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BREVET D'INVENTION.
Il Procédé de fabrication d'un corps poreux d'un oxyde combustible nucléaire " ¯¯¯¯#,
La présente invention se rapporte à un procède de fabrication d'un corps poreux d'un oxyde combus- tible nucléaire, tel que de l'oxyde d'uranium, de l'oxyde de plutonium, de l'oxyde de thorium ou des mélanges de ces oxydes.
Il est connu que l'accroissement de volume d'un oxyde combustible nucléaire, dans un réacteur nuclé- aire, peut avoir pour conséquence un tel gonflement du corps de combustible nucléaire, que l'enveloppe métallique qui l'entoure se brise. On sait également que l'on peut diminuer ce gonflement si le corps du combustible est po- reux. On peut fabriquer des corps de combustible nucléaire poreux, suivant un procédé classique, en comprimant la poudre d'oxyde pour former un corps poreux, et en frittant
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ce corps de façon à conserver une certaine porosité. La porosité qui subsiste après le frittage dépend par exem- ple des caractéristiques de la poudre d'oxyde. On a trouvé que dans certains types de poudres, il est difficile ou impossible de parvenir à la porosité désirée du corps ' fritte.
L'invention concerne un procédé qui donne la possibilité de fabriquer un corps d'oxyde combustible nucléaire ayant la porosité requise pour neutraliser cet accroissement de volume de l'oxyde combustible, et indé- pendant du procédé de fabrication de l'oxyde.
Le procédé de l'invention consiste à mélan- ger un oxyde combustible nucléaire pulvérulent, du stéa- rate de zinc et un agent formant des pores tel que de l'urée, de l'acétamide, du paraformaldéhyde, de l'alcool polyvinylique ou un sel d'ammonium de l'acide carbonique, de l'acide formique, de l'acide acétique, de l'acide oxa- lique ou de l'acide benzoïque, à comprimer le mélange pour former un corps, à chauffer le corps tout en élevant la température à une vitesse non supérieure à 300 C par heu- re, jusqu'à ce que l'agent formant des pores aib été chas- sé du corps, en laissant ainsi un corps poreux, à continuer à chauffer ce corps poreux jusqu'à ce qu'il se fritte pour former un corps fritté et poreux d'oxyde combustible nu- cléaire.
Une forme de réalisation préférée de l'invention consiste à mélanger un oxyde combustible nucléaire pulvé- rulent, une quantité de stéarate de zinc comme lubrifiant, représentant de 0,2 à 2 % du poids de l'oxyde combustible, et une quantité de l'agent pulvérulent formant des pores,' représentant 0,1 à 9 % du poids de l'oxyde combustible,
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cet agent formant des pores étant de l'urée, ou de l'acé- temide, ou du paraformaldéhyde, ou de l'alcool polyviny- lique, ou le sel d'ammonium de l'acide carbonique, de l'acide formique, de l'acide acétique, ou de l'acide oxa- lique, ou de l'acide benzoque, à comprimer ce mélange pour former un corps,
à chauffer ce corps tout en élevant la température à une vitesse non supérieure à 300 0 par heure, jusqu'à une température comprise entre 700 et 900 C, à poursuivre le chauffage à cette température jus- qu'à ce que l'agent formant des pores ait été chassé du corps, en laissant ainsi un corps poreux, à élever la température jusqu'à 1400-1750 C, et à chauffer le corps poreux à cette température, dans une. atmosphère d'hydrogè- ne, jusqu'à ce que l'oxyde combustible nucléaire soit fritté pour former un corps fritté et poreux d'oxyde com- bustible nucléaire ayant une densité de 9,0 à 10,7 g/cm3.
L'agent formant des pores s'on va sans laisser de carbone ou d'autres impuretés dans le combusti- ble nucléaire. La demanderesse prépare utiliser de l'urée comme agent formant des pores. La grosseur des particules de l'agent formant des pores doit être de préférence infé- rieure à 0,3 mm. La grosseur des particules de l'oxyde combustible nucléaire doit être de préférence inférieure à 0,1 mm. On peut opérer avec une quantité de 0,1 à 9 % d'agent formant des pores, par rapport au poids de l'oxyde Combustible nucléaire. Dans la plupart des cas, on peut en utiliser une quantité de 0,5 à 5 @@@
On procède d'une manière classique à la compression du mélange pulvérulent, pour former un corps, et on ne la décrira pas ici.
Le stéarate de zinc est uti-
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lisé à titre d'agent auxiliaire pour faciliter l'opéra- tion de compression, et pour diminuer l'usure des outils de pressage. On en ajoute une quantité de 0,2 à 2 %, et de préférence de 0,5 à 1 %, par rapport au poids de l'o- xyde combustible.
Le chauffage du corps comprimé ne doit pas être trop rapide. Il ne faut pas élever la température de plus d'approximativement 300 C par heure. L'agent formant des pores, lorsqu'il est chauffé, forme un gaz en s'éva- porant, en se sublimant ou en se décomposant, et un chauf- fage à. une vitesse limitée permet à ce gaz de s'échapper à travers les pores du corps sans provoquer aucun dommage dans le corps comprimé. La demanderesse préfère élever la température jusqu'à approximativement 800 C dans une at- mosphère d'anhydride carbonique, et maintenir cette tem- pérature pendant approximativement quatre heures. L'agent formant des pores est alors complètement chassé, et le frittage peut avoir lieu, de préférence en atmosphère d'hydrogène, à une température comprise entre 1400 et 1750 C, et de préférence approximativement à 1700 C.
Le corps de combustible nucléaire est de préférence fritté en atmosphère protectrice d'hydrogène. On choisit la du- rée du frittago de telle sorte que le corps poreux termi- né ait une densité de 9,0 à 10,7 g/cm3.
Exemple.'
On mélange de la poudre d'oxyde d'uranium ayant une grosseur de particules inférieure à 0,1 mm, avec divers pourcentages d'urée ayant une grosseur de parti- cules de moins de 0,3 mm, et avec 0,75 de stéarate de zinc, pour former un mélange homogène. La compression est
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faite à la presse hydraulique, aans un outil ayant un dia- mètre de filière de 15 mm, sous la pression de tonnes, métriques par cm2. L'urée et le lubrifiant sont chassés à 800 C pendant 4 heure dans une atmosphère d'anhydride carbonique. On élève la température de 200 C par heure.
On procède au frittage à 1700 C pendant b heures; dans une atmosphère d'hydrogène. Un détermine le poids spéci- fique des corps cylindriques frittés. Le tableau suivant montre qu'en augmentant la quantité d'urée, on obtient une baisse de la densité.
EMI5.1
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Urée <SEP> % <SEP> dans <SEP> le <SEP> Densité <SEP> du <SEP> bioxyde
<tb> bioxyde <SEP> d'uranium. <SEP> d'uranium <SEP> fritté <SEP> (g/cm2)
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<tb> 0 <SEP> 10,80
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<tb> 9,0 <SEP> 7,9
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