AT227846B - Verfahren zur Herstellung von umhüllten Kernbrennelementen aus Uranmetall - Google Patents

Description

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  Verfahren zur Herstellung von umhüllten Kernbrennelementen aus Uranmetall 
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Anschwellenweist. Ein für diesen Zweck geeignetes Uranmetallpulver von genügender Feinheit wird durch mehrstündiges Erhitzen von Uranmercurid (UHg4) gewonnen. 



   Auf die beschriebene Art erzeugte Sinterkörper zeigen im Reaktor ein vollkommen äquiaxiales Anschwellen, das aber in diesem Falle bei gleichen Bestrahlungszeiten mit steigendem Porenvolumen bis zu   50 To   geringer als das bei kompaktem Uranmetall ist. Die Versuche zeigten aber vor allem, dass die genannten Sinterkörper durch ihre grosse Oberfläche ähnlich wie aktive Kohle ein hohes Adsorptionsvermögen für Gas haben, wodurch die Gefahr des Zerreissens solcher umhüllter Brennstoffelemente praktisch beseitigt ist, da durch die extrem feine Verteilung der Poren die Elastizität erhöht und damit eine erhöhte Aufnahmefähigkeit der entstehenden Druckkräfte gewährleistet ist. Trotzdem ist eine Wärmeleitfähigkeit solcher Sinterkörper im Vergleich zu dichtem Uranmetall nicht entscheidend vermindert. 



   Eine zusätzliche Verbesserung ist erfindungsgemäss dadurch erzielbar, dass das Uranmetall teilweise, vorzugsweise aber an der Kornoberfläche, in Verbindungen übergeführt wird, indem man dem Inertgasstrom beim Sinterprozess oder gegen Ende desselben eine gas-oder dampfförmige Verbindung von Metal- 
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 einer Gesamtmenge von 0, 1 bis höchstens 3   Gel. -je   verliehen wird. 



   Als Umhüllung für die erfindungsgemäss hergestellten Brennstoffstäbe eignen sich vorzugsweise Metalle wie Magnesium, Aluminium, Aluminium-Aluminiumoxydmischung, Zirkon, rostfreier Stahl oder Beryllium oder vorwiegend aus diesen Metallen bestehende Legierungen, die zweckmässig durch Zwischenschichten aus Nickel, Niob, Zink, Silizium oder Beryllium oder aus Legierungen oder Verbindungen dieser Metalle mit dem Uranmetall mit dem Brennstoff verbunden werden. 



   Beispiel 1 : 800 g Uranmercurid   (UHg)   werden durch mehrstündiges Erhitzen (bis 5000C) bei einem Druck von 0,05 mm Hg in ein Uranmetallpulver übergeführt, welches eine mittlere Korngrösse von 1   Jl   hat. Hiebei entstandenes, loses Uranmetallpulver wird unter Schutzgas (Argon) mit etwa 3000   kg/cm   zu einem zylindrischen Körper mit einer Scheindichte von 9, 5 bis 11,0 verpresst und dieser 2 Stunden bei 650 C im Argon-Strom gesintert. Gegen Ende des Sinterprozesses werden dem Argonstrom 15 cm3 SiH4 im Verlauf von 15 min zugesetzt.

   Der so erhaltene Sinterkörper hat eine Dichte von 16, 2 und ergibt bei einem Neutronenfluss von 3 x 1013   n/cm sec   und einer Temperatur von 3800C (gemessen an der Aluminiumumhüllung) nach einem Abbrand von 3000   MWd/t   ein Anschwellen von 2, 0   Vol. -0/0 (= 1, 25'10   der Länge in allen drei   Dimensionen), während gleichgrosse, kompakte Uranmetallkörper   bei gleicher Bestrahlung ein Anschwellen von 4,3   Vol. -'10   zeigten, wobei aber ein bevorzugtes Anschwellen in der Längsrichtung des Zylinders von 2, 9 % auftrat. 



   Beispiel   2 : 800 g Uranmercurid (UHg4)   werden durch 24-stündiges Erhitzen (bis   5500C) bei   einem Druck von 0, 05 mm Hg in ein Uranmetallpulver überführt, welches eine mittlere Korngrösse von 5   p   hat. 



  Das hiebei entstandene, lose Uranmetallpulver wird mit einem inerten Chlorkohlenwasserstoff, wie Trichloräthylen befeuchtet und mit 2000 kg/cm 2 Pressdruck zu einem zylindrischen Körper mit einer Scheindichte von 8, 5 bis 10 verpresst und dieser 4 Stunden bei 9800C unter Argon als Schutzgas gesintert. Gegen   Ende des Sinterprozesses werden in den Argonstrom 1, 5 g CrOCl2 im Verlauf von 20 min hineinverdampft, und das Uran nach abgeschlossener Verdampfung noch 15 min auf 7000C gehalten.

   Der so erhaltene Sinterkörper hat eine Dichte von 15, 8 und ergibt bei einem Neutronenfluss von 3 x 10 n/cm2 sec und einer   Temperatur von 380 C, gemessen an der Aluminiumumhüllung, nach einem Abbrand von 3000   MWd/t   ein Anschwellen von 1,8   Vol.-%, während   gleichgrosse, kompakte Urankörper bei gleicher Bestrahlung ein Anschwellen von   4, 3 Vol.-   zeigten, wobei aber ein bevorzugtes Anschwellen in der Längsrichtung des Zylinders von 2,   9 o   auftrat. 
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Claims (1)

1. <Desc/Clms Page number 3> 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzstoffe auf die Oberfläche der Uranmetallteilchen aufgebracht werden.