DE1026888B - Fuer atomtechnische Zwecke dienende Formkoerper aus Kohlenstoff - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Gegenstand der Hauptpatentanmeldung sind kompakte Formkörper aus Kohlenstoff, die aus hochreinem kristallinem Schuppengraphit bestehen und vorzugsweise zur Bremsung und Reflexion von Neutronen dienen. Sie lassen sich unter anderem dadurch gewinnen, daß die Schuppen des als Ausgangsmaterial verwendeten Schuppengraphitpulvers durch Pressung unter hohem Druck (etwa von der Größenordnung 10⁴ kg/cm²) oberflächlich zum Fließen gebracht und miteinander verschweißt werden.

Es ist die Erkenntnis der vorliegenden Erfindung, daß die Herstellung dieser Graphitpreßlinge bereits bei wesentlich niedrigeren Drücken (von beispielsweise 3000 bis 5000 kg/cm²) möglich wird, wenn man von der Tatsache Gebrauch macht, daß sich die Gitterschichten der kristallinen Graphitschuppen besonders leicht durch einen in Richtung der Schichtebenen wirkenden Druck gegeneinander verschieben lassen. Auf diesem Verhalten beruht bekanntlich die hervorragende Schmierfähigkeit des kristallinen Schuppengraphits.

Zur Durchführung der Erfindung sind verschiedene technische Wege gangbar. Ihre Voraussetzung ist die Verwendung von parallel orientierteti Graphitschuppen.

Beispiel 1

Ein grobes Pulver aus hochreinem Schuppengraphit, dessen plättcheuförmige Einzelteilchen in einer Preßmatrize mit quadratischem Querschnitt waagerecht parallel gelagert sind, wird durch lotrechten Druck zu einem mäßig dichten, würfelförmigen Körpier vor verpreßt: dieser wird sodann herausgenommen und genau passend in der Weise wieder in die Matrize eingesetzt, daß die parallel orientierten, verhältnismäßig lose aneinanderhaftenden Graphitschuppen nunmehr senkrecht stehen. Darauf wird der Formling, wie üblich, mit lotrechtem Druck fertiggepreßt, wobei sich die Graphitschuppen ineinander verkeilen und schmierend miteinander verschweißen. Diese Preßmethode läßt sich mannigfaltig abändern. So kann man etwa eine Preßmatrize (z. B. quadratischen oder rechteckigen Querschnitts) benutzen, welche mittels eines zweiten Preßstempels auch die Anwendung eines waagerechten Druckes zuläßt. Der wie oben durch lotrechten Druck hergestellte Vorpreßling braucht dann nicht zwischendurch aus der Matrize entnommen und umgedreht zu werden, sondern kann mit dem zweiten, waagerecht geführten Stempel sogleich weiterverpreßt werden.

Beispiel 2

Zwischen der abgeschrägten Stirnfläche eines lotrecht arbeitenden Preßstempels und dem gleichsinnig Für atomtechnische Zwecke
dienende Formkörper aus Kohlenstoff

Zusatz zur Patentanmeldung G 8053 VIIIc/21 g
(Auslegesdirift 1 021 514)

ίο Anmelder:

Graphitwerk Kropfmühl

Aktiengesellschaft,
München 2, Max-Joseph-Str. 2

Herbert Greiner, Kropfmühl über Passau,
ist als Erfinder genannt worden

abgeschrägten Boden einer Preßmatrize werden waagerecht parallel gelagerte Graphitschuppen einem (hier schräg wirkenden) Druck ausgesetzt, der sie etwas aufeinandergleiten läßt und schmierend miteinander verschweißt.

Beispiel 3

Ein stark verdichteter Preßling aus waagerecht parallel gelagerten Graphitschuppen wird gegen eine waagerechte Unterlage mit geeignetem Druck angepreßt und auf ihr gleitend oder drehend tevvegt, so daß ständig neue Schichten Graphitschuppen abgestreift werden und allmählich ein kompakter »Schmierung« entsteht.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist fernerhin die weitere Ausgestaltung der Sondereffekte, die sich mit einkristallähnlichen (d. h. aus parallel orientierten Graphitschuppen bestehenden) Graphitkörpern auf Neutronen ausüben lassen.

In der Patentschrift der Hauptpatentanmeldung wurden bereits spezielle Richtwirkungen beschrieben.

Diese können naturgemäß auch mit den nach obigen Beispielen 1 bis 3 hergestellten Formkörpern erzielt werden.

Darüber hinaus wurde gefunden, daß sich mit einkristallähnlichen Graphitkörperu auch sehr eigenartige und kennzeichnende Bremseffekte hervorrufen lassen. Infolge der extremen Strukturanisotropie des Graphitschichtengitters (Massenanhäufung in den Gitterebenen, Massenleere zwischen den weit voneinander entfernten Gitterebenen) wirken die kristallinen Gra-

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phitschuppen verschieden stark bremsend auf Neutronen ein, die aus verschiedenen Richtungen in sie eindringen. Es kann nun die gesamte Bremsmatrix des Atombrenners in paralleler Schichtung aus solchen Quasi-Einkristallen aufgebaut werden. In dieser Bremsmasse ist, wie üblich, in geeigneten Abständen das aktive Material angeordnet, welches beispielsweise aus Uran oder Uranverbindungen in natürlichem oder angereichertem Isotopenverhältnis (U 235, U 238) besteht und im festen, flüssigen, gelösten oder suspendierten Zustand vorliegt. Von.den unvermeidlichen Verlusten abgesehen, treffen die bei der Kernspaltung nach allen Richtungen des Raumes ausgeschleuderten Neutronen auf die benachbarten Uranmassen, und zwar wegen der anisotropen S trukturierung der zwischengeschalteten Bremsmasse im statistischen Endergebnis mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Sie fallen als langsame (thermische) Neutronen ein, wenn sie überwiegend senkrecht oder schräg zu den Gitterebenen ihren Weg durch die einkristallähnliche Bremsmatrix genommen und folglich wegen zahlreicher Zusammenstöße mit den Kohlenstoffatomen eine starke Abbremsung erfahren haben, und als mittelschnelle (epithermische) Neutronen, wenn sie zufälligerweise hauptsächlich durch die massenleeren Räume zwischen den Gitterebenen hindurchgefiogen und deshalb weniger stark abgebremst worden sind. Die langsamen Neutronen spalten die U-235-Atome und erhalten die Kettenreaktion aufrecht, die mittelschnellen Neutronen dagegen verwandeln die U-238-Atome in Plutonium, d.h. also in neues spaltbares Material. Auch der U-233-Thorium-Zyklus und ähnliche Umwandlungsvorgänge sind nach dem gleichen Prinzip möglich. Somit läßt sich der Ümwandlungs- bzw. Brutprozeß in der Betriebsweise und mit allen technischen Vorteilen eines »langsamen Reaktors« durchführen; insbesondere wenn die Schlacken der Kernspaltung ständig beseitigt werden. Falls man den Umwandlungsfaktor auf »1« einstellt, also ebenso viel Spaltmaterial erzeugt wie verbraucht, ergibt sich eine besonders hohe Wirtschaftlichkeit der beschriebenen Anlage dadurch, daß die Umwandlungsprodukte (z. B. Pu oder U 233) zum Eigenverbrauch in den Brennstoffelementen des Reaktors verbleiben können und nicht, wie beim Vorliegen eines gesonderten Brutmantels in schnellen Reaktoren, in kostspieligen Verfahren abgetrennt und weiterverarbeitet werden müssen. Die einkristallähnlicheti Graphitkörper können beim Zusammenbau der Bremsmatrix gegebenenfalls auch in Kombination mit Formkörpern aus regellos gelagerten Graphitschuppen oder aus Kunstgraphit zur Anwendung kommen.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von kompakten, für atomtechnische Zwecke dienenden Formkörpern aus kristallinem Schuppengraphit nach Patentanmeldung G 8053 VIIIc/21g, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel orientierten hochreinen Graphitschuppen durch einen in Richtung der Schichtebenen oder schräg zu ihnen wirkenden Druck gleitend und schmierend miteinander verschweißt werden.

2. Verwendung der nach Anspruch 1 hergestellten Formkörper zur Ausübung von Richteffekten auf Neutronen.

3. Verwendung von Formkörpern mit parallel orientierten Graphitschuppen zur Ausübung von anisotropen Bremswirkungen auf Neutronen.

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