DE3149445A1

DE3149445A1 - Fuel pellet

Info

Publication number: DE3149445A1
Application number: DE19813149445
Authority: DE
Inventors: Kiyozumi Toride Ibaraki Hayashi
Original assignee: Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan
Current assignee: Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan
Priority date: 1980-12-15
Filing date: 1981-12-14
Publication date: 1982-11-11
Also published as: JPS6049872B2; JPS57100377A

Abstract

Fuel pellet (6) for insertion in a fuel can in order to form a fuel element or fuel rod. The fuel pellet (6) has a belt-like projection (7) around its lateral circumference, which is essentially cylindrical. In the vertical direction, the upper and the lower edge of this belt-like projection (7) have an undulating shape. The projection (7) consists of the same material as the main body of the pellet and is constructed in one piece therewith. <IMAGE>

Description

Kernbrennstofftablette Nuclear fuel pellet

Die Erfindung betrifft eine Kernbrennstofftablette zum Einsetzen in ein Hüllrohr zur Bildung eines Kernbrennstoffstabes oder Kernbrennstoffelementes, und insbesondere eine Kernbrennstofftablette, die die mechanische Tablettenhüllrohrwechselwirkung (PCMI) zwischen der Tablette und dem Hüllrohr vermindern kann, in das die Tablette eingesetzt wird.The invention relates to a nuclear fuel pellet for use in a cladding tube to form a nuclear fuel rod or element, and in particular a nuclear fuel pellet that exhibits the mechanical pellet cladding interaction (PCMI) between the tablet and the cladding tube in which the tablet is placed is used.

Wenn eine Vielzahl von zylindrischen Kernbrennstofftabletten in ein Hüllrohr übereinander in Form eines Tablettenstapels eingesetzt wird, um einen Kernbrennstoffstab oder ein Kernbrennstoffelement zu bilden, ist im allgemeinen ein Zwischenraum von etwa 0,15 bis 0,30 mm im Durchmesser zwischen der Innenfläche des Hüllrohrs und den darin befindlichen Tabletten vorgesehen. Der Wert dieses Zwischen- oder Spielraums wird dadurch eingestellt, daß die Außenfläche der Tabletten nach ihrem Sintern geschliffen wird, da die Tabletten in der gesinterten Form oft die Form eines Stundenglases oder einer Sanduhr haben, bei der der obere und der untere Teil einen größeren Durchmesser als der mittlere Teil haben.When a plurality of cylindrical nuclear fuel pellets into one Cladding tube on top of each other in the form of a stack of tablets is used to hold a nuclear fuel rod or to form a nuclear fuel element is generally a gap of about 0.15 to 0.30 mm in diameter between the inner surface of the cladding tube and the tablets contained therein. The value of that gap or space is adjusted by grinding the outer surface of the tablets after they have been sintered because the tablets in the sintered form are often in the shape of an hourglass or an hourglass, the top and bottom of which are larger in diameter than have the middle part.

Wenn jedoch ein in dieser Weise gebildetes Kernbrennstoffelement in einem Atomkernreaktor geladen und der hohen Temperatur und der Strahlung im Reaktor ausgesetzt wird, bekommt die Kernbrennstofftablette Risse in radialer Richtung aufgrund des großen Temperaturgradienten zwischen dem Außenumfangsbereich und der Mitte der Tablette, so daß sich eine Anzahl von Tablettenbruchstücken ergibt. Die durch die Risse erzeugten Bruchstücke schwellen nach außen an und werden in einer dichten Anlage an der Innenfläche des Hüllrohrs angeordnet. Eine weitere Zunahme der Ausgangsleistung des Atomkernrealctors zwingt die Tablette zu einer Verformung, so daß sie eine Form bekommt, wie sie schematisch in Fig. 1 der zugehörigen Zeichnung dargestellt ist und bei der die zylindrisuche äußere Seitenfläche der Tablette 1 von der mittleren Achse der Tablette nach außen, insbesondere an beiden Enden der Tablette, verzogen ist, so daß sich die Form einer Sanduhr ergibt.However, when a nuclear fuel element formed in this manner is shown in an atomic nuclear reactor and the high temperature and radiation in the reactor is exposed, the nuclear fuel pellet cracks in the radial direction due to it of the large temperature gradient between the outer peripheral area and the center of the Tablet, so that a number of tablet fragments results. The through the Cracks generated fragments swell outwards and become dense System arranged on the inner surface of the cladding tube. Another increase in output power of the atomic nuclear reactor forces the tablet to deform, so that she gets a shape as shown schematically in Fig. 1 of the accompanying drawing and in which the cylindrical outer side surface of the tablet 1 differs from the central one Axis of the tablet outwards, in particular at both ends of the tablet, warped so that it is shaped like an hourglass.

Zusammen mit dem Abbrand des Brennstoffes im Reaktor kommen die Tablettenbruchstücke in einen engen Kontakt mit dem Hüllrohr aufgrund der thermischen Ausdehnung,des Anschwellens und ähnlichem, was zu einer starken Wechselwirkung zwischen dem Hüllrohr und der Tablette (PCMI) führt. Die Zugbeanspruchung wird örtlich in Umfangsrichtung an der Innenfläche des Hüllrohrs an Stellen sehr groß, die den Rißöffnungen an der oberen und der unteren Stirnfläche der Tablette gegenüberliegen, was zu einer Konzentration der Spannung oder Belastung führt.The tablet fragments come along with the burn-up of the fuel in the reactor in close contact with the cladding tube due to thermal expansion, des Swelling and the like, leading to a strong interaction between the cladding tube and the tablet (PCMI) leads. The tensile stress is localized in the circumferential direction on the inner surface of the cladding tube very large in places that the crack openings on the the upper and lower faces of the tablet face each other, resulting in a concentration which leads to tension or stress.

Obwohl eine Spannungskonzentration dieser Art allein nicht notwendigerweise zu einem Bruch des Hüllrohrs führt, ist zu berücksichtigen, daß eine korrodierende Atmosphäre mit einer hohen Temperatur erzeugt wird, wenn eine thermische Strahlung und ein Gasstrom der Spaltprodukte (FP), beispielsweise Jod längs des Weges der Tablettenrisse vom auf einer hohen Temperatur befindlichen mittleren Teil der Kernbrennstofftablette 1 ausgesandt wird und auf den Teil der Innenfläche des Hüllrohrs trifft, an dem eine Spannungskonzentration herrscht,und daß die auf hoher Temperatur befindliche korrodierende Atmosphäre das Auftreten und die Entwicklung von Mikrorissen an der Innenfläche des Hüllrohrs und gegebenenfalls einen Bruch des Hüllrohrs fördert.Though a stress concentration of this kind alone is not necessarily leads to a rupture of the cladding tube, it must be taken into account that a corrosive Atmosphere with a high temperature is created when thermal radiation and a gas stream of the fission products (FP), for example iodine, along the path of the Tablet cracks from the high temperature central part of the nuclear fuel tablet 1 is sent out and meets the part of the inner surface of the cladding tube on which there is a stress concentration and that the one at a high temperature corrosive atmosphere the occurrence and development of microcracks on the Promotes inner surface of the cladding tube and possibly a break in the cladding tube.

Das Ausmaß der Freigabe des erzeugten und im Inneren der Kernbrennstofftablette aufgrund der Spaltreaktion angesammelten Gases aus Spaltprodukten hängt von der Tablettentemperatur ab.The extent of the release of the generated and inside the nuclear fuel pellet due to the fission reaction of the accumulated gas from fission products depends on the Tablet temperature.

Wenn insbesondere die Ausgangsleistung des Reaktors stark zunimmt und die Tablettentemperatur schnell ansteigt, wird das Gas aus Spaltprodukten vom mittleren Teil der Tablette mit einer zunehmenden Gasdichte explosionsartig freigegeben. Wie es in Fig. 2 dargestellt ist,wirken figlich die thermische Strahlung und der Gasstrom 5 aus Spaltprodukten längs des Risses 3 der Kernbrennstofftablette 1 direkt auf die Innenfläche des Hüllrohrs 2, die der Rißöffnung 4 gegenüberliegt, wobei die thermische Strahlung die Oberflächentemperatur des inneren örtlichen Flächenbereiches des Hüllrohrs erhöht. Wenn der Gasstrom aus den Spaltprodukten mit hoher Dichte örtlich auf einen begrenzten Bereich der Innenfläche des Hüllrohrs trifft, an dem die Spannungskonzentration aufgrund eines starkenKontaktes zwischen der Innenfläche des Hüllrohrs und den Tablettenbruchstücken herrscht, die durch die Rißbildung erzeugt werden, unterliegt dieser begrenzte Bereich einer Spannungsrißkorrosionsbildung, so daß das Hüllrohr selbst dann an dem Teil, an dem die Spannungskonzentration herrscht, bricht, -wenn die gesamte Belastung in Umfangsrichtung des Hüllrohrs 2 klein ist. In Fig. 2 ist der beschädigte Teil 30 dargestellt.In particular, when the output of the reactor increases sharply and the tablet temperature rises rapidly, the gas from fission products is dated middle part of the tablet released explosively with an increasing gas density. As shown in FIG. 2, the thermal radiation and the Gas stream 5 of fission products along the crack 3 of the nuclear fuel pellet 1 directly on the inner surface of the cladding tube 2, which is opposite the crack opening 4, wherein the thermal radiation the surface temperature of the inner local surface area of the cladding tube increased. When the gas flow from the fission products with high density locally on a limited area of the inner surface of the cladding tube where the stress concentration due to a strong contact between the inner surface of the cladding tube and the tablet fragments prevails, which is generated by the crack formation this limited area is subject to stress corrosion cracking, so that the cladding tube itself then on the part where the stress concentration prevails, breaks, -when the total load in the circumferential direction of the cladding tube 2 is small. In Fig. 2, the damaged part 30 is shown.

Um die oben beschriebenen technischen Schwierigkeiten zu über= winden, sind verschiedene Vorschläge gemacht worden, das Ausmaß der Tablettenhüllrohrwechselwirkung PCMI herabzusetzen.To overcome the technical difficulties described above, Various suggestions have been made as to the extent of tablet cladding interaction Degrade PCMI.

Ein derartiger Vorschlag wird in der US-PS 4 282 064 gemacht.One such proposal is made in U.S. Patent 4,282,064.

In dieser Druckschrift wird eine Kernbrennstofftablette beschrieben, die eine im wesentlichen zylindrische äußere Seitenfläche und eine Vielzahl von in Längsrichtung verlaufenden Aussparungen mit abgerundeten Kernteilen auf der äußeren.Seitenfläche aufweist, wobei die Höhe jeder Tablette im Bereich von 1/2 bis 1/3 des Außendurchmessers der Tablette liegt.This document describes a nuclear fuel pellet, which has a substantially cylindrical outer side surface and a plurality of Longitudinal recesses with rounded core parts on the outer side surface with the height of each tablet in the range of 1/2 to 1/3 of the outer diameter the tablet lies.

Ziel der Erfindung ist eine Kernbrennstofftablette, die die mechanische Wechselwirkung zwischen der Tablette und dem Hüllrohr während des Betriebs des Atomkernreaktors vermindern kann und somit in der Lage ist, eine Spannungskonzentration und eine örtliche Spannungsrißbildungskorrosion an der Innenfläche des Hüllrohrs zu vermeiden.The aim of the invention is a nuclear fuel pellet that the mechanical Interaction between the tablet and the cladding tube during the Operation of the atomic nuclear reactor can diminish and is thus capable of a stress concentration and localized stress cracking corrosion on the inner surface of the cladding tube to avoid.

Durch die Erfindung soll insbesondere eane Kernbbennstofftam blette geschaffen werden, die in ausgezeichnetem Maße die mechanische Wechselwirkung zwischen der Tablette und dem Hüllrohr herabsetzt und sich leicht für eine Massenproduktion eignet.The invention is intended in particular to eane nuclear fuel tank be created that in excellent measure the mechanical interaction between of the tablet and the cladding tube and easily adapted for mass production suitable.

Die erfindungsgemäße Kernbrennstofftablette weist einen gürtelförmigen Vorsprung auf, der durchgehend um die seitliche Umfangsfläche der im wesentlichen zylindrischen Tablette verläuft. Die Ober- und die Unterkante in vertikaler Richtung dieses gürtelförmigen Vorsprungs beschreiben eine Wellenform. Die Wellenform von beiden Kanten kann eine entgegengesetzte Phase oder die gleiche Phase, gesehen in vertikaler Richtung des gürtelförmigen Vorsprungs, haben. Die Wellenformen können an den Ober- und Unterkanten des gürtelförmigen Vorsprungs auch verschieden sein. Der gürtelförmige Vorsprung besteht aus dem selben Material wie die Tablette und ist durchgehend und in einem Stück mit dem Tablettenhauptkörper ausgebildet.The nuclear fuel pellet according to the invention has a belt-shaped shape Projection on, which is continuously around the lateral circumferential surface of the substantially cylindrical tablet runs. The top and bottom edges in the vertical direction this belt-shaped protrusion describe a wave shape. The waveform of both edges may have an opposite phase or the same phase, seen in vertical direction of the belt-shaped projection. The waveforms can also be different at the top and bottom edges of the belt-shaped projection. The belt-shaped projection is made of the same material as the tablet and is continuous and integrally formed with the tablet main body.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschreiben.Preferred exemplary embodiments are described below with reference to the accompanying drawings describe the invention in more detail.

Es zeigen: Fig. 1 in einer schematischen perspektivischen Ansicht einer bekannten zylindrischen Kernbrennstofftablette die Verformung der Tabeltte, wenn diese in einem Kernreaktor benutzt wird; Fig. 2 keine vergrößerte Schnittansicht zur Erläuterung der Riflöffnung bei der bekannten zylindrischen Kernbrennstofftablette; Fig. 3 in einer perspektivischen Ansicht -ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kernbrennstofftablette; Fig. 4 eine Längsschnittansicht des in Fig.They show: FIG. 1 in a schematic perspective view a well-known cylindrical nuclear fuel pellet the deformation of the tablet, if it is used in a nuclear reactor; Fig. 2 is not an enlarged one Sectional view for explaining the rifle opening in the known cylindrical nuclear fuel pellet; Fig. 3 in a perspective view - an embodiment of the invention Nuclear fuel pellet; Fig. 4 is a longitudinal sectional view of the in Fig.

3 dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung; Fig. 5 eine vergrößerte Schnittansicht- zur Erläuterung der Rißbildung bei einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kernbrennstofftablette; Fig. 6 in einer perspektivischen Ansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 7 in einer perspektivischen Ansicht noch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 8 in einer perspektivischen Ansicht ebenfalls ein Ausführungsbeispiel der Erfindung; und Fig. 9 eine Längsschnittansicht des in Fig. 3 illustrated embodiment of the invention; Fig. 5 is an enlarged Sectional view to explain the formation of cracks in an embodiment of FIG nuclear fuel pellet according to the invention; 6 in a perspective view another embodiment of the invention; Fig. 7 in a perspective View of another embodiment of the invention; Fig. 8 in a perspective View also an embodiment of the invention; and Fig. 9 is a longitudinal sectional view of the in Fig.

8 dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung. 8 illustrated embodiment of the invention.

Das in den Fig. 3 und 4 dargestellte AusführungSbeispiel der erfindungsgemäßen Kernbrennstofftablette weist einen gürtelförmigen Vorsprung 7 auf, der um die im wesentlichen zylindrische seitliche Umfangsfläche der Tablette verläuft. Die Ober- und die Unterkante dieses gürtelförmigen Vorsprungs 7 sind so ausgebildet, daß sie sinusförmige Wellenformen mit entgegengesetzter Phase beschreiben. Dieser gürtelförmige Vorsprung 7 besteht aus dem gleichen Material wie der Tablettenhauptkörper und ist mit diesem durchgehend in einem StUck ausgebildet. Vorzugsweise ist der gürtelförmige Vorsprung 7 im wesentlichen in der Mitte in vertikaler Richtung des Umfangs der Tablette 6' angeordnet. Beide Ränder der vertikalen Randåbschnitte in Umfangsrichtung der Kernbrennstofftablette 6 sind mit Abschrägungen 10 ausgebildet,und kreisförmige Aussparungen' 11 sind im wesentlichen in der Mitte der beiden kreisförmigen Stirnflächen der Tablette vorgesehen. Eine Tablette mit einem Durchmesser von 9 bis 16 mm kann beispielsweise etwa 0,3 bis 1 mm radial nach innen von der äußeren Umfangskante aus und etwa 0,3 bis 1,5 mm vertikal nach unten von der äußeren Umfangskante der Tablette aus abgeschrägt sein, so daß Schrägflächen 10 an beiden vertikalen, in dieser Weise abgeschnittenen Stirnflächen gebildet sind. Die kreisförmigen Aussparungen 11 haben vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 2 bis 8 mm.The embodiment shown in Figs. 3 and 4 of the invention Nuclear fuel tablet has a belt-shaped projection 7, which is around the im substantial cylindrical lateral peripheral surface of the tablet runs. The upper and the lower edge of this belt-shaped projection 7 are formed so that they Describe sinusoidal waveforms with opposite phase. This belt-shaped Protrusion 7 is made of the same material as the tablet main body and is formed continuously in one piece with this. Preferably it is belt-shaped Projection 7 substantially in the middle in the vertical direction of the circumference of the Tablet arranged 6 '. Both edges of the vertical edge sections in the circumferential direction of the nuclear fuel pellet 6 are formed with chamfers 10, and are circular Recesses' 11 are essentially in the middle of the two circular end faces the tablet provided. A tablet with a diameter of 9 to 16 mm can for example about 0.3 to 1 mm radially inward from the outer peripheral edge and about 0.3 to 1.5 mm vertically down from the outer peripheral edge of the Tablet from be beveled so that bevel surfaces 10 on both vertical, in this way cut end faces are formed. The circular cutouts 11 preferably have a diameter of about 2 to 8 mm.

Die oben beschriebene Kernbrennstofftablette kann dadurch hergestellt werden, daß das pulverförmige Brennstoffmaterial in ein'Formwerkzeug gefüllt wird, daß das Material unter Verwendung von zwei vertikalen Stempeln von oben und unten preßgeformt wird, um eine Rohtablette zu bilden, und daß anschließend die Rohtablette gesintert wird. Insbesondere bei der Herstellung der Rohtablette kann ein zylindrisches Werkzeug gleichfalls verwandt werden, indem nur die Form der vertikalen Stempel geändert wird, so daß die Herstellungskosten im wesentlichen gleich den Herstellungskosten einer einfachen zylindrischen Tablette sind.The nuclear fuel pellet described above can thereby be manufactured that the pulverulent fuel material is filled into a molding tool, that the material using two vertical punches from the top and bottom compression molding to form a raw tablet and then the raw tablet is sintered. In particular in the production of the raw tablet, a cylindrical Tool can also be used by just changing the shape of the vertical punch is changed so that the manufacturing cost essentially the same the manufacturing cost of a simple cylindrical tablet.

Ein Kernbrennstoffelement oder ein Kernbrennstoffstab kann dadurch gebildet werden, daß mehrere in dieser Weise gebildete Kernbrennstofftabletten in ein Hüllrohr eingebracht und übereinander angeordnet werden; das einen an ein Ende des Rohres geschweißten Endstopfen aufweist, daß anschließend eine Feder eingesetzt wird, um den Tablettenstapel in seiner Lage im Rohr zu halten, und daß schließlich ein weiterer Endstopfen an das andere Ende des Rohres geschweißt wird, um den dicht abgeschlossenen Einschluß des Brennstoffmaterials zu vollenden.A nuclear fuel element or rod can thereby be formed that several nuclear fuel pellets formed in this way in a cladding tube is introduced and arranged one above the other; the one at one end of the pipe has welded end plug that then inserted a spring is to hold the stack of tablets in place in the tube, and that finally Another end plug is welded to the other end of the pipe to keep it tight complete confinement of the fuel material.

Die mechanische Tablettenhüllrohrwechselwirkung PCMI kann durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Kernbrennstofftabletten aus dem folgenden Grund herabgesetzt werden. Die Tablettenhüllrohrwechselwirkung tritt hauptsächlich - an einem Teil oder an Teilen auf, an denen die Tablette mit der Form einer Sanduhr mit der Innenfläche des Hüllrohres in Berührung -kommt. Die Tablettenhüllrohrwechselwirkung kann daher dadurch herabgesetzt werden, daß der Tablettendurchmesser am oberen und am unteren Teil gegenüber dem mittleren Teil in vertikaler Richtung der Tablette verringert wird. Wenn jedoch das Kernbrennstoffmaterial von der seitlichen Tablettenumfangsfläche mit Ausnahme des mittleren Teiles entfernt wird, um einen schmalen und gleichmäßigen gürtelförmigen Vorsprung um die Mitte der seitlichen Umfangsfläche der Tablette zu bilden,wird es schwierig, wirkungsvoll die in der Tablette erzeugte Wärme auf ein äußeres Kühlmittel über das Hüllrohr zu übertragen, da eine wirksame Wärmeübertragung sich nur an dem schmalen und gleichmäßigen gürtelförmigen Vorsprung ergibt, der eine kleine Gesamtfläche hat und mit dem Hüllrohr aufgrund der thermischen Ausdehnung der Tablette bei der mittleren Temperaturverteilung während des normalen Reaktorbetriebes in Berührung kommt.The mechanical tablet shell tube interaction PCMI can through the Use of the nuclear fuel pellets of the present invention for the following reason be reduced. The tablet casing tube interaction mainly occurs part or parts of where the tablet is in the shape of an hourglass comes into contact with the inner surface of the cladding tube. The tablet tube interaction can therefore be reduced by the fact that the tablet diameter at the top and on the lower part opposite the central part in the vertical direction of the tablet is decreased. However, if the nuclear fuel material from the tablet side peripheral surface except for the middle part is removed to make a narrow and even belt-shaped projection around the center of the lateral peripheral surface of the tablet to form, it becomes difficult to effectively absorb the heat generated in the tablet to transfer an external coolant via the cladding tube, as an effective heat transfer results only from the narrow and even belt-shaped projection that has a small total area and with the cladding tube due to thermal expansion of the tablet at the mean temperature distribution during the comes into contact with normal reactor operation.

Im Gegensatz dazu ist der gürtelförmige Vorsprung 7 erfindungsgemäß wellenformartig an der Ober- und Unterkante des Vorsprunges in der in Fig. 3 und 4 dargestellten Weise ausgebildet. Durch eine derartige Wellenform des gürtelartigen Vorsprunges 7 wird es daher möglich, nicht nur die Tablettenhüll- -roh-wechselwirkung herabzusetzen, sondern auch einen höheren Kontaktbereich sicherzustellen, um einen hohen Wärmeübertragungswirkungs grad beizubehalten.In contrast to this, the belt-shaped projection 7 is according to the invention waveform-like at the top and bottom of the projection in Fig. 3 and 4 illustrated manner. By such a waveform of the belt-like Projection 7 it is therefore possible, not only the tablet shell-raw interaction but also ensure a higher contact area around a maintain high heat transfer efficiency.

Die Breite oder Hölie des wellenförmigen und gürtelartigen Vorsprungs 7 gemäß der Erfindung beträgt im allgemeinen etwa 0,2 bis 1 mm, obwohl dieser Wert mit dem Tablettendurchmesser variiert. Wie es in Fig. 5 dargestellt ist, sei angenommen, daß ein Riß 8a in radialer Richtung der Tablette 6 aufgrund thermischer Spannungen erzeugt wird, und daß dieser Riß sich am wellenförmigen, gürtelartigen Vorsprung 7 befindet. In diesem Fall ergibt sich aufgrund des Risses 8a eine mechanische Wechselwirkung zwischen der Tablette 6 und dem Hüllrohr 9, da jedoch kein Brennstoffmaterial an beiden Seiten 20 vorhanden ist, bricht der Rißteil in zwei Stücke auf, bevor übermäßige Spannungen am Kontaktbereich der Innenfläche des Hüllrohres auftreten. Ein Riß 8b an einem anderen Teil als dem gürtelartigen Vorsprung 7 tritt mit größerer Wahrscheinlichkeit auf, in diesem Fall erfolgt jedoch keine Tablettenhüllrohrwechselwirkung.The width or hollow of the undulating and belt-like protrusion 7 according to the invention is generally about 0.2 to 1 mm, although this value varies with the tablet diameter. As shown in Fig. 5, assume that a crack 8a in the radial direction of the tablet 6 due to thermal stresses is generated, and that this crack is located on the undulating, belt-like projection 7 is located. In this case, there is a mechanical interaction due to the crack 8a between the tablet 6 and the cladding tube 9, but there is no fuel material is present on both sides 20, the tear part breaks into two pieces before excessive Stresses occur in the contact area of the inner surface of the cladding tube. A crack 8b at any part other than the belt-like protrusion 7 is more likely to occur in this case, however, there is no tablet tube interaction.

Die Anzahl der Wellen oder Perioden des wellenförmigen Vorsprungs beträgt vorzugsweise 4 bis 24, obwohl dieser Wert vom Tablettendurchmesser und dem maximalen linearen Erwärmungsgrad bzw. dem maximalen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten abhängt. In jedem Fall kann die mechanische Tablettenhüllrohrwechselwirkung aus den oben beschriebenen Gründen so klein wie möglich gehalten werden, so daß eine Spannungskonzentration an der Innenfliche des Hüllrohres vermieden werden kann, und das Hüllrohr korrosionsbeständiger hinsichtlich der Spannungsrißbildung wird.The number of waves or periods of the undulating projection is preferably 4 to 24, although this value depends on the tablet diameter and the maximum linear degree of warming or the maximum linear thermal expansion coefficient depends. In any case, the mechanical tablet cladding tube interaction can result the reasons described above are kept as small as possible, so that a Stress concentration on the inner surface of the cladding tube can be avoided, and the cladding tube is more corrosion-resistant with regard to stress cracking will.

Das Ausmaß der Verformung der zylindrischen Tablette in die Form einer Sanduhr während des Betriebes des Reaktors wird weiterhin kleiner mit abnehmender Länge oder Höhe der Tablette im Vergleich zu ihrem Durchmesser. Bei der Verwendung einer Tablette-mit einem wellenförmigen gürtelartigen Vorsprung kann daher durch eine Wahl der Tablettenhöhe nahezu gleich dem Tablettendurchmesser die Tablettenhüllrohrwechselwirkung weiter auf einen Wert herabgesetzt werden, der tatsächlich vernachlässigbar ist.The amount of deformation of the cylindrical tablet into the shape of a Hourglass during the operation of the reactor continues to get smaller with decreasing The length or height of the tablet compared to its diameter. When using a tablet with a wave-shaped belt-like projection can therefore through a choice of the tablet height nearly equal to the tablet diameter the tablet tube interaction can be further reduced to a value which is actually negligible.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung waren Abschrägungen 10 sowohl an der oberen als auch an der unteren Stirnfläche der Tablette 6 vorgesehen, so daß das Auftreten von Riß splittern und das Abbrechen der Tablettenkanten während ihrer Herstellung und Prüfung vermieden werden kann.Da die Tablette 6 mit einer brunnen- oder schachtartigen kreisförmigen Aussparung 11 in der Mitte ihrer oberen und unteren kreisförmigen Stirnfläche versehen ist, ist das Ausmaß, in der die Tablette in radialer Richtung an ihrer oberen und unteren kreisförmigen Stirnfläche aufschwillt, geringer,und kann die Wechselwirkung bezüglich des Hüllrohres weiter herabgesetzt werden. Insbesondere bei einer Tablette mit einem hohen Abbrand nimmt die kreisförmige Aussparung 11 eine Expansion der Tablette aufgrund eines Aufschwellens auf. Es ist in diesem Fall daher ratsam, relativ große kreisförmige Aussparungen vorzusehen.In the embodiment of the invention described above were Bevels 10 on both the upper and lower end faces of the tablet 6 provided so that the occurrence of cracks splinter and the breaking off of the tablet edges can be avoided during their manufacture and testing. Since the tablet 6 with a well-like or shaft-like circular recess 11 in the middle of it upper and lower circular end face is provided is the extent to which the tablet in the radial direction on its upper and lower circular end face swells up, less, and the interaction with respect to the cladding tube can continue be reduced. Especially with a tablet with a high burn-off it increases the circular recess 11 an expansion of the tablet due to swelling on. In this case it is therefore advisable to use relatively large circular recesses to be provided.

Im Obigen wurden die Form und die Wirkung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kernbrennstofftablette im einzelnen beschrieben. Bei einem weiteren, in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Spitzen oder Amplituden der Wellenformen des gürtelartigen Vorsprungs 7 an der Ober- und Unterkante wesentlich größer als bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel und haben die obere und untere Wellenform dieselbe Phase. Bezogen auf einen Außenumfang der Tablette auf einer willkürlichen konstanten Tablettenhöhe h1 oder h2 in Fig. 6 verläuft kein Teil des gürtelartigen Vorsprungs 7 fortlaufend vollständig um den Umfang der Tablette auf derselhen Höhe. Diese Anordnung macht es möglich, die mechanische Tablettenhüllrohrwechselwirkung weiter heabzusetzen. Bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel hat der gürtelartige Vorsprung 7 an der Ober- und Unterkante eine verschiedene Wellenform. Das macht es möglich, ein Zusammenfallen von SteLlen mit mechanischer Tabiettenhüllrohrwechselwirkung an der oberen und unteren Umfangsfläche von zwei benachbarten Tabletten zu vermeiden. Bei dem in Fig. 8 und 9 dargestellten. Ausführungsbeispiel weist eine im wesentlichen zylindrische Tablette 6 eine Tablettenhöhe auf, die kleiner als ihr Durchmesser ist,und schließen sich die Abschrägungen 10 an der oberen und unteren Umfangskante an die Randteile der Wellenformen des gürtelartigen Vorsprungs 7 direkt an. Wie es oben beschrieben wurde, ist das Ausmaß der Verformung einer geraden zylindrischen Tablette in die Form einer Sanduhr umso kleiner, je kleiner die Tablettenhöhe ist.The above are the form and effect of an embodiment the nuclear fuel pellet according to the invention described in detail. At a Another embodiment shown in FIG. 6 is the peaks or amplitudes of the waveforms of the belt-like protrusion 7 at the upper and lower edges is essential larger than that shown in FIG Embodiment and the upper and lower waveforms have the same phase. Based on an outer circumference of the tablet at an arbitrary constant tablet height h1 or h2 in Fig. 6, no part of the belt-like projection 7 runs continuously and completely around the The size of the tablet is the same. This arrangement makes it possible to use the mechanical Tablet shell tube interaction further lifted. In the one shown in FIG Embodiment has the belt-like projection 7 at the top and bottom a different waveform. That makes it possible for a coincidence of places with mechanical tablet sleeve interaction on the upper and lower circumferential surface of two adjacent tablets to avoid. In the one shown in Figs. In the exemplary embodiment, a substantially cylindrical tablet 6 has a tablet height which is smaller than its diameter, and the bevels 10 close at the upper and lower peripheral edges to the edge parts of the waveforms of the belt-like Projection 7 directly. As described above, the amount of deformation is a straight cylindrical tablet in the shape of an hourglass, the smaller the the tablet height is smaller.

Bei der in Fig. 8 dargestellten Form, bei der die Tablettenhohe kleiner als der. Tablettendurchmesser ist und die Abachrägungen an.der oberen und unteren Umfangskante der -Tablette vorgesehen sind, besteht die Möglichkeit, daß eine mechanische Tablettenhüllrohrwechselwirkung in der Mitte der Tablettenhöhe auftritt. Die Möglichkeit des Auftretens einer mechanischen Tablettenhüllrohrwechselwirkung in der Mitte der Tablettenhöhe ist jedoch bei dem üblichen Ausmaß des Abbrandes der Tablette vernachlässigbar klein. Einzelheiten einer Ausbildung, bei der die Tablettenhöhe kleiner als der Tablettendurchmesser ist, der Anordnung der Abschrägungen und der dadurch erzielten Wirkungen sind aus der US-PS 4 282 064 zu entnehmen.In the form shown in Fig. 8, in which the tablet height is smaller as the. The tablet diameter is and the bevels on the upper and lower Peripheral edge of the tablet are provided, there is the possibility that a mechanical Tablet shell tube interaction occurs in the middle of the tablet height. The possibility the occurrence of a mechanical tablet cladding tube interaction in the middle of the However, the tablet height is negligible given the usual extent of tablet burn small. Details of a training in which the tablet height is less than that Tablet diameter, the arrangement of the bevels and the resulting Effects can be found in US Pat. No. 4,282,064.

Die Tablettenform kann nach Maßgabe der Arbeitsbedingungen des Kernbrennstoffelementes geändert werden. In jedem Fall zeigen die in den Fig. -6 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Tablette mehr oder weniger die gleiche Wirkung wie die Ausführungsbeispiele, die anhand von Fig. 3 und 4 beschrieben wurden.The tablet shape can be changed according to the working conditions of the nuclear fuel element be changed. In each case, the exemplary embodiments shown in FIGS the tablet according to the invention has more or less the same effect as the exemplary embodiments, which have been described with reference to FIGS. 3 and 4.

Da die erfindungsgemäße Kernbrennstofftablette einen Aufbau oder eine Form hat, wie sie oben beschrieben wurde, kann das Ausmaß der mechanischen Tablettenhüllrohrwechselwirkung während des Reaktorbetriebes merklich herabgesetzt werden, was es möglich macht, eine Beanspruchungs- oder Spannungskonzentration am Hüllrohr zu vermeiden. Darüberhinaus kann eine Spannungskorrosion an einem begrenzten Bereich an der Innenfläche des Hüllrohres vermieden werden und kann die Brennstoffsicherheit erhöht werden. Da das Kernbrennstoffmaterial teilweise vom oberen und unteren Teil der Tablettenumfangsfläche entfernt ist, erfährt die Tablette keine Verformung in die Form einer Sanduhr, die einen nachteiligen Einfluß auf die mechanische Tablettenhüllrohrwechselwirkung-hat, so daß der Arbeitsvorgang des Schleifens des Außenumfangs der gesinterten Tablette zum Einstellen des Zwischenraums zwischen der Tablette und der Innenfläche des Hüllrohres entfällt. Bei der Massenherstellung der Brennstofftablette ist es somit möglich, die Stempel zum Herstellen der Rohtablette in Übereinstimmung mit den Sintereigenschaften der Kernbrennstoffmaterialpulver auszubilden und einfach eine kleine Menge an ungünstig gesinterten Tabletten dadurch auszusondern, daß ihr Außendurchmesser mit einer Gauge-Lehre oder einer Lehre ohne Gutseite überprüft wird. Das erhöht die Wirtschaftlichkeit der Tablettenherstellung.Since the nuclear fuel pellet according to the invention has a structure or a Shape as described above may affect the extent of the mechanical tablet cladding tube interaction are noticeably reduced during reactor operation, which makes it possible to avoid a stress or stress concentration on the cladding tube. Furthermore stress corrosion of a limited area on the inner surface of the Cladding tube can be avoided and the fuel safety can be increased. There the nuclear fuel material partly from the upper and lower part of the tablet peripheral surface removed, the tablet does not undergo any deformation into the shape of an hourglass, which has a detrimental effect on the mechanical interaction of the tablet casing tube, so that the operation of grinding the outer periphery of the sintered tablet for adjusting the space between the tablet and the inner surface of the cladding tube not applicable. In the mass production of the fuel pellet, it is thus possible the punches for making the raw tablet in accordance with the sintering properties to form the nuclear fuel material powder and simply a small amount of inconvenient Separate sintered tablets by marking their outer diameter with a gauge or a teaching without a good side is checked. This increases the profitability of tablet production.

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Claims

Nuclear fuel tablet PATENT CLAIMS: 1. Nuclear fuel tablet with a substantially cylindrical shape for insertion into a cladding tube for formation a nuclear fuel element or rod that is not permitted It is noted that the tablet (6) is provided with a belt-like projection (7) which runs continuously around the lateral peripheral surface of the tablet (6), wherein the upper and lower edges in the vertical direction of the belt-like projection (7) have a wave shape and the belt-like projection (7) are made of the same material how the tablet main body is made and in one piece with it educated is.

2. Tablet according to claim 1, characterized in that the waveforms at the top and bottom edges in the vertical direction of the belt-like projection (7) have opposite phases.

3. Tablet according to claim 1, characterized in that the wave shapes at the top and bottom edges in the vertical direction of the belt-like projection (7) have the same phase.

4. Tablet according to claim 3, characterized in that the belt-like Projection (7) is shaped so that it is not completely continuous around the lateral Peripheral surface of the tablet continues at an arbitrary tablet height (h1, h2).

5. Tablet according to claim 1, characterized in that the waveforms at the top and bottom edges in the vertical direction of the belt-like projection (7) are shaped differently.

6. Tablet according to claim 1, characterized in that the tablet (6) furthermore with bevels (10) at the upper and lower ends of the lateral circumferential surface the tablet is provided

7. Tablet according to claim 6, characterized in that the bevels (io) are directly on the edges of the waveforms of the belt-like Connect the projection (7).

8. Tablet according to claim 1, characterized in that the tablet (6) with a circular recess (11) roughly in the middle of both the upper and the lower circular end face of the tablet (6) is.

9. Tablet according to claim 1, characterized in that the height of the tablet (6) is substantially equal to or smaller than the diameter of the Tablet is.