This disclosure describes a method for metallurgically bonding a complete
leak-tight enclosure to a matrix-type fuel element penetrated
longitudinally by a multiplicity of coolant channels. Coolant tubes
containing solid filler pins are disposed in the coolant channels. A
leak-tight metal enclosure is then formed about the entire assembly of
fuel matrix, coolant tubes and pins. The completely enclosed and sealed
assembly is exposed to a high temperature and pressure gas environment to
effect a metallurgical bond between all contacting surfaces therein. The
ends of the assembly are then machined away to expose the pin ends which
are chemically leached from the coolant tubes to leave the coolant tubes
with internal coolant passageways.
The invention described herein was made in the course of, or under, a
contract with the U.S. Atomic Energy Commission. It relates generally to
fuel elements for neutronic reactors and more particularly to a method for
providing a leak-tight metal enclosure for a high-performance matrix-type
fuel element penetrated longitudinally by a multiplicity of coolant tubes.
The planned utilization of nuclear energy in high-performance,
compact-propulsion and mobile power-generation systems has necessitated
the development of fuel elements capable of operating at high power
densities. High power densities in turn require fuel elements having high
thermal conductivities and good fuel retention capabilities at high
temperatures.
A metal clad fuel element containing a ceramic phase of fuel intimately
mixed with and bonded to a continuous refractory metal matrix has been
found to satisfy the above requirements. Metal coolant tubes penetrate the
matrix to afford internal cooling to the fuel element while providing
positive fuel retention and containment of fission products generated
within the fuel matrix. Metal header plates are bonded to the coolant
tubes at each end of the fuel element and a metal cladding or can
completes the fuel-matrix enclosure by encompassing the sides of the fuel
element between the header plates.
Cette révélation décrit une méthode pour coller métallurgiquement une clôture étanche complète sur un matrice-type élément combustible pénétré longitudinalement par une multiplicité de canaux de liquide réfrigérant. Des tubes de liquide réfrigérant contenant les goupilles pleines de remplisseur sont disposés dans les canaux de liquide réfrigérant. Une clôture étanche en métal est alors formée au sujet de l'ensemble entier de la matrice de carburant, des tubes de liquide réfrigérant et des goupilles. L'assemblée complètement incluse et scellée est exposée à un environnement de gaz de haute température et de pression pour effectuer une obligation métallurgique entre toutes les surfaces de contact là-dedans. Les fins de l'assemblée sont alors usinées loin pour exposer la goupille extrémités qui sont chimiquement lixiviées des tubes de liquide réfrigérant pour laisser les tubes de liquide réfrigérant avec les passages internes de liquide réfrigérant. L'invention décrite ci-dessus a été faite au cours de, ou dessous, un contrat avec la Commission d'énergie atomique des ETATS-UNIS. Elle se relie généralement aux éléments combustibles pour les réacteurs neutroniques et plus en particulier à une méthode pour fournir une clôture étanche en métal pour un matrice-type à rendement élevé élément combustible pénétré longitudinalement par une multiplicité de tubes de liquide réfrigérant. L'utilisation prévue de l'énergie nucléaire dans à rendement élevé, la compact-propulsion et les systèmes mobiles de production d'électricité a rendu nécessaire le développement des éléments combustibles capables du fonctionnement aux densités de puissance élevée. Les densités de puissance élevée exigent à leur tour les éléments combustibles ayant des conductivités thermiques élevées et de bonnes possibilités de conservation de carburant à températures élevées. Un élément combustible plaqué en métal contenant une phase en céramique de carburant s'est intimement mélangé à et a collé sur une matrice réfractaire continue en métal s'est avéré répondre aux exigences ci-dessus. Les tubes de liquide réfrigérant en métal pénètrent la matrice pour avoir les moyens le refroidissement interne à l'élément combustible tout en fournissant la conservation de carburant et la retenue positives des produits de fission produits dans la matrice de carburant. Des plats d'en-tête en métal sont collés sur les tubes de liquide réfrigérant à chaque extrémité de l'élément combustible et un revêtement ou un bidon en métal accomplit la clôture de carburant-matrice en entourant les côtés de l'élément combustible entre les plats d'en-tête.
