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Aus Uran-Sauerstoff-Verbindungen bestehendes Brennelement für Kernreaktoren
Die Erfindung betrifft aus gesinterten Formkörpern bestehende Brennelemente aus Uran-SauerstoffVerbindungen, die für Kernreaktoren mit hoher Arbeitstemperatur verwendbar sind.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, das spaltbare Material von Brennelementen für Kernreaktorenin Form von Verbindungen an Stelle der reinen spaltbaren Metalle zur Anwendung zu bringen, um auf diese Weise die Reaktoren bei höheren Temperaturen betreiben zu können. Es ist auch weiterhin vorgeschlagen worden, solche Brennelemente aus porösen Formkörpern aufzubauen, um insbesondere die Entfernung der gasförmigen Spaltprodukte zu erleichtern. Es wurde aber bisher bei diesen Vorschlägen nicht dem Umstand
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ihrer Wärmeleitfähigkeit oder ihrer Dichte nicht alle Ansprüche für optimales Arbeiten im Reaktor befriedigen können, denn insbesondere bei höheren Reaktortemperaturen treten im Brennelement Wärmemengen auf, deren rasche AbfUhrung für die Betriebssicherheit und für die Energieausbeute von grosser Wichtigkeit ist.
Das Oxyd UC, hat zwar die höhere Dichte, die mit Werten zwischen 10,8 und 11 g/crrp angegeben wird, weist aber eine unzureichende Wärmeleitfähigkeit auf, eine Eigenschaft, die unter Umständen besondere Vorkehrungen bei der Ausführung der Brennelemente notwendig macht.
Es wurde nun gefunden, dass diese Nachteile der bisher vorgeschlagenen oxydischen Brennelemente wirksam vermieden werden können, wenn die Brennelemente aus gesinterten Formkörpern aufgebaut werden, die aus Uran-Sauerstoff-Verbindungen mit einem Atomverhältnis von Uran zu Sauerstoff zwischen
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die aus solchen Verbindungen bestehen, sind also gerade für den Reaktorbetrieb bei höheren Temperaturen Uberraschenderweise selbst dann noch gut geeignet, wenn ein geringer Dichteabfall gegenüber dem
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fahren. Sie können beispielsweise aus einem einzigen Formkörper in Form eines Stabes bestehen, dessen Oberfläche durch Kühlrippen vergrössert sein kann.
Man kann sie auch durch eine Vielzahl von Formkörpern von verhältnismässig kleinen Abmessungen aufbauen und die Brennelemente so aus Scheiben, Stababschnitten, Rohrabschnitten, kugelförmigen Gebilden in geordneter oder loser Schüttung beispielsweise zusammensetzen. Auch als Ringe oder Körper von der Art der Berlsättel können solche Formkörper aus den genannten Uran-Sauerstoff-Verbindungen benutzt werden. Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die Formkörper auch porös ausgestaltet werden, indem sie entweder unter Sinterbedingungen und/oder aus Ausgangsmaterialien hergestellt werden, die eine merkbare'Porosität ergeben oder aber nach an sich bekannten Methoden vor oder während der Sinterung aufgelockert werden.
Im allgemeinen soll das Porenvolumen solcher Körper auf mindestens 50 ; 0 eingestellt werden.
Die Herstellung der Uran-Sauerstoff-Verbindungen mit einem Uran-Sauerstoffverhältnis zwischen 1 : 2, 05 und 1 : 2, 40 kann entweder für sich vorgenommen oder mit dem Sintervorgang verbunden werden.
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Man kann dabei entweder vom Oxyd U, 0. ausgehen und dieses unter Bedingungen einer Wärmebehandlung unterziehen, bei denen der Sauerstoff allmählich bis zu dem gewünschten Masse abgebaut wird, z. B. einer Vakuumglühung, oder aber durch Glühen an Luft Urandioxyd UC auf einen höheren Sauerstoffgehalt bringen.
Ein wesentlicher Vorteil der Brennelemente gemäss der Erfindung liegt darin, dass sie ohne Umhüllung (can) in den Reaktor eingebaut und der unmittelbaren Berührung des Wärmeaustauschmittels ausgesetzt werden können, wodurch ihre gegenüber den stöchiometrischen Oxyden überlegene Wärmeleitfähigkeit besonders wirksam wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Brennelement für Kernreaktoren mit gesinterten Formkörpern aus Sauerstoffverbindungen des Urans, dadurch gekennzeichnet, dass die die Brennelemente bildenden Formkörper aus Uran-Sauerstoff-Verbin- dungen mit einem Atomverhältnis Uran zu Sauerstoff wie 1 : 2, 05 bis 1 : 2,40, vorzugsweise wie 1 : 2, 13 bis 1 : 2,20, bestehen.