjligt att även använda karbid- och silicidskikt etcs för att uppnå spänningssprick-korrosionshåll- fastheten. Valet av lämpliga skyddsskikt beror därvid på valet av höljesrörmaterialet, vilket vanligen är en zirkoniumlegering, samt på kärnbränslets sammansättning.

Avslutningsvis bör observeras att det även är möjligt att enligt det ifrågavarande förfarandet behandla redan färdigställda kärnbränsle- stavar, dvs. sådana som redan innehåller sin kärnbränslefyllning. I detta fall måste exempelvis det oxiderande medlet införas redan före höljesrörets slutgiltiga förslutning. Detta kan därvid vara så sam- mansatt att det samtidigt under kärnreaktorbränslestavarnas drift sörjer för dessas s.k. för-innertryck.

Claims (7)

s 7808341-7 PATENTKRAV

1. Sätt att applicera ett skyddsskikt på innerväggen av höljes- rören hos kärnreaktorbränslestavar av zirkoniumlegering, k ä n n e - t e c k n a t av att man vid en temperatur av 300 till 50000 utsätter höljesrören för ett sådant inre tryck att de i beroende av sin geometriska dimensionering inom det elastiska området deformeras till nära flytgränsen och att under det att detta tillstånd råder ett tidigare i höljesrörets inre infört medium reagerar med höljes- rörets innervägg för att bilda skyddsskiktet.

2. Sätt enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att det införda mediet samtidigt används för att bygga upp trycket i det i båda ändarna tillslutna höljesröret.

3. Sätt enligt kraven 1 och 2, k ä n n e t e c k n a t av att såsom medium används en på lämpligt sätt avpassad mängd vatten, vars ånga bildar ett skyddsskikt av zirkoniumdioxid på höljesrörets innervägg.

4. N. Sätt enligt kraven 1 och 2, k ä n n e t e c k n a t av att såsom medium används en på lämpligt sätt avpassad mängd H202, vars ånga och frigjorda till en början atomära syre bildar ett skyddsskikt av zirkoniumdioxid på höljesrörets innervägg.

5. Sätt enligt kraven 1 till H, k ä n n e t e c k n a t av att höljesröret på den ena sidan medelst svetsning redan är försett med den slutliga bränslestavändgaveln och att mediet därefter i avpassad mängd införes och att den andra höljesröränden förses med en provi- sorisk förslutning samt att man genom därpå följande uppvärmning medelst i och för sig kända hjälpmedel - exempelvis en ugn - för- ångar det införda mediet och bringar detta att reagera med höljes- innerväggen, varefter förslutningen efter loppet av den empiriskt bestämda uppbyggnadstiden för skyddsskiktet och avkylning av höljes- röret åter avlägsnas.

6. Sätt enligt kraven 1 och 5, k ä n n e t e c k n a t av att man för tryckuppbyggnaden och skyddsskiktbildningen inför olika, företrädesvis gasformiga ämnen resp. gasavgivande ämnen i höljes- röret.

7. Sätt enligt kraven 1 till 6, k ä n n e t e c k n a t av att höljesröret redan är fyllt med kärnbränsletabletter och är slutligt förseglat med de slutliga ändgavlarna.