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Urandioxydteilchen enthaltender Kernbrennstoff
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Urandioxydteilchen enthaltenden Kernbrennstoff,über eine besondere Ausbildung einer solchen Mischung nichts angegeben wird.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, die thermische Leitfähigkeit des Urandioxyds dadurch zu verbessern, dass die Dichte des Urandioxyds z. B. durch Zusammenpressen des Dioxyds und anschliessendes Sintern des Pressproduktes erhöht wird. Dabei entsteht zwar eine gewisse Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit und des Wärmebildungsvermögens der entstehenden Brennstoffe ; diese Verbesserungen sind jedoch für viele Hoch1eiscungsreaktoren ungenügend. Um die derzeit erhältlichen Urandioxydbrennstoffe verwenden zu können, sind daher zur Kompensation Abweichungen von den optimalen Reaktorkonstruktionen erforderlich.
Die vorliegende Erfindung zielt vor allem darauf ab, eine Urandioxyd enthaltende Kernbrennstoffmischung zu schaffen, deren Kennwerte, einschliesslich der thermischen Leitfähigkeit der erhaltenen Mischung, im Vergleich zu den bisher bekannten Urandioxydbrennstoffen, verbessert sind.
Um dieses Ziel zu erreichen, werden Urandioxydteilchen erfindungsgemäss in einer solchen Matrix verteilt, die im wesentlichen kontinuierlich ist und 25 - 40 Vol. -% des Gemisches aus feuerfestem Material und Urandioxyd ausmacht.
Die Teilchen des Gemisches aus Urandioxyd und dem feuerfesten Material werden z. B. durch Verpressen oder Strangpressen in eine gewünschte Form gebracht und zu Kernbrennstoffen gesintert. Durch das Verteilen von Urandioxydteilchen in einer Matrix von hochleitfähigem, feuerfestem Material wird eine Vielzahl von hochleitfähigen Wegen für den Wärmefluss durch die entstehende Brennstoffmischung gebildet und so die Wärmezerstreuungsfähigkeit des Brennstoffes und damit die Anwendbarkeit des Brennstof- fes bei hohem Wärmefluss verbessert.
Das in den Kernbrennstoffen gemäss der Erfindung enthaltene feuerfeste Material muss eine hohe thermi- sche Leitfähigkeit. einen niedrigen. Einfangquerschnitt für Neutronen, einen im Vergleich zum Schmelzpunkt
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sein. Gemäss den folgenden Beispielen wird jedoch eine im wesentlichen gleichförmige Verteilung der Urandioxydteilchen in der feuerfesten Matrix mit hoher thermischer Leitfähigkeit erhalten, dabei entstehen Kernbrennstoffe, welche die in den meisten Fällen gewünschten Kernwerte und optimalen Wärmeleitfähigkeitseigenschaften aufweisen.
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kron werden mit 3 Vol.-Teilen von Berylliumoxydteilchen mit einer Korngrösse von 1 bis 5 Mikron ver- mischt.
Zu der Mischung wird ein Bindemittel aus Paraffin, Stearinsäure oder Wasser zugegeben und die gesamte Mischung wird dann in einer Kugelmühle oder einer andern geeigneten Mischeinrichtung 10 Minuten bis mehrere Stunden lang in Abhängigkeit von der relativen Teilchengrösse der Bestandteile und dem
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serstoff oder einem andern geeigneten Gas in Abhängigkeit von der Temperatur. und der Qualität des UO2 und BeO gesintert.
Ein anderes Verfahren zur Verformung besteht darin, die vermischten Pulver und das Bindemittel einem Strangpressverfahren zu unterwerfen, wobei die gewünschte Form der Brennstoffe erhalten wird.
Die geformten Stücke werden dann, wie bei denssresskörpern angegeben, getrocknet und gesintert. Nach dem Sintern wird ein dichter ; 90 % der theoretischen Dichte oder eine noch höhere Dichte aufweisender keramischer Körper erhalten, in dem die UO-Teilchen in einer kontinuierlichen Matrix aus BeO im wesentlichen einheitlich verteilt sind. Das Verfahren kann auch unter Ersatz des Berylliumoxyds durch feinverteiltes SiC durchgeführt werden.
Beispiel 2 :. Grobe Urandioxydteilchen werden mit einer feinen Schicht von Berylliumoxyd um-
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se wird so lange verfahren, bis die umhüllten Urandioxydteilchen etwa 30 Vol. -0/0 BeO enthalten. Die überzogenen Urandioxydteilchen werden unter einemDruck von etwa 1500 bis 7900 kg/cm2 verpresst, wobei einpresskörper etwa der gewünschten Form entsteht ; dieser wird bei 100-250 C getrocknet und dann in einer Wasserstoffatmosphäre oder in einer andern geeigneten Atmosphäre bei 1600-1750 C für eine von der Qualität und der Temperatur abhängige Zeitspanne gesintert.
Dabei wird die gewünschte Vertei- lung der Urandioxydteilchen in einer im wesentlichen kontinuierlichen Matrix des Berylliumoxyds erhalten, wobei eine wirksame Trennung jedes Urandioxydteilchens erreicht wird. An Stelle von Berylliumoxyd kann ein gleicher Volumsprozentanteil feinverteilten Siliciumdioxyds verwendet werden.
Nachstehend ist eine Zusammenstellung der Kennwerte bei Zimmertemperatur von verschiedenen Mischungen der Kernbrennstoffe gemäss der Erfindung sowie die Kennmerkmale bei Zimmertemperatur von dicht gesintertem Urandioxyd angegeben.
Tabelle
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<tb>
<tb> Zusammensetzung <SEP> Dichte <SEP> Wärmeleitfähigkeit
<tb> (in <SEP> Vol.-%) <SEP> % <SEP> d. <SEP> Theorie <SEP> (Cal/sec. <SEP> cm, <SEP> C)
<tb> uot <SEP> BeO <SEP> SiO2
<tb> 100 <SEP> - <SEP> - <SEP> > <SEP> 95 <SEP> 0,020
<tb> 75 <SEP> M- > <SEP> 90 <SEP> 0, <SEP> 125 <SEP>
<tb> 70 <SEP> M- > <SEP> 90 <SEP> 0, <SEP> 150 <SEP>
<tb> 65 <SEP> 35 <SEP> - <SEP> > <SEP> 90 <SEP> 0,175
<tb> 60 <SEP> 40 <SEP> - <SEP> > <SEP> 90 <SEP> 0,200
<tb> 75 <SEP> - <SEP> 25 <SEP> > <SEP> 90 <SEP> 0,100
<tb> 70-30 <SEP> > <SEP> 90 <SEP> 0, <SEP> 120
<tb> 65 <SEP> - <SEP> 35 <SEP> > <SEP> 90 <SEP> 0,137
<tb> 60 <SEP> - <SEP> 40 <SEP> > <SEP> 90 <SEP> 0,160
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Aus der vorstehenden Tabelle ergibt sich,
dass die Wärmeleitfähigkeit des Kernbrennstoffes gemäss der Erfindung wesentlich höher als die bisher mit mehr als 95 % der theoretischen Dichte aufweisenden
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Urandioxyd verwirklicht weidenUrandioxyd. kann aber auch entsprechend den Erfordernissen des Reaktors, in dem der Brennstoff verwendet werden soll, mit den Isotopen U 233, U235 oder Plutonium angereichert sein.