<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zur Herstellung von Brennstoffelementen für Kernreaktoren
EMI1.1
besseres Ausfüllen des verbleibenden Raumes unter Vermeidung von Hohlräumen zu erzielen, so dass die Wärmeableitung aus den Brennstoffelementen so weitgehend als nur möglich vergrössert werden kann.
Die durch das erfindungsgemässe Verfahren hergestellten Brennstoffelemente besitzen in Anbetracht der vollständigen Ausfüllung des Raumes zwischen Brennstoff und Behälter somit eine bedeutend höhere Wärmeaustauschfähigkeit als jene bekannten Brennstoffelemente, bei welchen zur Erhöhung der Wärme- austauschkapazität Metallscheiben zwischen Brennstoffstücken angeordnet und am Behälter angelötet oder
<Desc/Clms Page number 2>
angeschweisst sind und bei welchen in Anbetracht der zwischen den Brennstoffstücken einerseits und dem Metallbehälter anderseits verbleibenden Luftschichten es nicht möglich ist, die Wärmeaustauschfähigkeit auf das durch die Erfindung erzielte Ausmass zu steigern.
Die Verwendung von scheibenförmigen Stücken aus metallischem Wärmeaustauschmedium ist praktisch. Die Brennstoffstücke besitzen normalerweise die Form kurzer zylindrischer Stäbe und Scheiben aus metallischem Wärmeaustauschmedium können beispielsweise durch Ausstanzen derselben aus einem entsprechenden Metallblech leicht hergestellt werden. Der Durchmesser dieser Scheiben kann so gewählt werden, dass er genau oder angenähert dem Durchmesser der zylindrischen Brennstoffstäbe entspricht. Die erforderliche Dicke des Bleches kann unter Berücksichtigung der Länge der Brennstoffstäbe und des Spaltes zwischen den Brennstoffstäben und der Behälterwand leicht voraus berechnet werden.
Bei Berechnung der Stärke des Bleches wird meist ein Zuschlag gemacht um sicherzustellen, dass das metallische Wärmeaus tauschmedium, nachdem es niedergeschmolzen wurde und die Brennstoffstäbe aneinander gedrückt sind, den obersten der Brennstoffstäbe bedeckt. Darüber hinaus muss selbstverständlicherweise berücksichtigt werden, ob beim Füllen des Behälters die Scheiben des Wärmeaustauschmediums zwischen alle Brennstoffstäbe eingelegt oder mit grösserem Abstand eingelegt werden.
Das Füllen des Behälters mit Scheiben aus Wärmeaustauschmaterial und Brennstoffstäben kann von Hand aus, mechanisch oder gewünschtenfalls auch automatisch, beispielsweise unter Verwendung einer Vibrationseinrichtung, welcher die Brennstoffstäbe und die Scheiben aus Wärmeaustauschmaterial abwechselnd aus zwei Lagerbehältern zugeführt werden, vorgenommen werden.
Nachdem der Behälter, wie beschrieben, gefüllt worden war, wird er zwecks Niederschmelzens des Wärmeaustauschmediums erhitzt. Das Erhitzen kann dadurch vorgenommen werden, dass der Behälter in einen vertikalen Ofen eingesenkt wird. Es ist jedoch vorteilhafter, wenn gemäss der Erfindung, das Nieder-
EMI2.1
des Wärmeaustauschmediums 0durchDurchschieben der Brennstoffelemente mit einerWärmeaustauschmedium beginnend von einem Ende und endigend am andern Ende, zonenweise niederschmilzt.
In diesem Falle kann das Erhitzen ohne grosse Kosten in einer einfachen Vorrichtung vorgenommen werden und es ist darüber hinaus auch leicht, dafür zu sorgen, dass die Luft aus den zwischen den Brennstoffstäben und dem Behälter befindlichen Hohlräumen entweicht.
Um sicherzustellen, dass die Luft entweicht und die Brennstoffstäbe so dicht als möglich gepackt werden, werden erfindungsgemäss die Brennstoffbehälter während des Erhitzens in Schwingungen versetzt.
Ein noch weitergehendes Austreiben der Luft aus den BrenllStoìíbel1ältern kann erfindungsgemäss durch Erzeugung eines Vakuums in den Behältern erreicht werden. Um eine dichte Packung der Brennstoffstäbe im Behälter zu erzielen und auch um zu verhindern, dass zwischen einzelnen Brennstoffstäben oder zwischen den Stäben und der Behälterwand Hohlräume entstehen, kann erfindungsgemäss so vorgegangen werden, dass während des Erhitzens in das obere Ende des Behälters eine Druckvorrichtung eingeführt wird, von welcher ein Ende relativ zum Behälter fest angeordnet ist und das andere Ende eine durch eine Feder belastete Abstützung aufweist, welche gegen das oberste Brennstoffstück drückt.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann in allen jenen Fällen angewendet werden, wo es gewünscht wird, einen Strang von Brennstoffstäben mit einem metallischen Wärmeaustauschmedium zu umgeben.
Das erfindungsgemässeVerfahren ist jedoch besonders in Zusammenhang mit einer Verwendung von kera- mischen Brennstoffen, wie z. B. Uranoxyd oder Thoriumoxyd, welche üblicherweise in Form kurzer zylindrischer Stäbe erzeugt werden, besonders vorteilhaft.
Als metallische Wärmeaustauschmedia sind alle Metalle und Metallegierungen mit den geeigneten kernphysikalischen Eigenschaften und einem Schmelzpunkt unterhalb einer den Brennstoff oder den Behälter beeinträchtigenden Temperatur brauchbar. Gewünschtenfalls können Metallegierungen, beispielsweise Natrium-Kalium-Legierungen mit einem Schmelzpunkt unterhalb Raumtemperatur verwendet werden. In solchen Fällen erfolgt das Füllen des Behälters unter Kühlung und das Erwärmen des gefüllten Behälters wird durch Stehenlassen des Behälters, beispielsweise bei Raumtemperatur, durchgeführt.
Im allgemeinen sind jedoch Metalle mit einem Schmelzpunkt oberhalb Raumtemperatur vorzuziehen.
Die als Austauschmedia verwendeten Metalle bzw. Metallegierungen sollen jedoch vorzugsweise bei der Arbeitstemperatur der Brennstoffelemente in geschmolzenem Zustand vorliegen. Als für den vorliegenden Verwendungszweck geeignete Metalle sind Blei, Zinn. Antimon und Wismut und auch Legierungen dieser Metalle zu erwähnen.
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden Zusammenhang mit der Zeichnung dargestellt, in welcher ein Brennstoffelement während des Erhitzens dargestellt ist.
<Desc/Clms Page number 3>
Das Brennstoffelement besteht aus einem zylindrischen Behälter 1 der am Boden mit einem Stopfen 2 verschlossen ist. Der Behälter wird mit Brennstoffstäben 3 gefüllt, zwischen welchen Scheiben 4 aus einem metallischen Wärmeaustauschmedium gelegt werden. Am oberen Ende des Behälters 1 ist eine Druckvor- richtung vorgesehen, welche aus einer Anschlussscheibe 5 und einer durch eine Feder 7 belasteten Druck- fläche 6 besteht. Die Anschlussscheibe 5 und die Druckfläche 6 sind so bemessen, dass Luft aus dem Be- hälter l entweichen kann. So kann beispielsweise die Verbindungsscheibe 5 durchlocht sein, während die
Druckfläche 6 von einer Scheibe gebildet sein kann, welche nicht eng an der Wand anliegt. Am oberen
Ende weist der Behälter 1 ein Rohr 8 auf, welches zu einer Luftpumpe führt, mit welcher ein Vakuum im
Behälter hergestellt werden kann.
Zwecks Erwärmung des Behälters 1 wird dieser in Richtung des Pfeiles 9 in eine Heizzone 10 einge- schoben. so dass die Scheiben 4 der Reihe nach niedergeschmolzen werden. Wegen des durch die Druck- vorrichtung erzeugten Druckes und wegen der durch einen Vibrator 11 erzeugten Schwingungen, wird das geschmolzene Metall der Scheiben 4 in den Raum zwischen Brennstoffstäben und Behälter 1 gedrückt, wo- bei die Brennstoffstäbe gleichzeitig dicht gepackt werden. Da das Niederschmelzen der Scheiben 4 und das Ausfüllen des Raumes vom Boden des Brennstoffbehälters aus nach oben zu aufeinanderfolgt, besteht kein Hindernis für das Entweichen der Luft, welches noch durch die Evakuierung des Behälterinneren über die Pumpleitung 8 unterstützt wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Brennstoffelementen für Kernreaktoren, welche in einem Behälter angeordnete, übereinander geschichtete und mit einem metallischen Wärmeaustauschmedium umgebene Brennstoffstücke aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass Brennstoffstücke und scheibenförmige Stücke aus dem metallischen Wärmeaustauschmedium abwechselnd in den Behälter eingebracht werden, worauf das Brennstoffelement zwecks Niederschmelzens des Wärmeaustauschmediums, gegebenenfalls unter Anwendung eines geeigneten Druckes auf die Brennstoffstücke, erhitzt wird.