DE1238589B

DE1238589B - Verfahren zum Herstellen von gekapselten Brennstoffstaeben fuer Kernreaktoren

Info

Publication number: DE1238589B
Application number: DEA47703A
Authority: DE
Inventors: Constan Glandin; Kenneth Sigfridsson
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1963-12-04
Filing date: 1964-11-27
Publication date: 1967-04-13

Description

Verfahren zum Herstellen von gekapselten Brennstoffstäben für Kernreaktoren Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von gekapselten Brennstoffstäben für Kernreaktoren, wobei die Kapsel aus einem Rohr besteht, das mindestens an einem Ende durch einen angeschweißten Pfropfen verschlossen ist und der Pfropfen einen Druckausgleichkanal aufweist.
Die Brennstoffstäbe in einem Kernreaktor müssen mit einer vollständig dichten Kapsel versehen sein, die den Brennstoff umschließt. Die Kapsel hat oft die Form eines Rohres, das meist an beiden Enden durch einen mit dem Rohr verschweißten Pfropfen verschlossen ist. Dieser ist gewöhnlich mit so genauer Passung vom Rohr umschlossen, daß eine annähernd gasdichte Verbindung schon ohne Schweißen erhalten wird. Dies hat aber zur Folge, daß durch die Schweißwärme das im Rohr befindliche Gas erwärmt und im Rohr ein starker Innendruck erzeugt wird, der die Schweißarbeit beträchtlich erschweren kann. Um das Entstehen eines solchen Druckes zu vermeiden, ist es an und für sich bei Brennstoffelementen bekannt, eine Ausströmöffnung, d. h. einen Druckausgleichkanal, im Pfropfen vorzusehen, der das Entweichen von Gasen zuläßt, wenn der bzw. die Pfropfen mit dem Rohr verschweißt werden. Es ist jedoch nicht gleichgültig, wo der Kanal angeordnet wird, denn er soll weder die Konstruktion schwächen noch einen zusätzlichen Arbeitsgang bedingen, wenn er geschlossen werden soll. Nach einem bekannten Vorschlag hat der Pfropfen eine zentrale Bohrung und ein Druckausgleichröhrchen, das nach Beendigung des Schweißvorganges abgeschmolzen wird. Das erfordert aber einen zusätzlichen Arbeitsgang. Um diesen zu vermeiden, hat man in dem Pfropfen eine zum Druckausgleich dienende Kapillare angebracht, die während des Schweißvorganges mit Hilfe eines Lotes verschlossen wurde, das von -der Schweißstelle zwischen Rohr und Pfropfen erwärmt wird.. Es ist aber hierbei schwierig zu vermeiden, daß die Kapillare vorzeitig geschlossen wird. Außerdem ist es schwer möglich, ein Lot zu finden, das den besonderen Betriebsverhältnissen eines Brennstoffstabes genügt.
Aufgabe der Erfindung ist, ein Herstellungsverfahren für Brennstäbe zu schaffen, bei dem ohne Schwächung der Konstruktion oder Komplizierung des Schließvorganges erreicht wird, daß die in der Kapsel eingeschlossenen Gase nicht störend auf das Verschweißen des Pfropfens einwirken, und bei dem außerdem die in der Hülle befindliche Luft in einer einfachen Weise durch inerte Gase, bespielsweise durch Helium, ersetzt werden kann. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der den Druckausgleichkanal bildende Pfropfen an seinem Umfang mit einem Ausschnitt versehen und der Druckausgleichkanal beim Anschweißen des Pfropfens erst am Ende des Schweißvorganges zugeschweißt wird. Da der Ausschnitt am Umfang liegt und eine sehr kleine Erstreckung hat, wird er beim Festschweißen des Pfropfens automatisch wieder gefüllt.
Wenn man die Kapsel mit einem inerten Gas zu füllen wünscht, werden die Brennstoffstäbe in einen Raum gestellt, der evakuiert wird. Dabei strömt auch die innerhalb der Kapsel befindliche Luft durch den Ausströmkanal im Pfropfen hinaus. Wenn im wesentlichen die ganze Luft aus dem genannten Raum herausgepumpt ist, wird beispielsweise Helium unter atmosphärischem Druck zugeführt, wobei dieses Gas auch den inneren Hohlraum der Kapselung ausfüllt. Das Anschweißen des Pfropfens wird in dem mit Helium gefüllten Raum ausgeführt, was zur Folge hat, daß die Schweißfuge eine sehr gute Qualität bekommt. Gleichzeitig regelt der kleine Ausströmkanal den Druck innerhalb der Kapsel, so daß dort kein überdruck entsteht, der das Schweißmaterial wegbläst.
Ein nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellter Brennstoffstab ist im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt F i g. 1 einen Axialschnitt durch das eine Ende eines erfindungsgemäßen Brennstoffstabes und F i g. 2 einen Schnitt nach Linie B-B in F i g. 1. In den Figuren bezeichnet 1 ein die Kapsel bildendes Rohr mit Pfropfen 2. Der Brennstoff selbst besteht aus mehreren Urandioxydblöcken, die mit 3 bezeichnet sind. Der Endpfropfen 2 hat einen kurzen Hals 4, der mit Preßsitz in das Rohr 1 eingesetzt ist, und einen Kopf 5, dessen Durchmesser ungefähr gleich dem Außendurchmesser des Rohres 1 ist. Der Pfropfen 2 hat weiter einen Auschnitt 6 in Segmentform, der sich ungefähr gleich weit in axialer Richtung in den Kopf hineinerstreckt wie in radialer Richtung in den Hals 4. Dieser Ausschnitt bildet einen Druckausgleichkanal7 zwischen dem Kapselrohr 1 und dem Pfropfen 2, durch den die in der Kapsel eingeschlossenen Gase austreten können. Der gezeigte Ausschnitt ist sehr klein, damit der Preßsitz zwischen dem Rohr 1 und dem Pfropfen 2 nicht beeinf7ußt und die fertige Schweißnaht möglichst gleichmäßig längs des ganzen Umfanges des Rohres wird. Im Druckausgleichkanal7 ist der größte Abstand zwischen dem Rohr 1. und dem Pfropfen 2 von der Größenordnung 0,1 mm. Der Abstand soll höchstens 0,5 mm, vorzugsweise 0,2 mm, betragen.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Herstellen gekapselter Brennstoffstäbe für Kernreaktoren, wobei die Kapsel aus einem Rohr besteht, das mindestens an einem Ende durch einen angeschweißten Pfropfen verschlossen ist und der Pfropfen einen Druckausgleichkanal aufweist, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß der den Druckausgleichkanal (7) bildende Pfropfen (2) an seinem Umfang mit einem Ausschnitt (6) versehen und der Druckausgleichkanal beim Anschweißen des Pfropfens erst am Ende des Schweißvorganges zugeschweißt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum der Kapsel (1, 2) durch den Ausströmkanal (7) evakuiert und ihm danach ein inertes Gas zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapsel (1, 2) bei der Schweißung in einer Atmosphäre gehalten wird, die ebenso beschaffen ist wie das in der Kapsel befindliche Gas.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausschnitt (6) des Pfropfens (2) Segmentform gegeben wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Ausschnittes (6) ein radialer Abstand zwischen dem Kapselrohr (1) und dem Pfropfen (2) von höchstens 0,5 mm vorgesehen ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Pfropfen (2) und das Kapselrohr (1) so bemessen werden, daß zwischen ihnen ein Preßsitz besteht. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1086 819; britische Patentschrift Nr. 932 623.