DE10239769B4 - Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Kernbrennstoffpresslings - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Kernbrennstoff-Preßlings aus Urandioxid, das Unterwerfen eines Ausgangsmaterials einem Sinterverfahren mit zwei Stufen in einer oxidierenden Atmosphäre und in einer reduzierenden Atmosphäre bei relativ niedrigen Temperaturen umfaßt, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß das Ausgangsmaterial aus einem Pulvergemisch, das aus 75 bis 55 Gew.-% frischem Urandioxid-Material und 25 bis 45 Gew.-% Triuranoctaoxid besteht, und pulverförmigen gemischten Uranoxiden, die ein O/U-Verhältnis ergeben, das im wesentlichen gleich dem des Pulvergemisches ist, ausgewählt wird, und daß das Sinterverfahren in der oxidierenden Atmosphäre bei einer höheren Temperatur von 1100 bis 1200°C und einer tieferen Temperatur von 1080°C oder weniger durchgeführt wird, so daß das Ausgangsmaterial mindestens einmal einen Temperaturanstieg zu der höheren Temperatur und mindestens einmal eine Temperatursenkung zu der tieferen Temperatur durchmacht.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Niedrigtemperatur-Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Kernbrennstoff-Preßlings aus Urandioxid mit einem großen Korndurchmesser und insbesondere ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Kernbrennstoff-Preßlings, das Herstellen von Pellets großer Korngröße in stabiler Weise durch ein Zwei-Stufen-Sintern in einer oxidierenden Atmosphäre bei relativ unterschiedlichen niedrigen Temperaturen und in einer reduzierenden Atmosphäre umfaßt.
  • Ein Niedrigtemperatur-Sinterverfahren für solche Kernbrennstoff-Pellets ist bekannt; dieses kann bei einer relativ niedrigen Temperatur in der Größenordnung von 1100 bis 1300°C durchgeführt werden, und zwar im Gegensatz zu einem herkömmlichen Sinterverfahren für Kernbrennstoff-Material, das bei etwa 1700°C durchgeführt wurde. Niedrigtemperatur-Verfahren, die auf ein Zwei-Stufen-Sintern zurückgreifen, was ein Sintern in einer oxidierenden Atmosphäre und anschließendes Reduktionserhitzen beinhaltet, waren allgemein weithin bekannt.
  • Z.B. offenbart die JP-Patentpublikation 4(1992)-166800 A, die von der Anmelderin stammt, ein derartiges Niedrigtemperatur-Herstellungsverfahren für einen gesinterten Kernbrennstoff-Preßling, das vorbereitend zu dem genannten Sintern in der oxidierenden Atmosphäre, Durchführen eines Vorerhitzens in einem Hauptatmosphärengas aus N2/Luft bei einer Temperatur in der Nachbarschaft von 150°C oder weniger zur Entfernung von überschüssigem Sauerstoff, der bei der Entnahme eingeschlossen wurde, wodurch die Sauerstoffkonzentration in einem Preßkörper geeigneterweise dispergiert wird, und anschließend Durchführen des Sinterns in einer oxidierenden Atmosphäre, nämlich in einem Hauptatmosphärengas, das aus N2 industrieller Reinheit und Luft besteht, dem Sauerstoff in einer Konzentration von 400 ppm oder weniger zur Einstellung der Sauerstoffkonzentration zugesetzt wurde, bei einer Temperatur von 1100 bis 1300°C, gefolgt von einem Reduktionserhitzen bei 1100 bis 1300°C in einem Hauptatmosphärengas, das aus H2 oder H2/N2 und 0,01 oder mehr H2O, ausgedrückt als Volumenverhältnis, besteht, umfaßt.
  • Hier hat der gesinterte Kernbrennstoff-Preßling aus der Urandioxid-Reihe, der so erhalten wird, im allgemeinen einen durchschnittlichen Kristallkorndurchmesser in der Größenordnung von 5 bis 10 μm. Von einem gesinterten Kernbrennstoff-Preßling aus Kornkristallen mit einem derartig kleinen Durchmesser wird angenommen, daß er eine große Menge an Spaltproduktgas (FR-Gas) freisetzt. Um das Spaltproduktgas zu unterdrücken, ist es erwünscht, daß ein gesinterter Kernbrennstoff-Preßling eine große Korngröße hat, die einen durchschnittlichen Kristallkorndurchmesser von ca. 20 bis 60 μm hat.
  • Zur Herstellung eines gesinterten Urandioxid-Kernbrennstoff-Preßlings mit großem Korndurchmesser, wie er oben angegeben wurde, wird dagegen die Sinterbehandlung durch die Verwendung eines Gemisches durchgeführt, welches Triuranoctaoxid (U3O8), erhalten durch Sintern von Urandioxidabfall, und frisches Urandioxid (UO2)-Materialpulver enthält. Genauer ausgedrückt, es wurde auch z.B. ein Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Kernbrennstoff-Preßlings, dessen O/U (Sauerstoff/Uran)-Verhältnis auf 1,98 bis 2,02 eingestellt ist, vom Anmelder vorgeschlagen und in der JP Patentpublikation 2(1990)-259596 A [JP-Patent 7(1995)-31266 B] offenbart; dieses Verfahren umfaßt Sintern eines Preßlings, der durch Preßformen aus gemischten Pulvern aus 75 bis 55 Gew.-% Urandioxid-Ausgangspulver und 25 bis 45 Gew.-% Triuranoctaoxid erhalten wurde, in einer oxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von 1100 bis 1400°C und anschließend Erhitzen in einer reduzierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von 1100 bis 1400°C. Bei diesem Verfahren wird ein gesinterter Kernbrennstoff-Preßling mit einer großen Korngröße hergestellt, indem die Herstellungsbedingungen eines Ausgangsmaterials (UO2-Abfall) für Triuranoctaoxid und die Menge des Triuranoctaoxids, das zuzumischen ist, kontrolliert werden, wodurch die Dichte des resultierenden gesinterten Preßlings und der Verdichtungsgrad beim Sintern reguliert werden, und indem spezifische Bedingungen, wie z.B. Sintertemperatur, usw. eingestellt werden, wodurch der Kristallkorndurchmesser reguliert wird.
  • Nach dem vorstehenden Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Preßlings mit großer Korngröße ist es möglich, einen gesinterten Kernbrennstoff-Preßling zu erhalten, der einen Korndurchmesser im Bereich von 20 bis 60 μm und eine durchschnittliche Kristalldichte im Bereich von 93 bis 98 TD (total density = Gesamtdichte) hat. Um den Korndurchmesser so groß wie den obigen zu machen, müssen allerdings viele Parameter eingestellt werden und es ist eine strikte Temperaturregulierung erforderlich, deren Kontrolle zu schwierig ist, um in zuverlässiger und stabiler Weise einen gesinterten Kernbrennstoff-Preßling mit großem Korndurchmesser zu liefern.
    •
  • In Anbetracht des aktuellen Standes der Technik, der oben beschrieben wurde, wurde die vorliegende Erfindung gemacht, indem der Vorteil gefunden wurde, den Temperaturänderungen während des Sinterverfahrens und die zweimalige oder mehrmalige Änderung der Sintertemperaturbereiche haben; und dementsprechend besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine kontinuierliche Bereitstellung eines gesinterten Kernbrennstoff-Preßlings sicherzustellen, der geeigneterweise für ein Kernbrennstoff-Material eines leichten Wasserreaktors verwendet werden kann, indem in stabiler Weise Urandioxid-Pellets mit großem Korndurchmesser hergestellt werden.
  • Die vorliegende Erfindung zur Lösung der vorstehenden Aufgaben beruht auf einem Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Kernbrennstoff-Preßlings, das Unterwerfen eines Ausgangsmaterials einem Zwei-Stufen-Sinterverfahren in einer oxidierenden Atmosphäre und in einer reduzierenden Atmosphäre bei relativ niedrigen Temperaturen, wodurch Pellets mit großer Korngröße hergestellt werden, umfaßt, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß das Ausgangsmaterial entweder ein Pulvergemisch, das zu 75 bis 55 Gew.-% aus frischem Urandioxid-Materialpulver und zu 25 bis 45 Gew.-% aus Triuranoctaoxid besteht, oder pulverförmige gemischte Uranoxide, die ein endgültiges O/U-Verhältnis liefern, das im wesentlichen gleich dem des Pulvergemisches ist, ist; und daß das Sinterverfahren in der oxidierenden Atmosphäre bei einer höheren Temperatur von 1100 bis 1200°C und einer tieferen Temperatur von 1080°C oder weniger durchgeführt wird, so daß das Ausgangsmaterial mindestens einmal einen Temperaturanstieg zu der höheren Temperatur und mindestens einmal eine Temperatursenkung zu der tieferen Temperatur durchmacht.
  • Im vorgenannten Verfahren ist es bevorzugt und wirksam, daß die Temperaturdifferenz zwischen der höheren Temperatur und der tieferen Temperatur während des Sinterverfahrens in der oxidierenden Atmosphäre mindestens 50°C ist.
  • Nach dem Sinterverfahren in der oxidierendem Atmosphäre wird das Reduktionserhitzen in entsprechender Weise bei einer relativ niedrigen Temperatur, d.h. 1050 bis 1170°C, vorzugsweise aber in der Nähe von 1100°C, durchgeführt.
  • Die Erfindung wird nachfolgend detaillierter anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben.
  • Die Erfindung betrifft somit ein Zwei-Stufen-Niedrigtemperatur-Sinterverfahren, wie es oben beschrieben wurde, das Durchführen eines Sinterns des Ausgangsmaterialpulvers für einen Kernbrennstoff in der oxidierenden Atmosphäre bei niedrigen Temperaturen und ein Reduktionserhitzen in entsprechender Weise bei einer niedrigen Temperatur umfaßt, wobei während des Sinterverfahrens in der oxidierenden Atmosphäre eine höhere Temperatur von 1100 bis 1200°C und eine niedrigere Temperatur von 1080°C oder niedriger eingestellt werden und das Ausgangsmaterialpulver einmal oder mehrmals eine Temperaturerhöhung und einmal oder mehrmals eine Temperaturerniedrigung zwischen der höheren Temperatur und der niedrigeren Temperatur durchmacht, wobei die Temperaturdifferenz zwischen der höheren Temperatur nach dem Temperaturanstieg und der niedrigeren Temperatur nach dem Temperaturabfall 50°C oder mehr ist.
  • Das Ausgangsmaterialpulver, das für das vorstehende Verfahren verwendet wird, ist entweder ein Pulvergemisch aus Urandioxid (UO2)-Pulver und Triuranoctaoxid (U3O8) oder pulverförmige gemischte Uranoxide, deren endgültiges stöchiometrisches O/U-Verhältnis gleich dem des vorgenannten Pulvergemisches wird.
  • Als Urandioxid-Pulver kann Urandioxid (UO2)-Pulver, das durch Rösten und Reduktion von Ammoniumdiuranat (ADU) oder Ammoniumuranylcarbonat (AUC) erhalten wird, oder irgendein anderes Urandioxid-Pulver verwendet werden.
  • Als Triuranoctaoxid (U3O8), das mit dem Urandioxid-Pulver vermischt werden soll, kann z.B. Triuranoctaoxid genannt werden, das durch Rösten eines Abfalls von gesintertem Kernbrennstoff-Preßling aus Urandioxid (UO2-Abfall), z.B. einem Mahlabfall, zurückgewiesenen Pellets, usw., der/die in einem Produktionsschritt für einen gesinterten Kernbrennstoff-Preßling aus Urandioxid (UO2-Pellets) hergestellt worden war(en), oder nicht erhitztem UO2, z.B. ein Preßkörper, erhalten wird.
  • Wenn z.B. der UO2-Abfall allmählich von Raumtemperatur erhitzt wird, wird er über U4O9 via U3O9 schließlich zu U3O8 umgewandelt, welches wiederum in UO3 umgewandelt wird, wenn es weiter bei einer Temperatur von 500°C oder weniger in Sauerstoff erhitzt wird. Die Folge ist, daß es in der vorliegenden Erfindung möglich ist, alternativ ein Gemisch aus pulverförmigen gemischten Uranoxiden, nämlich ein Gemisch aus Urandioxid-Pulver und anderem gemischtem Uranoxid-Pulver, das z.B. Triuranoctaoxid (U3O8), Tetraurannonaoxid (U4O9), Triuranhexaoxid (U3O7), Urantrioxid (UO3), usw. in Pulverform enthält, zu verwenden.
  • In Fällen, in denen das Ausgangsmaterialpulver ein anderes Metalloxid-Pulver enthält, z.B. wenn das vorgenannte frische Urandioxid-Materialpulver (U, Pu)O2-Pulver ist, kann auch U, Pu)3O8-Pulver als das vorgenannte Triuranoctaoxid-Pulver verwendet werden.
  • Das Ausgangsmaterial wird zuerst homogen vermischt. Beim Vermischen des Urandioxid-Ausgangsmaterialpulvers und des Triuranoctaoxids ist es bevorzugt, daß die Menge des Triuranoctaoxids im resultierenden Gemisch 25 bis 45 Gew.-%, bevorzugter 30 bis 40 Gew.-% ist. Beim Vermischen unter diesen Bedingungen ist es möglich, die Kristallkorngröße und die Kristalldichte des resultierenden gesinterten Kernbrennstoff-Preßlings zu regulieren.
  • Wenn die Mischungsmenge des Triuranoxtaoxids im Gemisch größer als 45 Gew.-% ist, werden Poren mit großem Durchmesser in dem gesinterten Kernbrennstoff-Preßling gebildet, wohingegen, wenn sie kleiner als 25 Gew.-% ist, die Partikelgrößenverteilung dazu tendieren wird, extrem inhomogen zu werden.
  • Für die Behandlung des Vermischens kann ein bekannter Mischer, z.B. ein Mischer des V-Typs oder ein Mischpulverisator, z.B. eine Kugelmühle, ein Mixer, usw., verwendet werden.
  • Das Pulvergemisch, das auf diese Weise durch die Behandlung des Vermischens erhalten wird, wird dann durch übliches Preßformen unter einem Verformungsdruck von 5 t/cm2 oder weniger, vorzugsweise 1,4 bis 2,8 t/cm2 zu Preßlings-Pellets geformt, die dann einer Sinterbehandlung unterzogen werden. Die Sinterbehandlung umfaßt ein Sintern in einer oxidierenden Atmosphäre, insbesondere einer leicht oxidierenden Atmosphäre, und anschließendes Erhitzen in einer reduzierenden Atmosphäre. Zu dieser Zeit wird ein Sintern in beiden Atmosphären bei relativ niedrigen Temperaturen durchgeführt, wie es im folgenden beschrieben wird.
  • Die oxidierende Atmosphäre existiert z.B. in Form von Kohlendioxidgas, einem Mischgas aus Stickstoff und Sauerstoff, einem Mischgas aus Kohlendioxid und Kohlenmonoxid, usw., allerdings ist eine bevorzugte Atmosphäre eine, die 1 × 10–2 bis 2 × 10–2 Vol.-% Sauerstoffgas in einem Inertgas enthält.
  • Unter der Annahme, daß bei der Sinterbehandlung die Sintertemperatur in einem Bereich von 1000 bis 1200°C eingestellt wird und eine Sinterzeit von 2 Stunde gewählt wird, wird, wenn ein Sintern bei einer tieferen Temperatur, z.B. im Bereich von 1000 bis 1100°C durchgeführt wird, die Korngrößenverteilung des resultierenden gesinterten Kernbrennstoff-Preßlings groß, wohingegen, wenn das Sintern bei höherer Temperatur durchgeführt wird, z.B. im Bereich von 1100 bis 1200°C, die Korngrößenverteilung klein wird. D.h., eine Regulierung der Sintertemperatur in der oxidierenden Atmosphäre macht es möglich, den Kristallkorndurchmesser des gesinterten Kernbrennstoff-Preßlings zu kontrollieren.
  • Die vorliegende Erfindung hat die vorstehende Erkenntnis über Temperaturänderungen gewonnen und beabsichtigt, die Korngröße groß zu machen, indem Temperaturänderungen zwischen einem spezifizierten höheren Temperaturbereich und einem spezifizierten niedrigeren Temperaturbereich verursacht wurden und indem einmal oder mehrmals entsprechende Temperaturänderungen zu den Temperaturbereichen durchgeführt wurden. Dies bedeutet, daß das Sinterverfahren in einer oxidierenden Atmosphäre durchgeführt wird, indem eine höhere Temperatur von 1100 bis 1200°C und eine niedrigere Temperatur von bis zu 1080°C eingestellt wird und indem einmal oder mehrmals eine Temperaturerhöhung zu der höheren Temperatur und einmal oder mehrmals eine Temperaturerniedrigung zu der niedrigeren Temperatur durchgemacht wird.
  • Dabei ist die Temperaturdifferenz zwischen der höheren Temperatur und der tieferen Temperatur vorzugsweise 50°C oder mehr und ist der Zeitraum während der Temperaturerhöhung oder der Temperatursenkung im Bereich von etwa 10 Minuten bis 1 Stunde.
  • Nach dem Sinterverfahren in der oxidierendem Atmosphäre wird der so gesinterte Preßling einer Reduktionsbehandlung durch Erhitzen in einer reduzierenden Atmosphäre unterworfen. Die reduzierende Atmosphäre wird z.B. in Gegenwart von Wasserstoffgas, einem Mischgas aus Wasserstoff und Stickstoff, einem Mischgas aus Wasserstoff und Argon oder einem dieser Gase, das gleichzeitig mit Wasserstoffdampf vorliegt, hergestellt.
  • Die Reduktionsbehandlungsbedingungen, z.B. die Gasart, die Zeit usw. sind nicht von besonderer Bedeutung, und dennoch wird die Reduktionsbehandlung vorzugsweise bei etwa 1100°C für etwa 2 Stunden durchgeführt. Dadurch wird das O/U-Verhältnis schließlich 1,98 bis 2,02 und erreicht die Dichte des resultierenden gesinterten Produktes Urandioxid-Kernbrennstoff 93 bis 98 % TD.
  • Wenn das O/U-Verhältnis und die Dichte von den vorstehend genannten Bereichen abweichen, so kann eine Senkung des Schmelzpunkts und der Festigkeit des gesinterten Kernbrennstoff-Produktes aus Urandioxid, das so erhalten wurde, auftreten, was eine Abweichung von den entsprechenden Planwerten verursachen kann und dementsprechend unter dem Gesichtspunkt der Brennstoffplanung unerwünscht ist.
  • Auf diese Weise wird ein gesinterter Kernbrennstoff-Preßling mit einem großen Korndurchmesser erhalten, wobei dessen durchschnittlicher Korndurchmesser 20 bis 60 μm oder mehr ist. Dieser kann geeigneterweise als Kernbrennstoffmaterial für einen leichten Wasserreaktor verwendet werden.
  • Die Erfindung wird im folgenden detaillierter anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Bei diesen ist:
  • 1 eine schematische Darstellung, die einen Behandlungsprozeß im Verfahren von Beispiel 1 zeigt;
  • 2 eine schematische Darstellung, die einen Behandlungsprozeß im Verfahren von Beispiel 2 zeigt;
  • 3 eine schematische Darstellung, die einen Behandlungsprozeß im Verfahren von Beispiel 3 zeigt;
  • 4 eine schematische Darstellung, die einen Behandlungsprozeß im Verfahren von Beispiel 4 zeigt;
  • 5 eine metallographische mikroskopische Aufnahme eines gesinterten Kernbrennstoff-Preßlings, erhalten in Beispiel 1, die als Photo mit einer Vergrößerung von 100 aufgenommen wurde;
  • 6 eine metallographische mikroskopische Aufnahme eines gesinterten Kernbrennstoff-Preßlings, erhalten in Beispiel 2, die als Photo mit einer Vergrößerung von 100 aufgenommen wurde;
  • 7 eine metallographische mikroskopische Aufnahme eines gesinterten Kernbrennstoff-Preßlings, erhalten in Beispiel 3, die als Photo bei einer Vergrößerung von 100 aufgenommen wurde;
  • 8 eine metallographische mikroskopische Aufnahme eines gesinterten Kernbrennstoff-Preßlings, der mit der vorliegenden Erfindung in Beziehung steht, erhalten in Beispiel 4, die als Aufnahme bei einer Vergrößerung von 100 aufgenommen wurde;
  • 9 eine metallographische mikroskopische Aufnahme eines gesinterten Vergleichs-Kernbrennstoff-Preßlings gemäß Vergleichsbeispiel 1, wobei in Beispiel 1 die höhere Temperatur auf 1300°C eingestellt worden war, wobei die Ansicht als Aufnahme bei einer Vergrößerung von 400 gemacht wurde;
  • 10 eine metallographische mikroskopische Aufnahme eines weiteren gesinterten Vergleichs-Kernbrennstoff-Preßlings gemäß Vergleichsbeispiel 2 ist, wobei die niedrigere Temperatur auf 1100°C eingestellt worden war, und wobei die Ansicht als Aufnahme bei einer Vergrößerung von 400 gemacht wurde.
  • 1 bis 4 geben jeweilige Sinterbedingungen bei einer spezifizierten höheren Temperatur und einer spezifizierten niedrigeren Temperatur bei erfindungsgemäßen Beispielen an.
    •
  • BEISPIEL 1
  • 70 Gew.-% Urandioxid-Ausgangsmaterialpulver und 30 Gew.-% Triuranoctaoxid, das bei 400°C geröstet worden war, wurden miteinander vermischt und das resultierende Gemisch wurde verpreßt und einer Sinterbehandlung in einem Ofen des Chargentyps in einer oxidierenden Atmosphäre aus N2/O2-Gas für 4 Stunden unterzogen und anschließend einer Reduktionsbehandlung durch Erhitzen in einer reduzierenden Atmosphäre aus H2-Gas für 2 Stunden unterzogen. Auf diese Weise wurde Nuklearbrennstoff aus der Serie der Urandioxid-Preßlinge hergestellt.
  • Wie in 1 dargestellt ist, wurde dabei während der oxidierenden Sinterstufe die Temperatur auf 1150°C erhöht, für eine Stunde bei 1150°C gehalten und dann auf 1050°C gesenkt; bei dieser Temperatur trat die Sinterstufe in die Reduktionsstufe ein. In diesem Beispiel wurden auf diese Weise einmal eine Temperaturerhöhung und einmal eine Temperatursenkung zu Beginn bzw. im Verlauf des Sinterns durchgeführt. Der so erhaltene gesinterte Preßling bestand, wie in 5 dargestellt ist, aus Pellets mit einem viel größeren Korndurchmesser (ca. 80 μm) als gesinterte Vergleichspreßlinge (ca. 10 μm), die im folgenden beschrieben werden.
  • VERGLEICHSBEISPIEL 1
  • Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, außer daß während des Sinterns in der oxidierenden Atmosphäre die höhere Temperatur anstatt auf 1150°C auf 1300°C eingestellt wurde. Die so erhaltenen gesinterten Pellets hatten einen kleinen Korndurchmesser (ca. 10 μm), wie dies klar aus 9 zu ersehen ist.
  • VERGLEICHSBEISPIEL 2
  • Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, außer daß während des Sinterns in der oxidierenden Atmosphäre die tiefere Temperatur auf 1100°C anstatt auf 1050°C eingestellt wurde. Die so erhaltenen gesinterten Pellets hatten ebenfalls einen kleinen Korndurchmesser (ca. 10 μm), was aus 10 deutlich wird.
  • BEISPIEL 2
  • Ein gesintertes Kernbrennstoffprodukt wurde ebenso wie in Beispiel 1 oben hergestellt, außer daß während der Sinterbehandlung in der oxidierenden Atmosphäre die Temperatur auf 1170°C erhöht wurde und am Ende des oxidierenden Sinterns von 1170°C auf 1050°C gesenkt wurde, wie dies in 2 dargestellt ist, worauf eine Verschiebung zum Reduktionsverfahren folgte. In diesem Fall werden eine einmalige Temperaturerhöhung und eine einmalige Temperaturerniedrigung zu Beginn des Sinterns und am Ende des Sinterns in der oxidierenden Atmosphäre durchgeführt. Der so erhaltene gesinterte Preßling hatte einen angestrebten großen Korndurchmesser (ca. 60 μm), wie dies aus 6 hervorgeht.
  • BEISPIEL 3
  • Es wurde ein gesinterter Kernbrennstoff-Preßling in gleicher Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß, wie in
  • 3 dargestellt ist, die Temperatur während der Sinterbehandlung in der oxidierenden Atmosphäre auf 1170°C erhöht und für 10 Minuten bei 1170°C gehalten wurde und danach die Temperatur einmal auf 1050°C gesenkt und wieder auf 1170°C erhöht wurde und daß die Reduktionsbehandlung für 4 Stunden anstatt für 2 Stunden durchgeführt wurde. Hier wurden insgesamt 3 Temperaturänderungen, einschließlich einer einmaligen Temperaturerhöhung zu Beginn der Behandlung, einer einmaligen Temperatursenkung in der Mitte der Behandlung und einer einmaligen Temperaturerhöhung am Ende, durchgeführt. Der auf diese Weise erhaltene gesinterte Preßling hatte einen großen Korndurchmesser (ca. 50 μm), wie es in 7 dargestellt ist.
  • BEISPIEL 4
  • Das Verfahren von Beispiel 1 oben wurde wiederholt, außer daß die Sinterbehandlung in der oxidierenden Atmosphäre geändert wurde, wie dies in 4 dargestellt ist, so daß eine Temperaturerhöhung auf 1050°C und ein Halten bei 1050°C für 1 Stunde durchgeführt wurde, außerdem eine Temperaturerhöhung auf 1170°C und einer anschließende Temperatursenkung auf 1050°C durchgeführt wurden; und daß die Reduktionsbehandlung für 4 Stunden anstatt für 2 Stunden durchgeführt wurde. Insgesamt wurden drei Temperaturänderungen einschließlich zweimaliger Temperaturerhöhung und einmaliger Temperatursenkung durchgeführt. Der so erhaltene gesinterte Preßling hatte einen großen Korndurchmesser (ca. 80 μm), wie es in 8 gezeigt ist.
  • In allen oben angeführten Beispielen und Vergleichsbeispielen wurde das Sintern in einem Sinterofen des Chargentyps durchgeführt, allerdings kann auch ein Ofen des kontinuierlichen Typs verwendet werden, wenn nur der Bereich der oxidierenden Atmosphäre in zwei Temperaturbereiche unterteilt ist und es möglich ist, eine ähnliche Temperaturhysterese zu erreichen, wie dies beim Ofen des Chargentyps der Fall ist.
  • Wie oben beschrieben wurde, betrifft die Erfindung die Herstellung eines gesinterten Kernbrennstoff-Preßlings, die eine Zwei-Stufen-Sinter-Behandlung in einer oxidierenden Atmosphäre bei relativer niedrigen Temperaturen und in einer reduzierenden Atmosphäre bei niedriger Temperatur umfaßt und die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Sintertemperaturen in der oxidierenden Atmosphäre in einem spezifizierten Bereich ausgewählt werden, innerhalb dem eine einmalige oder mehrmalige Temperaturerhöhung und einmalige oder mehrmalige Temperatursenkung, nämlich insgesamt mehr als eine zweimalige Temperaturänderung durchgeführt werden. Gemäß der Erfindung ist keine strikte Temperatureinstellung erforderlich, um die Korngröße groß zu machen, was im Gegensatz zu einem herkömmlichen Verfahren steht, bei dem die Sintertemperatur in einer oxidierenden Atmosphäre strikt eingestellt und kontrolliert wird, um dadurch den Kristallkorndurchmesser zu verändern. Die Folge ist, daß ein gesinterter Preßling mit großer Korngröße einfach und stabil erhältlich ist. Außerdem ist es wirksamer, die Temperaturdifferenz zwischen der höheren Temperatur und der niedrigeren Temperatur so einzustellen, daß sich 50°C oder größer ist.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Kernbrennstoff-Preßlings aus Urandioxid, das Unterwerfen eines Ausgangsmaterials einem Sinterverfahren mit zwei Stufen in einer oxidierenden Atmosphäre und in einer reduzierenden Atmosphäre bei relativ niedrigen Temperaturen umfaßt, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß das Ausgangsmaterial aus einem Pulvergemisch, das aus 75 bis 55 Gew.-% frischem Urandioxid-Material und 25 bis 45 Gew.-% Triuranoctaoxid besteht, und pulverförmigen gemischten Uranoxiden, die ein O/U-Verhältnis ergeben, das im wesentlichen gleich dem des Pulvergemisches ist, ausgewählt wird, und daß das Sinterverfahren in der oxidierenden Atmosphäre bei einer höheren Temperatur von 1100 bis 1200°C und einer tieferen Temperatur von 1080°C oder weniger durchgeführt wird, so daß das Ausgangsmaterial mindestens einmal einen Temperaturanstieg zu der höheren Temperatur und mindestens einmal eine Temperatursenkung zu der tieferen Temperatur durchmacht.
  2. Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Kernbrennstoff-Preßlings aus Urandioxid nach Anspruch 1, wobei die Temperaturdifferenz zwischen der höheren Temperatur und der tieferen Temperatur 50°C oder mehr ist.
  3. Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Kernbrennstoff-Preßlings aus Urandioxid nach Anspruch 1, wobei die pulverförmigen gemischten Uranoxide ein Pulvergemisch aus Urandioxid und anderen Uranoxiden, die Triuranoctaoxid, Tetraurannonaoxid, Triuranhexaoxid oder Urantrioxid enthalten können, ist.
  4. Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Kernbrennstoff-Preßlings aus Urandioxid nach Anspruch 3, wobei das endgültige O/U-Verhältnis 1,98 bis 2,02 ist.
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