DE1032434B - Verfahren zur Gewinnung von hochkonzentriertem Plutonium - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Verfahren zur Gewinnung
von hochkonzentriertem Plutonium

Anmelder:

Dr. Kurt Diebner,

Hamburg 39, Eppendorfer Stieg 8

Dr. Erich Bagge, Hamburg -Wandsbek,
und Dr. Kurt Diebner, Hamburg,
sind als Erfinder genannt worden

Es ist bekannt, daß in einem Reaktor mit natürlichem oder angereichertem Uran durch Neutroneneinfang ein Teil des im Brennstoff enthaltenen Urans 238 in Plutonium verwandelt wird. Durch Entnahme des Brennstoffes aus dem Reaktor nach einer gewissen Betriebszeit kann dieses so erzeugte Plutonium in chemischen Aufbereitungsanlagen gewonnen werden. Weitergehende Überlegungen führen nun dazu, daß in einem Heterogenreaktor die Erzeugung des Plutoniums aus zwei Gründen nicht mit gleicher Konzentration über alle Raumbereiche der Brennstoffelemente erfolgt. Einmal fällt der Neutronenfluß nach der Mitte der Brennstoffelemente hin ab, und zum anderen ist der Wirkungsquerschnitt für den Einfang der Resonanzneutronen beim Uran 238 so

groß, daß diese praktisch nur in einer sehr dünnen

Oberflächenschicht der Brennstoffelemente festgehal- «

ten werden. Diese scharfe Linienabsorption im Neutronenspektrum läßt Plutonium in hochkonzentrierter Der Erfindungsgedanke besteht nun darin, die oben-Form mit einem erheblichen Prozentsatz der Gesamt- 20 genannten Gegebenheiten auszunutzen, um durch Abausbeute in den Oberflächenbereichen der Brennstoff- drehen, Abfräsen, Abätzen oder irgendein anderes elemente entstehen. mechanisches, elektrisches, elektrochemisches, Gas-

Die Plutoniumausbeute wird durch den Konver- entladungs-oder sonstiges Verfahren das in den Randsionsfaktor charakterisiert. Er gibt an, wieviel PIu- schichten vorzugsweise gebildete Plutonium vom tonium aus Uran 238 im Verhältnis zum Verbrauch 25 übrigen Brennstoffelement bzw. U 238 abzutrennen an Uran 235 entsteht. Der Anteil der Plutonium- und auf diese Weise von vornherein Substanzen mit ausbeute in der Oberflächenschicht stellt sich um so
günstiger, je größer das Verhältnis der gesamten
Oberfläche des Brennstoffelementes zu seinem Volumen
ist. Diesem Umstand tragen beispielsweise zylindri- 30
sehe oder plattenförmige Brennstoffelemente um so
besser Rechnung, je kleiner der Zylinderradius bzw.
die Plattendicke ist. Unter günstigen Umständen
können bei geeignetem Konversionsfaktor über 20%

des erzeugten Plutoniums auf die Randschicht ent- 35 Konversionsfaktor C als Parameter aufgetragen. In fallen. der Zeichnung bedeutet

Menge des erzeugten Pu in der Randschicht

höherer Plutoniumkonzentration zu erhalten, als der mittleren Plutoniumbildung im ganzen Brennstoffelement entspricht.

In Fig. 1 und 2 ist beispielsweise der prozentuale Anteil der Plutoniurnproduktion in den Randschichten für zylindrische und plattenförmige Brennstoffe aus natürlichem Uran in Abhängigkeit von der halben Plattendicke bzw. vom Zvlinderradius R₀ mit dem

Menge des erzeugten Pu im ganzen Brennstoffelement

Die Randschicht ist dabei eine etwa 0,01 cm dicke Außenhaut der Brennstoffelemente.

Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die ungleichförmige Neutronenflußverteilung über die Brennstoffelemente hinweg noch weiter wirtschaftlich auszunutzen. Da nämlich die Plutoniumerzeugung proportional dem Zeitintegral des Neutronenflusses anwächst, wird in den Außenzonen der Elemente relativ mehr Plutonium produziert. Damit wird z. B. bei den Kernbrennstoffelementen der Sättigungswert der Plutonium-Konzentration in den Außenzonen früher erreicht als im Innern der Brennstoffelemente.

Eine weitere Bestrahlung würde keine wesentlichen Vorteile mehr bringen. Das aber ist von wirtschaftlicher Bedeutung, weil die Brennstoffelemente nicht so lange betrieben werden müssen, wie ihrem im Prinzip möglichen mittleren Abbrand entsprechen würde. Durch mehrfache Anwendung des Verfahrens kommt man so z. B. jeweils zu einem höheren Abbrand der äußeren Bereiche und zu einem günstigeren Konversionsfaktor, als dies theoretisch erreichbar wäre, wenn das Plutonium im Innern der Brennstoffelemente überall mit gleicher Konzentration entstehen würde. Das beschriebene Verfahren läßt sich sinngemäß auch auf die Gewinnung von Uran 233 übertragen, das bei der Bestrahlung von natürlichem Thorium mit Neutronen entsteht. Dabei ist noch zu bemerken, daß es gleichgültig ist, ob die das Uran 238 bzw. Thorium enthaltenden Bauelemente sich im Reaktorkern oder in dessen Mantel befinden. Im letz-

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teren Fall gilt das für die Außenzonen der Brennstoffelemente Gesagte sinngemäß bekanntlich auch für die ganze Außenzone des Reaktors.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur fraktionierten Gewinnung von Plutonium aus Uran 238, das in Form von Brennstoffelementen oder sonstigen Formkörpern oder Reaktorbestandteilen der Neutronenstrahlung eines Reaktors ausgesetzt war, dadurch gekennzeichnet, daß das vorzugsweise in den Obernächenschichten dieser Körper gebildete Plutonium mit diesen Schichten auf chemischem oder physikalischem Wege vom übrigen U 238, dessen Plutoniumgehalt wesentlich geringer ist, abgetrennt und dann weiter aufbereitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Stelle des Urans 238 das

Element Thorium 232 tritt, wobei sinngemäß dem Plutonium dann das Uran 233 entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennung der plutonium- bzw. U 233-haltigen Schichten ferngesteuert bzw. durch Fernbedienung durchgeführt wird in der Weise, daß die biologischen und/ oder sonst schädlichen Strahlen die Bedienungsstelle nicht erreichen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Buchreihe »Proceedings of the International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy«, New York 1956, Bd. 9, S. 453, 454, 471, 476, 492 ff., 494, 514, 528, 546, 551, 563, 586, 596, 628;

Buchreihe »Selected Reference Material on Atomic Energy«, 1955, Band »Chemical Processing and Equipment«, S. 235, 237, 239, 261.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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