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Fabrication and Testing of Prototype APM-Clad UO{sub 2} Fuel Elements; Fabrication et essai de prototypes de cartouches de combustible en bioxyde d'uranium gaine d'aluminium (APM); Izgotovlenie i ispytanie prototipa toplivnykh ehlementov na osnove UO{sub 2} s obolochkoj iz alyuminiya metodom poroshkovoj metallurgii; Elaboracion y ensayo de elementos combustibles prototipo de UO{sub 2} con revestimiento de aluminio sinterizado

Conference:

Abstract

In support of the 50-MW(e) Prototype Organic Power Reactor Programme (POPR), extensive development work has been performed on aluminium powder metallurgy (ARM) products, toward their use as cladding for UO{sub 2} fuel. As part of this development work, eutectic bonding, flash butt welding, and cold-pressure welding were investigated as methods for making end closures in die fuel element cladding. Vibratory packing was studied as a means of filling APM tubes with UO{sub 2}. Out-of-pile tests were conducted to obtain information on APM-UO{sub 2} compatibility. This work revealed that, under present conditions, eutectic bonding was the most suitable method for making end closures; vibratory packing produced fuel densities in the range of 80 to 88% of theoretical density; and no APM-UO{sub 2} reaction took place in the range of POPR operating temperatures (850{sup o}F maximum fuel-cladding interface temperature). As a result o f this development work, five APM-clad UO{sub 2} prototype fuel elements have been fabricated for testing in the Organic Moderated Reactor Experiment (OMRE). Each element consisted of 24 or 25 APM-clad fuel rods, arranged in a 5 x 5 array in a nickel-plated steel or an APM fuel box. To increase surface area, the extruded APM cladding had eight  More>>
Authors:
Ballif, III, J. L.; Friske, W. H.; Gordon, R. B. [1] 
  1. Atomics International, Canoga Park, California (United States)
Publication Date:
Nov 15, 1963
Product Type:
Conference
Resource Relation:
Conference: Conference on New Nuclear Materials Technology, Including Non Metallic Fuel Elements, Prague (Czech Republic), 1-5 Jul 1963; Other Information: 9 figs., 3 tabs.; Related Information: In: New Nuclear Materials Including Non Metallic Fuel Elements. Vol. II. Proceedings of the Conference on New Nuclear Materials Technology, Including Non Metallic Fuel Elements| 586 p.
Subject:
36 MATERIALS SCIENCE; 11 NUCLEAR FUEL CYCLE AND FUEL MATERIALS; ALUMINIUM; BONDING; CLADDING; DENSITY; FUEL RODS; FUEL SYSTEMS; FUELS; HEAT TRANSFER; NICKEL; ORGANIC MODERATED REACTORS; POWDER METALLURGY; SILVER; STEELS; URANIUM; URANIUM DIOXIDE; WELDING
OSTI ID:
22109689
Research Organizations:
International Atomic Energy Agency, Vienna (Austria)
Country of Origin:
IAEA
Language:
English
Contract Number:
Contract AT (11-l)-GEN-8
Other Identifying Numbers:
Other: ISSN 0074-1884; TRN: XA13R0476067334
Submitting Site:
INIS
Size:
page(s) 235-260
Announcement Date:
Jul 08, 2013

Conference:

Citation Formats

Ballif, III, J. L., Friske, W. H., and Gordon, R. B. Fabrication and Testing of Prototype APM-Clad UO{sub 2} Fuel Elements; Fabrication et essai de prototypes de cartouches de combustible en bioxyde d'uranium gaine d'aluminium (APM); Izgotovlenie i ispytanie prototipa toplivnykh ehlementov na osnove UO{sub 2} s obolochkoj iz alyuminiya metodom poroshkovoj metallurgii; Elaboracion y ensayo de elementos combustibles prototipo de UO{sub 2} con revestimiento de aluminio sinterizado. IAEA: N. p., 1963. Web.
Ballif, III, J. L., Friske, W. H., & Gordon, R. B. Fabrication and Testing of Prototype APM-Clad UO{sub 2} Fuel Elements; Fabrication et essai de prototypes de cartouches de combustible en bioxyde d'uranium gaine d'aluminium (APM); Izgotovlenie i ispytanie prototipa toplivnykh ehlementov na osnove UO{sub 2} s obolochkoj iz alyuminiya metodom poroshkovoj metallurgii; Elaboracion y ensayo de elementos combustibles prototipo de UO{sub 2} con revestimiento de aluminio sinterizado. IAEA.
Ballif, III, J. L., Friske, W. H., and Gordon, R. B. 1963. "Fabrication and Testing of Prototype APM-Clad UO{sub 2} Fuel Elements; Fabrication et essai de prototypes de cartouches de combustible en bioxyde d'uranium gaine d'aluminium (APM); Izgotovlenie i ispytanie prototipa toplivnykh ehlementov na osnove UO{sub 2} s obolochkoj iz alyuminiya metodom poroshkovoj metallurgii; Elaboracion y ensayo de elementos combustibles prototipo de UO{sub 2} con revestimiento de aluminio sinterizado." IAEA.
@misc{etde_22109689,
title = {Fabrication and Testing of Prototype APM-Clad UO{sub 2} Fuel Elements; Fabrication et essai de prototypes de cartouches de combustible en bioxyde d'uranium gaine d'aluminium (APM); Izgotovlenie i ispytanie prototipa toplivnykh ehlementov na osnove UO{sub 2} s obolochkoj iz alyuminiya metodom poroshkovoj metallurgii; Elaboracion y ensayo de elementos combustibles prototipo de UO{sub 2} con revestimiento de aluminio sinterizado}
author = {Ballif, III, J. L., Friske, W. H., and Gordon, R. B.}
abstractNote = {In support of the 50-MW(e) Prototype Organic Power Reactor Programme (POPR), extensive development work has been performed on aluminium powder metallurgy (ARM) products, toward their use as cladding for UO{sub 2} fuel. As part of this development work, eutectic bonding, flash butt welding, and cold-pressure welding were investigated as methods for making end closures in die fuel element cladding. Vibratory packing was studied as a means of filling APM tubes with UO{sub 2}. Out-of-pile tests were conducted to obtain information on APM-UO{sub 2} compatibility. This work revealed that, under present conditions, eutectic bonding was the most suitable method for making end closures; vibratory packing produced fuel densities in the range of 80 to 88% of theoretical density; and no APM-UO{sub 2} reaction took place in the range of POPR operating temperatures (850{sup o}F maximum fuel-cladding interface temperature). As a result o f this development work, five APM-clad UO{sub 2} prototype fuel elements have been fabricated for testing in the Organic Moderated Reactor Experiment (OMRE). Each element consisted of 24 or 25 APM-clad fuel rods, arranged in a 5 x 5 array in a nickel-plated steel or an APM fuel box. To increase surface area, the extruded APM cladding had eight fins which were spiralled to a pitch of 45 or 90e/ ft to further improve heat transfer. The fuel rod end closures were made by eutectic bonding of silver-plated aluminium end plugs to the APM tubing. The elements were instrumented to: (1) Measure cladding surface and coolant temperatures, (2) Detect fuel rod failure, (3) Change coolant velocity (means of achieving peak cladding surface temperature of 850{sup o}F), (4) Measure coolant velocity, and (5) Measure fission gas build-up. These elements have been installed in the OMRE with target fuel burn-ups of 25000 to 30000 MWd/t of uranium. As of 1 April 1963, they had achieved accumulated burn-ups ranging from 7700 to 12 000 MWd/t of uranium. Two of the elements had been removed from the reactor as a result of problems encountered with instrumentation associated with their tests. The other three elements were still in the reactor. The results of the experimental work to date give every indication that the APM-UO{sub 2} fuel system will achieve the goals set for the POPR programme. (author) [French] Dans le cadre du programme execute avec le ''Prototype Organic Power Reactor'' (POPR) de 50 MWe, des travaux importants ont ete entrepris en vue de mettre au point des produits de la metallurgie des poudres d'aluminium (APM) utilisables comme gaines d'elements combustibles en bioxyde d'uranium. Dans le cadre de ces travaux on a etudie des procedes d'emploi de melanges eutectiques, de soudure directe a Tare et de soudure par pression a froid (Kolweld) pour obturer l'extiemite des gaines. On a etudie l'emploi des vibrations pour le remplissage des gaines d'APM en combustible UO{sub 2}. Des essais hors pile ont ete faits pour recueillir des renseignements sur la compatibilite entre les produits APM et le bioxyde d'uranium. Les etudes ont revele que, dans les conditions actuelles, le recours aux melanges eutectiques etait la meilleure methode d'obturation des extremites; le remplissage par vibration a permis d'atteindre des densites de combustible de l'ordre de 80 a 88% de la valeur theorique et aucune reaction n'a ete observee entre les produits APM et UO{sub 2} dans la gamme des temperatures de fonctionnement de POPR (temperature maximum a l'interface combustible/gaine-455{sup o}C). A la suite de ces travaux preliminaires, on a fabrique cinq prototypes de cartouches de combustibles en UO{sub 2} gaine d'APM, que Gop a essayes dans le reacteur experimental a ralentisseur organique (OMRE). Chaque cartouche consistait en 24 ou 25 barreaux gaines d'APM, disposes en 5 rangees de 5 dans un recipient en acier nickele ou en aluminium APM. Pour ameliorer les echanges thermiques, les gaines d'APM extrudees etaient munies de 8 ailettes disposees selon un pas helicoidal de 45 ou 90{sup o}/30 cm. L'obturation des gaines des barreaux etait assuree par des bouchons en aluminium plaque argent, lies par alliage eutectique aux tubes APM. Les cartouches etaient equipees d'instruments permettant de: 1. Mesurer la temperature du fluide de refroidissement et la temperature superficielle des gaines; 2. Deceler les defectuosites des barreaux de combustible; 3. Modifier la vitesse du fluide de refroidissement (on pourrait ainsi obtenir des temperatures maximums de l'ordre de 455{sup o}C a la surface de la gaine); 4. Mesurer la vitesse du fluide de refroidissement; 5. Mesurer le degagement des produits de fission gazeux. Ces cartouches ont ete installees dans le reacteur OMRE pour atteindre un taux de combustion de l'ordre de 25000 a 30000 MWj/tU. Au 1er avril 1963 le taux atteint etait de 7700 a 12000 MWj/tU. Deux des cartouches ont ete retirees du reacteur a la suite de difficultes suscitees par leurs instruments de mesure. Les trois autres cartouches ont ete maintenues dans le reacteur. A ce jour, les resusltats de ces travaux experimentaux donnent a penser que le combustible APM-UO{sub 2} permettra d'atteindre les objectifs du programme de POPR. (author) [Spanish] En ejecucion del programa relativo al reactor de potencia prototipo de moderador organico de 50 MW(e) (POPR), se han llevado a cabo amplios trabajos de investigacion sobre productos elaborados por pulvimetalurgia de aluminio (PMA), con el fin de utilizarlos como revestimiento para el combustible de UO{sub 2}. Como parte de estos trabajos, se ha investigado la aptidud de los metodos de union eutectica, de soldadura a tope por chispas y de soldadura por compresion en frio ''Koldweld'', para realizar los cierres de los extremos del revestimiento de los elementos combustibles. Se ha estudiado la compresion vibratoria como procedimiento para rellenar de UO{sub 2} los tubos de PMA. Se han realizado ensayos fuera de reactor para reunir datos sobre la compatibilidad entre el material PMA y el UO{sub 2} . De estos trabajos, se deduce que, en las condiciones actuales, el metodo de union eutectica es el mas adecuado para cerrar los extremos de los revestimientos; con la compresion vibratoria, se obtuvieron densidades del combustible del orden del 80 al 88% del valor teorico, y no se produjo reaccion alguna entre el material PMA y el UO{sub 2} en el intervalo de temperaturas de funcionamiento del POPR (temperatura maxima de 850{sup o}F en la superficie de separacion entre el combustible y el revestimiento). Como resultado de estos trabajos, se han elaborado cinco elementos combustibles prototipo de UO{sub 2}, revestido con material PMA, para ensayarlos en el reactor experimental de moderador organico (OMRE). Cada elemento esta compuesto por 24 o 25 barras de combustible revestidas de material PMA, dispuestas en grupos de 5 x 5 en una caja para combustible de acero niquelado o de material PMA. Con el proposito de aumentar la superficie, el revestimiento extruido de material PMA lleva ocho aletas dispuestas en espiral con un paso de 45 o 90{sup o}/pie , cuya funcion es mejorar la transmision de calor. Los cierres de los extremos de las barras de combustible se han realizado por union eutectica de tapones de aluminio plateado a los tubos de material PMA. Los elementos combustibles estan dotados de instrumentos para: 1 . Medir las temperaturas de la superficie del revestimiento y del refrigerante; 2. Detectar defectos de las barras de combustible; 3 . Modificar la velocidad del refrigerante (como medio para obtener una temperatura maxima de la superficie del revestimiento de 850{sup o}F); 4. Medir la velocidad del refrigerante; 5. Medir la acumulacion de gases de fision. Dichos elementos se instalaron en e l reactor OMRE con el proposito de obtener grados de combustion de 25 000 a 30 000 MWd/t de uranio. El 1- de abril de 1963 habian alcanzado grados de combustion acumulativos que oscilaban entre 7700 y 12 000 MWd/t de uranio. Dos de los elementos combustibles se extrajeron del reactor a raiz de problemas suscitados por el instrumental utilizado para los ensayos. Los tres elementos restantes continuaban en el reactor. Todos los resultados de los experimentos realizados hasta la fecha parecen indicar que el sistema de combustible PMA-UO{sub 2} permitira alcanzar los objetivos fijados para el programa relativo al reactor POPR. (author) [Russian] V podderzhku Programmy prototipov organicheskikh ehnergoreaktorov (POPR) moshchnost'yu 50 mgvt (ehl.) byla provedena obshirnaya rabota po razrabotke poroshkovoj metallurgiej alyuminievykh materialov (APM) v kachestve obolochek dlya topliva iz UO{sub 2} . Kak chast' ehtoj raboty byli issledovany ehvteticheskoe soedinenie, svarke v styk oplavleniem i kholodnaya svarka. Kolduehlla pod davleniem kak metody dlya soedineniya stykov pri sborke toplivnykh ehlementov. Vibratsionnoe uplotnenie izuchalos' kak sredstvo zapolneniya trubok APM dvuokis'yu urana. Opyty vne reaktora provodilis' dlya.ogo, chtoby poluchit' informatsiyu o svomestimosti APM - UO{sub 2} . Ehta rabota pokazala, chto pri sushchestvuyushchikh usloviyakh ehvteticheskoe soedinenie yavlyaetsya naibolee podkhodyashchim sposobom dlya soedineniya stykov; vibratsionnoe uplotnenie davalo plotnost' topliva v predelakh ot 80 do 88% teoreticheskoj plotnosti, i ne nablyudalos' vzaimodejstvie APM -UO{sub 2} v diapazone ehkspluatatsionnykh temperatur POPR (temperatura poverkhnosti razdela toplivo - obolochka maksimum 850{sup o}F). V rezul'tate ehtoj raboty bylo izgotovleno 5 prototipov UO{sub 2}-APM toplivnykh ehlementov s tsel'yu ispytaniya na opytnom reaktore s organicheskim zamedlitelem. Kazhdyj ehlement sostoyal iz 24 ili 25 toplivnykh sterzhnej v obolochke iz APM i sgruppirovannykh v sistemu 5 x 5 v stal'noj korobke, pokrytoj nikelem, ili toplivnoj korobke ieh APM. Dlya togo, chtoby uvelichit' poverkhnost' ehlementa i tem samym znachitel'no uluchshit' teploperedachu, izgotovlennaya ehkstruziej obolochka ieh APM imeet vosem' spiral'nykh reber s shagom vinta 45 ili 90{sup o} na 1 fut. Soedineniya stykov toplivnykh sterzhnej proizvodilis' s pomoshch'yu ehvteticheskogo, soedineniya poserebrennogo alyuminiya v vide kontsevykh probok k trubkam APM. EHlementy byli snabzheny prisposobleniyami dlya: 1. Izmereniya poverkhnosti obolochki i temperatury okhladitelya. 2. Opredeleniya neispravnosti toplivnogo sterzhnya. 3. Izmeneniya skorosti okhladitelya (sredstva polucheniya maksimal'noj temperatury poverkhnosti pokrytiya 850{sup o}F). 4. Izmereniya skorosti okhladitelya. 5., Izmereniya obrazuyushchikhsya pri raspade gazov. Ehti ehlementy byli ustanovleny v opytnom reaktore s organicheskim zamedlitelem pri raschetnykh dannykh vygoraniya topliva s 25 000 do 30 000 mgvt-dnej/t urana. Na 1 fevralya 1963 goda oni dostigli naivysshego vygoraniya v predelakh ot 7 700 do 12 000 mgvt-dnej/t urana. Iz imeyushchikhsya ehlementov dva byli udaleny iz reaktora vvidu trudnostej, kotorye vstretilis' pri ispol'zovanii kontrol'noizmeritel'nykh priborov, svyazannykh s ispytaniem ehlementov. Ostal'nye tri ehlementa byli ostavleny v reaktore. Rezul'taty ehksperimental'noj raboty, provedennoj na segodnyashnij den', ukazyvayut na to, chto toplivnaya sistema APM - UO{sub 2} dast svoi rezul'taty v programme POPR. (author)}
place = {IAEA}
year = {1963}
month = {Nov}
}