Verfahren zur Herstellung von Kernbrennstoff und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kernbrennstoff für Kernreakto ren.
Beim Vorgang der Kernspaltung von beispiels weise U233-, U235-, Pu239- und Pu241-Atomen erfolgt die Spaltung oder der Zerfall der Kerne nach dem Einfang eines Neutrons. Dies erzeugt zwei oder meh rere Spaltprodukte von geringerem Atomgewicht und eine Anzahl Neutronen.
Die grosse kinetische Energie der Spaltprodukte wird rasch verbraucht und an die Umgebung in Form von Wärme abgegeben. Die Nutzerzeugung von Neu tronen beim Spaltereignis schafft die Basis für eine selbständige Spaltungskettenreaktion, bei welcher wenigstens ein solches Neutron die nachfolgende Spaltung hervorruft. Die verschiedenen Reaktoren typen umfassen alle eine Anordnung in Form von spaltbarem Material, welches dem Reaktor als Kern brennstoff zugeführt wird, wobei durch Wärmeaus tausch die Hitze abgeführt und die bei der Kern reaktion freiwerdenden Energiewerte gesteuert wer den. Das sich dabei nach und nach verbrauchende Material muss nach einer bestimmten Zeit ersetzt wer den.
Der Kernbrennstoffaustausch kann aber reduziert und in einigen Fällen ganz unterlassen werden, wenn dem Kernbrennstoff sogenanntes fruchtbares , das heisst in Spaltstoff umwandelbares Material, beispiels weise Th232 und U238 zugeführt wird. Durch Neu troneneinfang und doppeltem Betateilchen Zerfall verwandelt sich Th232 in<B>U</B> 233, welches durch ther mische Neutronen spaltbar ist. Auf die gleiche Weise ist U238 in Pu239 verwandelbar, welches ebenfalls durch thermische Neutronen spaltbar ist.
Die Gegenwart von solchem fruchtbaren Material im Kernbrennstoff erlaubt somit eine Verwandlung von nicht spalt- baren Atomen in spaltbare Atome, wodurch der Grad der Regeneration des Kernbrennstoffes gleich zeitig mit dem Verbrauch der ursprünglichen spalt baren Ladung geändert werden kann.
Es sind deshalb Brennelemente für Kernreakto ren erwünscht, welche fruchtbares und spaltbares Material aufweisen. Bei Schnellbrütern, bei welchen die Neutronen, welche die Spaltung hervorrufen, nicht wesentlich von ihrer Anfangsgeschwindigkeit ge bremst werden, ist ein Verhältnis von spaltbaren zu fruchtbaren Atomen von 1 zu 5 erwünscht. In ther mischen Reaktoren, wo die Spaltung durch Einfang von thermischen oder sehr langsamen Neutronen er folgt, ist ein Verhältnis von 1 zu 100 erwünscht. Ferner ist es erwünscht, die Reaktoren mit hoher spezifischer Leistung zu betreiben, wobei der Anteil von spaltbarem Material im Reaktorkern möglichst gering gehalten werden soll.
Dies bringt aber ander seits grosse Schwierigkeiten bei der Abführung der während der Reaktion freiwerdenden Wärme infolge der geringen thermischen Leitfähigkeit der meisten fruchtbaren Materialien, beispielsweise bei ThOZ oder U02. Bei hoher spezifischer Leistung besteht die Gefahr, dass der Schmelzpunkt der Kernbrennstoffe überschritten wird. Th02 schmilzt oberhalb<B>5100'F</B> und UOZ bei 4500 F. Die Probleme beim Entwurf von Brennstoffelementen, insbesondere in bezug auf die Wärmeabfuhr, sind deshalb erheblich.
Die bisherigen Bestrebungen, die genannten Schwierigkeiten zu überwinden, führten bisher zu keinem Erfolg. So wurde vorgeschlagen, einzelne Brennstoffelemente aus fruchtbarem und spaltbarem Material herzustellen. Hierbei wird aber nicht die grösste Leistungsfähigkeit bezüglich der wirksamen Wärmeübertragungsflächen erreicht. Zu Beginn des Betriebes steuern die Kernbrennstoffelemente aus fruchtbarem Material nur einen bedeutend geringe ren Teil der totalen Leistung bei als zu einem spä teren Zeitpunkt, wenn in den Elementen nach dem oben geschilderten Umwandlungsprozess spaltbares Material erzeugt wurde.
Es ist auch schon vorge schlagen worden, sehr dünne Brennstoffelemente her zustellen, um auf diese Weise die maximale innere Temperatur bei gegebener Leistungshöhe und Wärme übertragungswerten zu reduzieren. Diese Elemente sind aber sehr teuer, was zum Teil auf die sehr schwierige Herstellung und zum Teil auf die not wendige Umhüllung im Verhältnis zur Zunahme der Wärmeübertragungsflächen zurückzuführen ist.
Fer ner ist vorgeschlagen worden, in das Kernbrennstoff material Fäden aus starkleitendem Material einzu führen, was aber eine sehr schwierige Fabrikation bedingt, und wobei zudem auf Grund eines Sicher heitsvolumens an nicht spaltbarem oder nicht frucht barem Material die Menge von spaltbarem und frucht barem Material pro Einheitsvolumen reduziert wird.
Ein weiterer Vorschlag, die genannten Schwierig keiten zu überwinden, geht dahin, ringförmig be schichtete Brennstoffelemente zu verwenden. Hierbei wird die Ausgangsladung von spaltbarem Material zu einer Schicht angeordnet, welche an die Wärme übertragungsfläche angrenzt oder an die Flächen eines inneren Kernes aus fruchtbarem Material. Bei einer solchen Ausführungsform ist ein Stab aus U238 oder Th232 (fruchtbares Material) an seiner Aussen fläche mit einer bestimmten Schicht aus U233 U235 oder Pu23g (spaltbares Material) versehen. Die Dicke der spaltbaren Schicht ist von der Menge des frucht baren Materials im Stab und vom gewünschten Ver hältnis von spaltbarem und fruchtbarem Material ab hängig.
Wenn gewünscht, kann das fruchtbare Mate rial röhrenförmig sein, wobei eine zentrale Öffnung für den Kühlmittelfluss vorgesehen ist. Ferner kann eine Umhüllung vorgesehen sein, welche die Wärme- übertragungsflächen vor dem Einfluss des Kühlmittels schützt.
Die vorliegende Erfindung bezweckt nun die Schaffung eines Verfahrens, das eine Massenproduk tion solcher flächigen Presslinge erlaubt.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von Kernbrennstoff in Form von flächigen Presslin- gen, welche aus Teilen mindestens zweier voneinan der verschiedener körniger Materialien bestehen, zeichnet sich dadurch aus, dass die Materialien in eine Pressform gefüllt werden, wobei während des Ein füllens die voneinander verschiedenen Materialien voneinander getrennt gehalten werden; und dass vor dem Pressen die Trennung aufgehoben wird, so dass während der Pressung eine Berührung zwischen den Materialien stattfindet.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, welche sich da durch auszeichnet, dass diese eine Öffnung aufweist, in welche das Material eingefüllt und zusammenge presst wird, dass Trennmittel für die Trennung der voneinander verschiedenen Materialien während deren Einfüllung in die Öffnung vorgesehen sind, dass Mittel für die Entfernung der Trennmittel vor dem Pressen vorgesehen sind und dass die Vorrich tung Mittel zum Zusammenpressen des in die Öff nung eingefüllten Materials aufweist.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die Vor richtung zur Durchführung des Verfahrens werden anhand der Zeichnung nachfolgend beispielsweise näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht eines Reaktors, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-lI durch den Reaktor gemäss Fig. 1, Fig. 3 einen Kernbrennstoffstab, Fig.4, 5 und 6 Querschnitte durch Kernbrenn- stoffstäbe und Fig.7,
8 und 9 Vorrichtungen zur Herstellung von Presslingen für Kernbrennstoffstäbe mit Quer schnitten gemäss den Fig.4, 5 und 6.
Der Kernreaktor gemäss Fig. 1 weist einen Reak torkern 10 auf, welcher aus mehreren parallelen Spaltstoffanordnungen 12 besteht. Die Spaltstoffan- ordnungen 12 weisen Moderator-Kühlmittelströ- mungskanäle und jede eine Anordnung stabförmiger Brennstoffelemente auf, welche in Fig. 3 gezeigt sind. Die Spaltstoffanordnungen 12 stützen sich untensei- tig auf einer Grundplatte 14 ab und sind an ihren oberen Enden durch ein Gitter 16 gehalten.
Der durch die Spaltstoffanordnungen 12 gebildete Reak torkern ist von einem Wärmeschild 22 umgeben und beide auf Konsolen 18 und 20 im Reaktorgefäss 24 befestigt. Einlauf 26 und Auslauf 28 sind für das Kühlmittel vorgesehen, welches den Kern 10 durch strömt. Ferner sind Steuerelemente 30 mit Antriebs vorrichtungen 32 vorgesehen, durch welche der Gang der Kernreaktion und demgemäss der Neutronenfluss und die Reaktorleistung steuerbar sind.
Gemäss Fig.2 weist jede Spaltstoffanordnung 12 einen Strömungskanal 34 auf, in welchem eine Mehr zahl paralleler, voneinander getrennte Spaltstoffele- mente oder -stäbe 36 angeordnet sind. Die kreuz förmigen Steuerelemente 30 wirken reziprok zwischen den angrenzenden Spaltstoffanordnungen.
Gemäss Fig.3 weist der Stab 36 eine Anzahl in Längsrichtung des Stabes ausgerichtete Formkörper 38 aus Spaltstoff auf, welche von einem Umhüllungs rohr 40 aus korrosionsfestem Material, beispielsweise Zirkonium, rostbeständigem Stahl oder dergleichen umgeben sind. Der Stab 36 weist an seinen Enden Verbindungsmittel 42 und 44 auf, welche die Befe stigung der Stäbe in der vorstehend beschriebenen Weise ermöglichen.
Gemäss Fig.4, welche einen Querschnitt durch den Spaltbrennstoffstab 36 zeigt, weist solch ein vom Umhüllungsrohr 40 umgebener Formkörper 38 einen Kernteil 46 auf, welcher aus fruchtbarem, das heisst in Spaltstoff umwandelbarem Material besteht. Die ses Material kann ThO., oder eine Mischung von Th02 und UOz sein. Der Kernteil 46 ist ringförmig von einer Füllschicht 48 umgeben, welche aus spalt barem Material besteht.
Dieses Material kann U0,; U308; Th02 und U02 oder Th02 und U308 sein. Ferner weist der Formkörper 38 eine zentrale Öff nung 50 auf. Das Verfahren sowie die Vorrichtung zur Herstellung solcher Formkörper 38 wird nach folgend anhand der Fig. 7 noch näher erläutert.
Gemäss Fig. 5, welche eine weitere Ausführungs form solch eines Formkörpers zeigt, besteht der Formkörper 39 aus einem geschlossenen Zylinder, dessen Kernteil 47 aus fruchtbarem Material von einer Schicht 49 aus spaltbarem Material umgeben ist. Dieser Formkörper 39 wird von einem Umhül lungsrohr 41 eingeschlossen. Das Verfahren sowie die Vorrichtung zur Herstellung solcher Formkörper 39 wird nachfolgend anhand der Fig. 8 noch näher be schrieben.
Fig.6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines ringförmig beschichteten Spaltstoffbrennstabes im Schnitt, bei welchem eine innere und eine äussere Wärmeübertragungsfläche vorgesehen ist. Hierfür ist ein inneres Umhüllungsrohr 50 und ein äusseres Um hüllungsrohr 52 vorgesehen, zwischen welchen eben falls eine Mehrzahl Formkörper 54 geschichtet sind. Die Formkörper 54 weisen einen Kernteil 56 aus fruchtbarem Material sowie eine innere Füllschicht 58 und eine äussere Füllschicht 60 aus spaltbarem Material auf. Das Verfahren sowie die Vorrichtung zur Herstellung solcher Formkörper 54 wird nach folgend anhand der Fig. 9 noch näher beschrieben.
Die Vorrichtung nach Fig. 7 weist<I>eine</I> Form 70 mit einer Öffnung 72 auf, welche zur Aufnahme des zu verdichtenden körnigen oder pudrigen Materials für die Formkörper dient. Für das Zusammenpressen des Materials ist ein Druckkolben 74 vorgesehen, wobei ein Dorn 76 in der Form 70 angeordnet ist, durch welchen die durchbrochene Form der einzel nen Formkörper gemäss Fig.4 erzielbar ist.
Ferner ist in der Aufweitung 72 der Form 70 eine Hülse 78 vorgesehen, welche ein Füllen der Form mit körni gem oder pudrigem Material verschiedener Zusam mensetzungen für eventuell mehrlagige Formkörper erlaubt. Ferner ist ein Auswerfer 80 vorgesehen, wel cher nach dem Pressen der Formkörper deren Aus wurf aus der Form erlaubt.
Für die Herstellung der Formkörper wurde nun zunächst das fruchtbare Material in den ringförmi gen Raum 82 zwischen Dorn 76 und Hülse 78 ge bracht. Dieses Material kann pudriges Th02, natür liches oder angereichertes U02 oder eine Mischung von Th02 und U02 sein. Anschliessend wird dann in den ringförmigen Raum 84 zwischen der Wan dung der Form 70 und der Hülse 78 ein geeignetes, für die Ringfüllung gewünschtes spaltbares Material gebracht.
Dieses Material kann angereichertes U02 oder U.O8, Th02 und angereichertes U02 oder Th02 und angereichertes U308 sein. Sind die Materialien auf diese Weise in der Form untergebracht, wird die Hülse 78 aus der Form 70 herausgezogen, so dass die konzentrisch zueinander angeordneten Materialien sich in der gemeinsamen Randzone berühren. Darauf- hin wird der Druckkolben 74 in die Formöffnung 72 eingeführt, wobei dieser die Materialien zusam- menpresst. Wenn erwünscht, kann dabei gleichzeitig die Pressmasse erhitzt werden.
Nach dem Wiederaus fahren des Druckkolbens 74 aus der Formöffnung 72 wird der nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellte Pressling durch Aufwärtsbewegung des Auswerfers 80 aus der Form 70 ausgestossen.
Für die Erzielung hoher Produktionsziffern ist es möglich, die Hülse 78 automatisch aus der Form heraus in eine entsprechende Ausnehmung im Druck kolben 74 zu bewegen (nicht dargestellt). Bei der Herstellung der Formkörper können ferner puder bindende Mittel und Schmiermittel Verwendung fin den.
Für die Herstellung der Formkörper gemäss Fig. 5 ist in Fig. 8 eine weitere Ausführungsform der Vor richtung gezeigt, welche im wesentlichen der Vor richtung nach Fig.7 entspricht, wobei allerdings der Dorn 76 und die entsprechende Ausnehmung im Druckkolben 74 fehlen. Die Form 70 gemäss Fig. 8 weist einen Hohlraum 72, Auswerfer 81, Hülse 78 und Druckkolben 75 auf. Die Herstellung der Form körper erfolgt hierbei in der gleichen Weise, wie dies schon anhand der Vorrichtung gemäss Fig.7 be schrieben wurde.
Für die Herstellung der Formkörper nach Fig. 6 ist in Fig.9 eine weitere Ausführungsform der Vor richtung gezeigt, welche im wesentlichen der Vorrich tung nach Fig. 7 entspricht, nur dass hier zwei Hül sen 78a und 78b vorgesehen sind.
Die Herstellung der Formkörper erfolgt hierbei in der gleichen Weise, wie dies schon anhand der Vorrichtung gemäss Fig. 7 beschrieben wurde, nur dass die pudrigen fruchtbaren Materialien im ringförmigen Mittelraum 90 und die pudrigen spaltbaren Materialien im inneren Ring 94 und im äusseren Ring 92 eingebracht werden. Beide Hülsen 78a und 78b werden dann ebenfalls heraus gezogen, wobei entsprechende Ausnehmungen im Druckkolben 74 vorgesehen sein können zum Zweck, wie dies vorstehend bei der Vorrichtung gemäss Fig. 7 schon beschrieben wurde.
Das beschriebene Verfahren sowie die Vorrich tung zur Durchführung des Verfahrens ist aber nicht nur für die Herstellung von Formkörpern aus U (Uran)- und Th(Thorium)-Oxyden sondern auch zur Herstellung von ringförmig beschichteten Formkör pern aus Karbiden, Siliziden, Nitriden und Oxyden von Thorium, Uran und Plutonium geeignet.
Die gepressten Formkörper aus U-, Pu- und Th-Oxyden können bei den hierfür üblichen Temperaturen ge sintert werden, während bei U-, Pu- und Th-Kar- biden, Nitriden und -Siliziden die Anwendung be kannter Heisspressverfahren, bei welchen die Form und das pudrige Material während des Pressens, er hitzt werden, vorzuziehen ist. Selbstverständlich kön nen die Formkörper neben einem ringförmigen Quer schnitt auch Querschnitte anderer geometrischer For men aufweisen.
Process for the production of nuclear fuel and apparatus for carrying out the process The present invention relates to a process for the production of nuclear fuel for nuclear reactors.
In the process of nuclear fission of, for example, U233, U235, Pu239 and Pu241 atoms, the fission or disintegration of the nuclei takes place after a neutron has been captured. This produces two or more fission products of lower atomic weight and a number of neutrons.
The large kinetic energy of the fission products is quickly consumed and given off to the environment in the form of heat. The generation of neutrons during the fission event creates the basis for an independent fission chain reaction, in which at least one such neutron causes the subsequent fission. The different types of reactors all comprise an arrangement in the form of fissile material, which is fed to the reactor as core fuel, the heat being dissipated through heat exchange and the energy values released during the core reaction being controlled. The material that is gradually used up must be replaced after a certain period of time.
The exchange of nuclear fuel can, however, be reduced and in some cases completely omitted if the nuclear fuel is supplied with so-called fertile material, i.e. material that can be converted into fissile material, for example Th232 and U238. Through neutron capture and double beta particle decay, Th232 is transformed into <B> U </B> 233, which can be split by thermal neutrons. In the same way, U238 can be transformed into Pu239, which can also be split by thermal neutrons.
The presence of such fertile material in the nuclear fuel thus allows the conversion of non-fissile atoms into fissile atoms, whereby the degree of regeneration of the nuclear fuel can be changed simultaneously with the consumption of the original fissile charge.
It is therefore desirable for fuel assemblies for nuclear reactors which have fertile and fissile material. In rapid breeders, in which the neutrons that cause fission are not slowed down significantly from their initial speed, a ratio of fissile to fertile atoms of 1 to 5 is desirable. In ther mix reactors, where the fission by trapping thermal or very slow neutrons he follows, a ratio of 1 to 100 is desirable. Furthermore, it is desirable to operate the reactors with a high specific power, the proportion of fissile material in the reactor core being kept as low as possible.
On the other hand, this brings with it great difficulties in removing the heat released during the reaction due to the low thermal conductivity of most fertile materials, for example ThOZ or U02. If the specific power is high, there is a risk that the melting point of the nuclear fuel will be exceeded. Th02 melts above <B> 5100'F </B> and UOZ at 4500 F. The problems in the design of fuel elements, in particular with regard to heat dissipation, are therefore considerable.
The previous efforts to overcome the difficulties mentioned have so far not been successful. It has been proposed to manufacture individual fuel elements from fertile and fissile material. However, this does not achieve the greatest efficiency with regard to the effective heat transfer surfaces. At the beginning of operation, the nuclear fuel elements made of fertile material only contribute a significantly smaller part of the total output than at a later point in time when fissile material was produced in the elements after the conversion process described above.
It has already been proposed to produce very thin fuel elements in order to reduce the maximum internal temperature for a given power level and heat transfer values in this way. However, these elements are very expensive, which is partly due to the very difficult production and partly to the not agile envelope in relation to the increase in heat transfer surfaces.
Fer ner has been proposed to introduce threads of highly conductive material in the nuclear fuel material, but this requires a very difficult fabrication, and also because of a security volume of non-fissile or non-fertile material, the amount of fissile and fertile material per Unit volume is reduced.
Another proposal to overcome the difficulties mentioned is to use annularly coated fuel elements. Here, the initial charge of fissile material is arranged in a layer which is adjacent to the heat transfer surface or to the surfaces of an inner core made of fertile material. In such an embodiment, a rod made of U238 or Th232 (fertile material) is provided on its outer surface with a certain layer of U233, U235 or Pu23g (fissile material). The thickness of the fissile layer depends on the amount of fertile material in the rod and on the desired ratio of fissile and fertile material.
If desired, the fertile material can be tubular with a central opening for coolant flow. Furthermore, an envelope can be provided which protects the heat transfer surfaces from the influence of the coolant.
The present invention now aims to create a method that allows mass produc tion of such flat compacts.
The method according to the invention for producing nuclear fuel in the form of flat pressed pieces, which consist of parts of at least two granular materials that differ from one another, is characterized in that the materials are filled into a mold, the different materials being filled during the filling are kept separate from each other; and that the separation is canceled before pressing, so that there is contact between the materials during the pressing.
The invention also relates to a device for carrying out the method, which is characterized by the fact that it has an opening into which the material is filled and pressed together, that separating means are provided for separating the different materials while they are being filled into the opening that means are provided for the removal of the separating means prior to pressing and that the device has means for compressing the material filled into the opening.
The method according to the invention and the device for performing the method are explained in more detail below with reference to the drawing, for example. 1 shows a side view of a reactor, FIG. 2 shows a section along the line II-II through the reactor according to FIG. 1, FIG. 3 shows a nuclear fuel rod, FIGS. 4, 5 and 6 cross sections through nuclear fuel rods and FIG .7,
8 and 9 devices for the production of pellets for nuclear fuel rods with cross sections according to FIGS. 4, 5 and 6.
The nuclear reactor according to FIG. 1 has a reactor core 10, which consists of several parallel fissile material arrangements 12. The fissile material arrangements 12 have moderator coolant flow channels and each have an arrangement of rod-shaped fuel elements, which are shown in FIG. 3. The fissile material arrangements 12 are supported at the bottom on a base plate 14 and are held at their upper ends by a grid 16.
The reactor core formed by the fissile material arrangements 12 is surrounded by a heat shield 22 and both are attached to brackets 18 and 20 in the reactor vessel 24. Inlet 26 and outlet 28 are provided for the coolant which flows through the core 10. In addition, control elements 30 with drive devices 32 are provided, by means of which the course of the nuclear reaction and, accordingly, the neutron flux and the reactor power can be controlled.
According to FIG. 2, each fissile material arrangement 12 has a flow channel 34 in which a plurality of parallel, mutually separated fissile material elements or rods 36 are arranged. The cross-shaped control elements 30 act reciprocally between the adjacent fissile material arrangements.
According to FIG. 3, the rod 36 has a number of shaped bodies 38 made of fissile material, aligned in the longitudinal direction of the rod, which are surrounded by a casing tube 40 made of corrosion-resistant material, for example zirconium, stainless steel or the like. The rod 36 has at its ends connecting means 42 and 44, which allow the fastenings of the rods in the manner described above.
According to FIG. 4, which shows a cross section through the fission fuel rod 36, such a shaped body 38 surrounded by the casing tube 40 has a core part 46 which consists of fertile material, that is to say material which can be converted into fissile material. This material can be ThO., Or a mixture of ThO2 and UO2. The core part 46 is annularly surrounded by a filler layer 48, which consists of cleavable material.
This material can U0 ,; U308; Th02 and U02 or Th02 and U308. Furthermore, the molded body 38 has a central opening 50. The method and the device for producing such shaped bodies 38 are explained in more detail below with reference to FIG.
According to FIG. 5, which shows a further embodiment of such a shaped body, the shaped body 39 consists of a closed cylinder, the core part 47 of which is made of fertile material and is surrounded by a layer 49 of fissile material. This shaped body 39 is enclosed by a casing tube 41. The method and the device for producing such shaped bodies 39 will be described in more detail below with reference to FIG. 8.
6 shows a further embodiment of a ring-shaped coated fuel rod in section, in which an inner and an outer heat transfer surface is provided. For this purpose, an inner sheathing tube 50 and an outer sheathing tube 52 are provided, between which a plurality of molded bodies 54 are also layered. The molded bodies 54 have a core part 56 made of fertile material and an inner filling layer 58 and an outer filling layer 60 made of fissile material. The method and the device for producing such shaped bodies 54 are described in more detail below with reference to FIG. 9.
The device according to FIG. 7 has <I> a </I> mold 70 with an opening 72 which serves to receive the granular or powdery material to be compacted for the shaped bodies. A pressure piston 74 is provided for compressing the material, a mandrel 76 being arranged in the mold 70, through which the perforated shape of the individual molded bodies according to FIG. 4 can be achieved.
Furthermore, a sleeve 78 is provided in the widening 72 of the mold 70, which allows the mold to be filled with granular or powdery material of different compositions for possibly multi-layer molded bodies. Furthermore, an ejector 80 is provided, wel cher after the pressing of the molded body allows their ejection from the mold.
For the production of the molded body, the fertile material was first brought into the annular space 82 between the mandrel 76 and the sleeve 78. This material can be powdery Th02, natural or enriched U02 or a mixture of Th02 and U02. Subsequently, a suitable fissile material desired for the ring filling is then brought into the annular space 84 between the wall of the mold 70 and the sleeve 78.
This material can be enriched U02 or U.O8, Th02 and enriched U02 or Th02 and enriched U308. Once the materials have been accommodated in the mold in this way, the sleeve 78 is pulled out of the mold 70 so that the concentrically arranged materials touch one another in the common edge zone. The pressure piston 74 is then inserted into the mold opening 72, whereby it presses the materials together. If desired, the molding compound can be heated at the same time.
After the pressure piston 74 has moved out of the mold opening 72, the compact produced according to the method described above is ejected from the mold 70 by upward movement of the ejector 80.
To achieve high production rates, it is possible to automatically move the sleeve 78 out of the mold into a corresponding recess in the pressure piston 74 (not shown). In the production of the moldings, powder-binding agents and lubricants can also be used.
For the production of the molded body according to FIG. 5, FIG. 8 shows another embodiment of the device, which essentially corresponds to the device according to FIG. 7, although the mandrel 76 and the corresponding recess in the pressure piston 74 are missing. The mold 70 according to FIG. 8 has a cavity 72, ejector 81, sleeve 78 and pressure piston 75. The production of the molded body takes place in the same way as has already been described using the device according to FIG.
For the production of the molded body according to FIG. 6, a further embodiment of the device is shown in FIG. 9, which essentially corresponds to the device according to FIG. 7, except that two sleeves 78a and 78b are provided here.
The moldings are produced in the same way as has already been described with reference to the device according to FIG. 7, only that the powdery fertile materials are introduced into the annular central space 90 and the powdery cleavable materials into the inner ring 94 and the outer ring 92 . Both sleeves 78a and 78b are then also pulled out, whereby corresponding recesses can be provided in the pressure piston 74 for the purpose, as was already described above for the device according to FIG.
The method described and the device for performing the method is not only for the production of molded articles from U (uranium) - and Th (thorium) oxides but also for the production of ring-coated molded articles made of carbides, silicides, nitrides and oxides suitable for thorium, uranium and plutonium.
The pressed molded bodies made of U, Pu and Th oxides can be sintered at the temperatures customary for this purpose, while in the case of U, Pu and Th carbides, nitrides and silicides, the use of known hot pressing processes, in which the Mold and the powdery material during pressing, it is preferable to be heated. Of course, in addition to an annular cross-section, the shaped bodies can also have cross-sections of other geometric shapes.