DE2842198B2

DE2842198B2 - Nuclear fuel element

Info

Publication number: DE2842198B2
Application number: DE2842198A
Authority: DE
Inventors: Joseph Sam Saratoga Calif. Armijo; Louis Fussell Schenectady N.Y. Coffin Jun.
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1977-09-30
Filing date: 1978-09-28
Publication date: 1981-05-14
Also published as: JPS59187288A; SE8501226D0; SE7810262L; DE2842198A1; JPS6026992B2; ES473648A2; SE8501226L; JPS6362716B2; GB1569078A; SE9200755D0; IT1109520B; SE9200755L; IT7827891A0; BE870342R; SE440962B; SE467462B; JPS5459600A

Description

Die Erfindung betrifft ein Kernbrennstoffelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 der Hauptanmeldung P 25 50 029.2.The invention relates to a nuclear fuel element according to the preamble of claim 1 of Main registration P 25 50 029.2.

Nach der Patentanmeldung P 25 50 029.2 wird vorteilhaft im wesentlichen reines Zirkon, insbesondere Zirkon mit einem Gehalt von weniger als 1000 ppm und noch bevorzugter mit weniger als 500 ppm an Verunreinigungen tür die Schutzschicht eingesetzt, um die Hülle des Kernbrennstoffelementes vor Beschädigungen zu schützen und dabei gleichzeitig Reaktionen des Materials der Schutzschicht mit dem Hüllenmaterial zu vermeiden und durch das Material der Schutzschicht nur eine geringe Neutronenabsorption und eine ausreichende plastische Deformierbarkeit zu haben.According to patent application P 25 50 029.2, essentially pure zirconium, in particular, is advantageous Zircon with a content of less than 1000 ppm and more preferably less than 500 ppm Impurities door the protective layer used to protect the shell of the nuclear fuel element from damage to protect and at the same time reactions of the material of the protective layer with the shell material to avoid and due to the material of the protective layer only a low neutron absorption and a to have sufficient plastic deformability.

Ein derart reines Zirkon ist jedoch verhältnismäßig teuer. Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, bei dem Kernbrennstoffelement der eingangs genannten Art das im wesentlichen reine Zirkon nach Patentanmeldung P 25 50 029.2 durch ein billigeres und doch wirksames Material zu ersetzen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.However, such a pure zircon is relatively expensive. The present invention was therefore the The object of the nuclear fuel element of the type mentioned above is the essentially pure To replace zircon according to patent application P 25 50 029.2 with a cheaper yet effective material. According to the invention, this object is achieved by the characterizing part of claim 1.

Die Schutzschicht des erfindungsgemäßen Brennstoffelementes ergibt keine merklichen Probleme hinsichtlich des Neutroneneingangs, der Wärmeübertragung oder der Materialunverträglichkeit.The protective layer of the fuel element according to the invention does not give rise to any noticeable problems with regard to neutron input, heat transfer or material incompatibility.

Ein besonders wirksames Kernbrennstoffelement zur Verwendung im Kern eines Kernreaktors weist eine Hülle aus einer Zirkoniumlegierung auf, in der die Bestandteile außer Zirkonium in einer Menge von mehr als 5000 ppm vorliegen und die Schutzschicht besteht aus Zirkoniumschwamm, der metallurgisch mit der Innenseite der Hülle aus der Zirkoniumlegierung verbunden ist. Die so erhaltene Verbundhülle schließt das Kernbrennstoffmaterial so ein, daß ein Spalt zwischen dem Brennstoff und der Verbundhülle bleibt. Die Schutzschicht schirmt die Hülle vor dem darin enthaltenen Kernbrennstoffmaterial als auch den Spaltprodukten und Gasen ab. Die Schutzschicht macht 1 — 30% der Dicke der Verbundhülle aus. Eine Schutzschicht von weniger als etwa 1% der Dicke der Verbundhülle ist bei der Herstellung im kommerziellen Maßstabe schwer zu erhalten und eine Schutzschicht mit mehr als 30% der Dicke der Verbundhülle ergibt hinsichtlich der über 30% hinausgehenden Dicke keinen weiteren Nutzen. Das Zirkonium der Schutzschicht bleibt während der Bestrahlung weich, minimalisiert örtüche Spannungen innerhalb des Kernbrennstoffelementes und schützt so die Hülle vor Spannungskorrosionsrissen oder Flüssigkeits-Metallversprödung. Der Hüllenteil der Verbundhülle ist gegenüber den üblichen Hüllenteilen für diesen Zweck unverändert und wird aus den üblichen Materialien dafür, wie Zirkoniumlegierungen, ausgewählt.A particularly effective nuclear fuel element for use in the core of a nuclear reactor has a Sheath made of a zirconium alloy in which the components except zirconium in an amount of more present than 5000 ppm and the protective layer consists of zirconium sponge, which is metallurgical with the Inside of the shell is connected from the zirconium alloy. The composite shell obtained in this way closes the nuclear fuel material so that a gap remains between the fuel and the composite can. The protective layer shields the shell from the nuclear fuel material contained therein as well as the Fission products and gases. The protective layer makes up 1 - 30% of the thickness of the composite shell. One Protective layer less than about 1% of the thickness of the composite shell is commercially available in manufacture Difficult to maintain scale and gives a protective layer greater than 30% of the thickness of the composite shell with regard to the thickness exceeding 30%, none further benefits. The zirconium of the protective layer remains soft and minimized during the irradiation local stresses within the nuclear fuel element and thus protects the shell from stress corrosion cracks or liquid-metal embrittlement. The shell part of the composite shell is opposite to the usual Shell parts unchanged for this purpose and is made from the usual materials for this, such as zirconium alloys, selected.

Das Herstellen der Verbundhülle erfolgt in Analogie zu den in Patentanmeldung P 25 50 029.2 beschriebenen Verfahren.The composite shell is produced in analogy to that described in patent application P 25 50 029.2 Procedure.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigtIn the following the invention is explained in more detail with reference to the drawing. In detail shows

Fig. 1 eine teilweise weggeschnittene Schnittansicht einer Kernbrennstoff-Kassette mit erfindungsgemäßen Kernbrennstoffelementen, undFig. 1 is a partially cut-away sectional view a nuclear fuel cassette with nuclear fuel elements according to the invention, and

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht des erfindungsgemäßen Kernbrennstoffelementes nach F i g. 1.FIG. 2 is an enlarged sectional view of the nuclear fuel element according to the invention according to FIG. 1.

In F i g. 1 ist die Kernbrennstoff-Kassette 10 gezeigt, die einen rohrförmigen Strömungskanal 11 allgemein quadratischen Querschnitts aufweist und an ihrem oberen Ende mit einem Hebebügel 12 und an ihrem unteren Ende mit einem nicht dargestellten Nasenstück versehen ist. Das obere Ende des Kanals 11 ist bei 13 offen und das untere Ende des Nasenstückes ist mit Kühlmittel-Strömungsöffnungen versehen. Eine Reihe von Brennstoffelementen 14 ist innerhalb des Kanals U eingeschlossen und dort mittels einer oberen und einer unteren (nicht dargestellten) Halteplattc 15 versehen. Das flüssige Kühlmittel tritt üblicherweise durch die Öffnungen in das untere Ende des Nasenstückes ein, gelangt an den Brennstoffelementen 14 entlangfließend nach oben und verläßt die Kassette durch den oberen Auslaß 13 in teilweise verdampftem Zustand bei Siedereaktoren oder in unverdampftem Zustand mit erhöhter Temperatur bei Druckreaktoren.In Fig. 1 shows the nuclear fuel cassette 10, which has a tubular flow channel 11 generally square cross-section and on her upper end with a lifting bracket 12 and at its lower end with a nosepiece, not shown is provided. The upper end of the channel 11 is open at 13 and the lower end of the nosepiece is with Provided coolant flow openings. A number of fuel elements 14 are within the channel U enclosed and provided there by means of an upper and a lower (not shown) holding plate 15. The liquid coolant usually enters the lower end of the nosepiece through the openings, flows up along the fuel elements 14 and exits the cassette through the upper one Outlet 13 in the partially vaporized state with boiling reactors or in the non-vaporized state elevated temperature in pressure reactors.

Die Kernbrennstoffelemente 14 sind an ihren Enden mittels Endverschlüssen 18 abgedichtet, die durch Schweißen mit dem Mantel 17 verbunden sind und diese Endverschlüsse können Bolzen 19 aufweisen, um die Montage der Brennstoffelemente in der Kassette zu erleichtern. An einem Ende des Brennstoffelements ist ein Leerraum 20 vorgesehen, um die Längsausdehnung des Brennsloffmateiials und die Ansammlung von Brennstoffmaterial abgegebener Gase zu gestatten. In diesem Hohlraum 20 ist eine Einrichtung in Form einer Feder 24 angeordnet, um die axiale Verschiebung der Brennstoffkolonne, insbesondere während der Handhabung und des Transportes des Brennstoffelements, möglichst zu verhindern.The nuclear fuel elements 14 are sealed at their ends by means of end closures 18 which pass through Welding are connected to the jacket 17 and these terminations can have bolts 19 to the To facilitate assembly of the fuel elements in the cassette. At one end of the fuel element is a void 20 is provided to accommodate the longitudinal extent of the fuel material and the accumulation of To allow fuel material emitted gases. In this cavity 20 is a device in the form of a Spring 24 arranged to the axial displacement of the fuel column, especially during handling and the transport of the fuel element, to prevent as much as possible.

Das Brennstoffelement ist so gebaut, daß ein ausgezeichneter thermischer Kontakt zwischen der Verbundhülle und dem Brennstoffmaterial besteht, ein Minimum an parasitärer Neutronenabsorption stattfindet und das Element stabil ist gegenüber Durchbiegen und Vibration, die gelegentlich durch die Kühlmittelströmung bei hoher Geschwindigkeit verursacht werden. The fuel element is designed so that there is excellent thermal contact between the Composite shell and the fuel material, a minimum of parasitic neutron absorption takes place and the element is stable against deflection and vibration occasionally caused by the coolant flow caused at high speed.

Eines der Kernbrennstoffelemente 14 ist teilweise aufgeschnitten in Fig. 1 gezeigt. Dieses Kernbrenn-One of the nuclear fuel elements 14 is shown partially cut away in FIG. 1. This nuclear fuel

Stoffelement schließt einen Körper 16 aus Kernbrennstoffmaterial ein, das im vorliegenden Falle aus mehreren Brennstoffpellets aus spaltbarem und/oder Brutmaterial besteht, das innerhalb einer Verbundhülle 17 angeordnet ist. In einigen Fälle:) können die Brennstoffpellets verschiedene Gestalten haben, wie die eines Zylinders oder einer Kugel und in anderen Fällen können auch verschiedene Brennstofformen benutzt werden, wie teilchenförmiger Brennstoff. Die physische Form des Brennstoffes ist für die vorliegende Erfindung ' ;> unwesentlich. Es können verschiedene Kernbrennstoffmaterialien benutzt werden, einschließlichlich Uranverbindungen, Plutoniumverbindungen, Thoriumverbindungen und deren Mischungen. Ein bevorzugter Brennstoff ist Urandioxid oder eine Mischung aus r· Urandioxid und Plutoniumdioxid.Fabric element includes a body 16 of nuclear fuel material, which in the present case excludes several fuel pellets made of fissile and / or breeding material, which within a composite shell 17 is arranged. In some cases :) the fuel pellets can have different shapes like that a cylinder or a sphere and in other cases different forms of fuel can also be used like particulate fuel. The physical form of the fuel for the present invention is';> insignificant. Various nuclear fuel materials can be used including uranium compounds, Plutonium compounds, thorium compounds and mixtures thereof. A preferred one Fuel is uranium dioxide or a mixture of r · uranium dioxide and plutonium dioxide.

Das den zentralen Körper 16 des Kernbrennstoffelements 14 bildende Kernbrennstoffmaterial ist, wie in Fi g. 2 ersichtlich, von einer Verbundhülle 17 umgeben. Diese Verbundhülle 17 schließt den Kc-per 16 so ein, ;ί daß während der Verwendung des Elements in einem Kernreaktor ein Spalt 23 zwischen Körper und Verbundhülle vorhanden ist. Die Verbundhülle besteht aus einer Hülle 21 aus einer Zirkoniumlegierung, die in einer bevorzugten Ausführungsform Zircaloy-2 ist. Mit ■?"> der inneren Oberfläche der Legierungshülle ist eine Schutzschicht 22 verbunden, die eine Abschirmung zwischen der Legierungshülle 21 und dem darin enthaltenen Körper 16 aus Kernbrennstuffmaterial bildet. Die Schutzschicht besteht aus mäßig reinem )■> Zirkonium, wie Zirkoniumschwamm mit einer geringen Neutronenabsorption. Die Schutzschicht 22 schützt den Hüllenteil der Verbundhülle vor der Berührung und der Umsetzung mit Gasen und Spaltprodukten und verhindert das Auftreten örtlicher Belastungen. ι ·The nuclear fuel material forming the central body 16 of the nuclear fuel element 14 is as shown in FIG Fi g. 2 can be seen, surrounded by a composite shell 17. This composite shell 17 includes the Kc-per 16 so,; ί that during the use of the element in a nuclear reactor, a gap 23 between the body and Composite shell is present. The composite shell consists of a shell 21 made of a zirconium alloy, which in a preferred embodiment is Zircaloy-2. With ■? "> The inner surface of the alloy shell is bonded to a protective layer 22 which provides a shield between the alloy shell 21 and the body 16 of nuclear fuel material contained therein forms. The protective layer consists of moderately pure) ■> Zirconium, such as zirconium sponge with low neutron absorption. The protective layer 22 protects the Shell part of the composite shell before contact and reaction with gases and fission products and prevents the occurrence of local stresses. ι ·

Der Gehalt an Verunreinigungen in der Schutzschicht aus mäßig reinem Zirkonium ist wichtig und dient dazu, der Schutzschicht besondere Eigenschaften zu verleihen. Das mäßig reine Zirkonium enthält mindestens 1000 ppm (bezogen auf das Gewicht) und weniger als -w 5000 ppm an Verunreinigungen und vorzugsweise weniger als etwa 4200 ppm. Von diesen Verunreinigungen ist Sauerstoff in dem Bereich von etwa 200 bis etwa 1200 ppm gehalten. Alle anderen Verunreinigungen befinden sich innerhalb des normalen Bereiches für ί> kommerzielles Schwammzirkonium für Kernreaktoren und haben die folgenden aufgeführten Werte:The level of impurities in the protective layer of moderately pure zirconium is important and serves to to give the protective layer special properties. The moderately pure zirconium contains at least 1000 ppm (by weight) and less than -w 5000 ppm of impurities and preferably less than about 4200 ppm. From these impurities oxygen is maintained in the range of about 200 to about 1200 ppm. All other impurities are within the normal range for ί> commercial sponge zirconium for nuclear reactors and have the following listed values:

Aluminium 75 ppm oder weniger. Bor 0,4 ppm oder weniger, Kadmium 0,4 ppm oder weniger, Kohlenstoff 270 ppm oder weniger, Chrom 200 ppm oder weniger, w Kobalt 20 ppm oder weniger, Kupfer 50 ppm oder weniger, Hafnium 100 ppm oder weniger, Wasserstoff 25 ppm oder weniger, Eisen 1500 ppm oder weniger, Magnesium 20 ppm oder weniger, Mangan 50 ppm oder weniger, Molybdän 50 ppm oder weniger. Nickel '">'> 70 ppm oder weniger, Niob 100 ppm oder weniger, Stickstoff 80 ppm oder weniger, Silizium 120 ppm oder weniger, Zinn 50 ppm oder weniger, Wolfram 100 ppm oder weniger, Titan 50 ppm oder weniger und Uran 3,5 ppm oder weniger. <x)Aluminum 75 ppm or less. Boron 0.4 ppm or less, cadmium 0.4 ppm or less, carbon 270 ppm or less, chromium 200 ppm or less, cobalt 20 ppm or less, copper 50 ppm or less less, hafnium 100 ppm or less, hydrogen 25 ppm or less, iron 1500 ppm or less, Magnesium 20 ppm or less, manganese 50 ppm or less, molybdenum 50 ppm or less. Nickel '">'> 70 ppm or less, niobium 100 ppm or less, nitrogen 80 ppm or less, silicon 120 ppm or less less, tin 50 ppm or less, tungsten 100 ppm or less, titanium 50 ppm or less, and uranium 3.5 ppm or less. <x)

Bei der Verbundhülle des Kernbrennstoffelements der vorliegenden Erfindung ist die Schutzschicht mit dem Hüllenteil in einer festen Bindung verbunden. Die metallografische Untersuchung zeigt, daß es ausreichend Diffusion zwischen den Materialien des Hüllen- *>5 teiles und der Schutzschicht gibt, um eine Bindung zu bilden, aber keine Diffusion weg von dem Bereich der Bindung.In the composite shell of the nuclear fuel element of the present invention, the protective layer is with connected to the shell part in a firm bond. The metallographic examination shows that it is sufficient Diffusion between the materials of the shell- *> 5 part and the protective layer there to form a bond, but no diffusion away from the area of the Binding.

Es wurde festgestellt, daß Zirkoniummetallschwamm eine Schutzschicht in der Verbundhülk.* oildet, die in hohem Maße beständig ist gegenüber Strahlungshärtung und dies gestattet es der Schutzschicht auch nach längerer Bestrahlung die erwünschten Eigenschaften aufrechtzuerhalten, wie Streckgrenze und Härte, die btlrächtlich geringer sind als in üblichen Zirkoniumlegierungen. Die Schutzschicht härtet nicht so sehr wie übliche Zirkoniumlegierungen, wenn sie Betrahlung ausgesetzt sind und dies zusammen mit ihrer anfänglich geringen Streckgrenze gestattet es der Schutzschicht sich plastisch zu deformieren und durch Pellets induzierte Spannungen im Brennstoffelement während vorübergehender Spitzenbelastungen aufzunehmen und abzubauen. Die durch Pellets induzierten Belastungen im Brennstoffelement können z. B. durch Quellen der Pellets aus Kernbrennstoff bei den Reaktorbetriebstemperaturen von 300—350°C Zustandekommen, wodurch das Pellet mit dem Mantel in Berührung kommt.It was found that zirconium metal sponge forms a protective layer in the composite shell, which is shown in is highly resistant to radiation hardening and this allows the protective layer to do so prolonged exposure to maintain the desired properties, such as yield strength and hardness, the are considerably lower than in conventional zirconium alloys. The protective layer does not harden as much as common zirconium alloys when exposed to radiation and this along with their initially The low yield strength allows the protective layer to deform plastically and through pellets absorb induced stresses in the fuel element during temporary peak loads and to dismantle. The loads induced by pellets in the fuel element can, for. B. by sources of Nuclear fuel pellets are produced at reactor operating temperatures of 300-350 ° C, whereby the pellet comes into contact with the jacket.

Es ist weiter festgestellt worden, daß eine Schutzschicht aus Zirkoniumschwamm mit einer vorzugsweisen Dicke von etwa 5—15% der Dicke der Verbundhülle und einer besonders bevorzugten Dicke von 10% der Verbundhülle bei Bindung an den Hüllenteil aus einer Zirkoniumlegierung eine Spannungsverminderung und einen Schutz bewirkt, die ausreichen. Fehler oder Versagen in der Verbundhülle zu verhindern.It has further been found that a protective layer of zirconium sponge with a preferred Thickness of about 5-15% of the thickness of the composite shell and a particularly preferred thickness of 10% of the Composite shell, when bonded to the shell part made of a zirconium alloy, reduces stress and a protection that is sufficient. To prevent errors or failures in the composite shell.

Zu den als brauchbare Legierungen für die Hülle dienenden Zirkoniurr legierungen gehören Zircaloy-2 und Zircaloy-4. Zircaloy-2 enthält auf Gewichisbasis etwa 1,5% Zinn, 0,12% Eisen, 0,09% Chrom und 0,005% Nickel und wird in Wasser-gekühlten Reaktoren in großem Umfange eingesetzt. Zircaloy-4 enthält weniger Nickel als Zircaloy-2. dafür aber mehr Eisen als dieses.The zirconium alloys which can be used as alloys for the shell include Zircaloy-2 and Zircaloy-4. Zircaloy-2 contains approximately 1.5% tin, 0.12% iron, 0.09% chromium and 0.005% on a weight basis Nickel and is used extensively in water-cooled reactors. Zircaloy-4 contains less Nickel as Zircaloy-2. but more iron than this.

Die für die erfindungsgemäßen Kernbrennstoffelemente eingesetzte Verbundhülle kann nach einem der folgenden Verfahren hergestellt sein:The composite shell used for the nuclear fuel elements according to the invention can be according to one of the the following processes:

1) Es wird ein Hohlkragen aus Zirkoniumschwamm in einen Hohlknüppel aus einer Zirkonlegierung eingeführt und das Ganze explosionsverbunden. Der Verbundstoff wird dann bei einer erhöhten Temperatur von etwa 540 bis etwa 750° C stranggepreßt und dabei die üblichen Rohrstrangpreßtechniken benutzt. Der stranggepreßte Verbundstoff wird dann einem Verfahren einschließlich üblichem Rohrverengen ausgesetzt, bis die erwünschte Größe der Verbundhülle erreicht ist.1) A hollow collar made of zirconium sponge is inserted into a hollow billet made of a zirconium alloy and the whole thing explosively. The composite is then at an elevated temperature extruded from about 540 to about 750 ° C using conventional pipe extrusion techniques. The extruded composite is then subjected to a process including conventional pipe necking exposed until the desired size of the composite shell is reached.

2) Es wird der Zirkoniumschwamm in einen Hohlknüppel aus der Zirkoniumlegierung eingesetzt und das Ganze für z. B. 8 Stunden auf z. B. 75O°C erhitzt, um eine Diffusionsverbindung zwischen dem Kragen und dem Knüppel zu erhalten. Der Verbundstoff wird dann in üblicher Weise stranggepreßt und der stranggepreßte Verbundstoff einem Verfahren einschließlich der üblichen Rohrverengung unterworfen, bis die erwünschte Größe der Verbundhülle erhalten ist.2) The zirconium sponge is inserted into a hollow billet made of the zirconium alloy and that Whole for z. B. 8 hours on z. B. 750 ° C heated to to obtain a diffusion bond between the collar and the billet. The composite is then extruded in a conventional manner and the extruded composite including a process subjected to the usual constriction of the pipe until the composite envelope is of the desired size is preserved.

3) Es wird ein Hohlkragen aus dem Zirkoniumschwamm in einen Hohlknüppel aus der Zirkoniumlegierung eingeführt und das Ganze wird nach üblichen Rohrstrangpreßtechniken extrudiert. Danach unterwirft man den extrudierten Verbundstoff einem Verfahren, das die übliche Rohrverengung einschließt, bis die erwünschte Größe der Verbundhülle erhalten ist.3) A hollow collar made of the zirconium sponge is inserted into a hollow billet made of the zirconium alloy and the whole is extruded by conventional pipe extrusion techniques. Thereafter the extruded composite is subjected to a process known as tube constriction until the desired composite envelope size is obtained.

Die vorgenannten Verfahren für die Herstellung der Verbundhülle für das erfindungsgemäße Kernbrenn-The aforementioned method for the production of the composite shell for the nuclear fuel according to the invention

stoffelcmcni ergeben wirtschaftliche Voneile gegenüber anderen Verfahren zur Herstellung solcher Verbundhüllen, wie das Elektroplattieren oder das Vakuumbedampfen.stoffelcmcni result in economic advantages over other methods of manufacturing such composite casings, such as electroplating or the Vacuum deposition.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kernbrennstoffelements wird aus einer wie beschrieben erhaltenen Verbundhülle ein Behälter hergestellt, der an einem Ende offen ist. Danach füllt man den Behälter mit einem Körper aus Kernbrennstoffmatcrial. wobei ein Spalt zwischen dem Körper und der Behälterinnenwand und ein Hohlraum am offenen Ende gelassen werden. In den Hohlraum führt man eine Einrichtung zum Festhalten des Kernbrennsioffmaterials ein, verschließt das offene Ende des Behälters, wobei man den Hohlraum in Verbindung mit dem Kernbrennstoff stehen läßt und verbindet dann den Verschluß mit dem Behälterende, um einen gasdichten Verschluß dazwischen herzustellen. For the production of the nuclear fuel element according to the invention, one obtained as described Composite shell made a container that is open at one end. Then you fill the container with a Nuclear fuel body. a gap between the body and the inner wall of the container and leaving a cavity at the open end. A holding device is inserted into the cavity of the nuclear fuel, closes the open end of the container, whereby the cavity is in Leaves connection with the nuclear fuel and then connects the closure to the end of the container, to create a gas-tight seal between them.

Das erfindungsgemäße Kernbrennstoffelement hat verschiedene Vorteile für eine lange Gebrauchsdauer, einschließlich der Verminderung der chemischen Wechselwirkung mit der Hülle, der Minimalisierung örtlicher Belastung auf die Hülle aus der Zirkoniumlegierung, der Minimalisierung der Spannungskorrosion und Dehnungskorrosion der Hülle und der Verringerung der Wahrscheinlichkeit des Versagens der Hülle durch Absplittern. Die Erfindung verhindert weiter das Sichausdehnen des Kernbrennstoffes bis zu einer direkten Berührung mit der Hülle aus der Zirkoniumlegierung, was neben der Vermeidung des Auftretens örtlicher Spannung in der Hülle das Einleiten oder Beschleunigen der Spannungskorrosion der Hülle und das Verbinden des Kernbrennstoffes mit der Hülle verhindert.The nuclear fuel element according to the invention has various advantages for a long service life, including the reduction of the chemical interaction with the shell, the minimization of local ones Load on the shell made of the zirconium alloy, the minimization of stress corrosion and expansion corrosion the envelope and reducing the likelihood of failure of the envelope Chipping. The invention further prevents the nuclear fuel from expanding to one direct contact with the shell made of zirconium alloy, which in addition to avoiding the occurrence local tension in the envelope initiating or accelerating stress corrosion of the envelope and prevents the bonding of the nuclear fuel to the shell.

Ein wesentlicher Punkt bei der Verbundhülle des erfindungsgemäßen Kernbrennstoffelements ist, daß die vorgenannten Verbesserungen erreicht werden, ohne daß ein beträchtlicher Nachteil hinsichtlich der Neutronenabsorption in Kauf zu nehmen ist. Eine solche Verbundhülle wird für Kernreaktoren leicht akzeptiert, da sie während eines Ausfalles von Kühlmittel oder eines Unfalles, bei dem der Steuerstab herabfällt, kein Eutektikum bilden würde. Außerdem weist die Verbundhülle nur eine geringfügig schlechtere Wärmeleitung auf als ein Element, in dem eine separate Folie oder Auskleidung benutzt wird.An essential point in the composite shell of the nuclear fuel element according to the invention is that the the aforesaid improvements can be achieved without a significant disadvantage in terms of neutron absorption is to be accepted. Such a composite shell is easily accepted for nuclear reactors, because it does not do anything during a coolant failure or an accident in which the control rod falls Would form eutectic. In addition, the composite shell has only a slightly poorer thermal conductivity on as an element in which a separate film or liner is used.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Nuclear fuel element consisting of a central body made of a nuclear fuel material in a sealed shell made of metal, such as stainless steel or zirconium alloys, which on its wall side facing the nuclear fuel has a protective layer made of metal, which metallurgically is connected to the shell wall, this protective layer consists of zirconium, according to patent application P 25 50 029.2, characterized in that that the zirconium of the protective layer impurities in an amount of at least Contains 1000 ppm to less than 5000 ppm

2. Nuclear fuel element according to claim 1, characterized in that the zirconium Protective layer is present in the form of a sponge.

3. Nuclear fuel element according to claim 1 or 2, characterized in that the oxygen content of the zirconium of the protective layer is in the range of 200 to about 1200 ppm.

4. Nuclear fuel element according to one of claims 1 to 3, characterized in that between there is a gap (23) between the protective layer (22) and the body (16) of nuclear fuel material.