DE1040711B

DE1040711B - Kernreaktor-Brennstoffelement und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1040711B
Application number: DEM36093A
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Nat Richard Kieffer; Dipl-Ing Dr Techn Sedlatschek
Original assignee: Metallwerk Plansee GmbH
Current assignee: Metallwerk Plansee GmbH
Priority date: 1956-12-11
Filing date: 1957-12-06
Publication date: 1958-10-09
Also published as: BE562944A; GB876399A; FR1187574A

Description

Für die Herstellung von Brennstoffelementen für Kernreaktoren wurden bisher Uran, Uranlegierungen, Uranoxyd-Metall-Mischungen und auch Uransalze, gelöst in gewöhnlichem oder schwerem Wasser, verwendet.

Die Erfindung befaßt sich nun mit neuen Brennelementen auf der Basis von Uran bzw. Uranlegierungen sowie mit einem Verfahren zur Herstellung solcher Elemente. Die erfindungsgemäßen Brennelemente bestehen aus einem Skelettkörper aus Uran bzw. Uranlegierungen mit mindestens einem Übergangsmetall der IV., V. oder VI. Gruppe des Periodischen Systems, der mit einem niedriger schmelzenden Leichtmetall oder einer Leichtmetallegierung getränkt ist. Als Schutzhüllen können metallische Überzüge, z. B. aus Molybdän, Zirkonium, Aluminium oder Aluminiumlegierungen, vorgesehen sein.

Unter Uran bzw. Uranlegierungen sind in diesem Fall zu verstehen: natürliches Uran bzw. reine Uranisotope oder Mischungen aus den beiden bzw. deren Legierungen.

Für die Herstellung dieser Brennstoffelemente werden in der Pulvermetallurgie bekannte Arbeitsmethoden verwendet. So kann man zunächst zur Herstellung der Skelettkörper entweder das Uran oder die Uranlegierungen in Pulver-, Schwamm- oder Späneform in Formen füllen oder Preßlinge daraus herstellen und in diese Formkörper durch Tauchen in Bäder oder Auflegen und Erhitzen die einzuseigernde Phase mit Leichtmetall infiltrieren. Der Schmelzpunkt des Leichtmetalls bzw. der Leichtmetallegierung soll mindestens etwa 100° C unter dem Schmelzpunkt des Urans oder der verwendeten Uranlegierung liegen. Das Verfahren wird im Vakuum oder bei Edelgas-Unterdruck durchgeführt.

Nach dem Einfüllen des Ausgangspulvers in die Schutzhüllen aus hochschmelzendem Metall läßt man in bekannter Weise die Leichtmetallphase einseigern, wodurch gleichzeitig eine feste Verbindung des eingeseigerten Gutes mit der Innenseite der Schutzhülle entsteht. In ähnlicher Weise kann man durch Pressen, z. B. Strangpressen, einen rohrförmigen Körper aus dem uranhaltigen Material herstellen und diesen dann in die metallische Schutzhülle einführen, worauf die Leichtmetallphase eingeseigert wird.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß man die höherschmelzende Phase zu einem Stab oder rohrförmigen Körper durdh Strangpressen verformt, diesen dann zwecks Erzielung einer höheren Festigkeit bei einer Temperatur von etwa 800° C vorsintert und anschließend in das Leichtmetallbad mehrmals taucht. Der Porenkörper saugt sich dabei mit Leichtmetall voll, und gleichzeitig bildet sich im Fall rohrförmiger Körper Kernr eaktor-Brenns toff element
und Verfahren zu seiner Herstellung

Anmelder:

Metallwerk Plansee Gesellschaft m.b.H., Reutte, Tirol (Österreich)

Vertreter: Dr.-Ing. H. v. Schwarze, Patentanwalt,
KrefefcL Oberschlesienstr. 16

Beanspruchte Priorität:
Österreich vom 11. Dezember 1956

Dr. phil. nat. Richard Kieffer
und Dipl.-Ing. Dr. techn. Karl Sedlatschek, Reutte,

Tirol (Österreich),
sind als Erfinder genannt worden

eine genügend starke Außenhaut bzw. Innenhaut aus Leichtmetall.

Beispiel 1
30

Uran in Form von Drehspänen wird locker in einer Schlauchpresse zu Stäben mit einem Durchmesser von etwa 30 mm und einer Porosität von etwa 50% gepreßt. Durch Eintauchen des Preßlings in ein AIuminiumbad oder Auflegung von Aluminiumstücken und Erhitzen über den Aluminiumschmelzpunkt werden die Poren vollständig mit Aluminium ausgefüllt. Die so hergestellten Uran-Aluminium-Seigerkörper werden in Schutzhüllen aus Zirkon, Niob usw. eingeschoben und anschließend über dem Aluminiumschmelzpunkt kurzzeitig erhitzt, wodurch eine vorzügliche Haftung des Seigerkörpers an der Schutzhülle und ein ausgezeichneter Wärmeübergang erreicht wird.

Beispiel 2

Kleine Späne von einer Uran-Molybdän-oder Uran-Wolfram-Legierung werden in Schutzhüllen aus beispielsweise Zirkon, Niob, Tantal, Molybdän usw. eingefüllt, mit der nötigen Menge einer Magnesium-Beryllium-Aluminium-Legierung bedeckt und über deren Schmelzpunkt auf etwa 900° C unter Argon erhitzt. Die geschmolzene Legierung füllt die Hohlräume zwischen den Uranlegierungsplänen aus und

verbindet sich fest mit der Innenwand der Schutzhülle.

Beispiel 3

Uranlegierungen in Pulver- oder Späneform werden in Schlauchpressen zu rohr- oder stabförmigen Körpern gepreßt. Diese Formkörper werden im Vakuum bei Temperaturen von etwa 800° C vorgesintert und hierbei genügend verfestigt. Anschließend werden diese Formkörper in ein Aluminiumbad eingetaucht. so daß eine Volltränkung erfolgt. Durch weiteres mehrmaliges Tauchen kann der Tauchvorgang so gelenkt werden, daß am Formkörper eine genügend starke Außen- bzw. Innenhaut aus Reinaluminium gebildet wird. Auf diese Weise ist es möglich, Brenn-Stoffelemente herzustellen, bei denen der Hüllstoff schon im Zuge der Fabrikation automatisch entsteht und in idealer Weise aufgetragen wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Brennstoffelement für Kernreaktoren, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Skelettkörper aus Uran oder einer Uranlegierung mit mindestens einem Übergangsmetall der IV., V. oder VI. Gruppe des Periodischen Systems besteht, welcher mit einem niedriger schmelzenden Leichtmetall oder einer Leichtmetallegierung, gegebenenfalls mit anderen Metallen, getränkt ist.

2. Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es in an sich bekannter Weise mit einer Schutzhülle aus Molybdän, Zirkon, Aluminium oder Aluminiumlegierungen ummantelt ist.

3. Verfahren zur Herstellung von Brennstoffelementen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Uran oder Uranlegierungen in Pulver-. Schwamm- oder stückiger Form, z. B. Späne, in Schutzhüllen eingefüllt, Leichtmetall bzw. Leichtmetallegierungen aufgelegt und das Ganze im Vakuum oder bei Edelgas-Unterdruck über den Schmelzpunkt des Leichtmetalls bzw. der Leichtmetallegierung erhitzt wird, wodurch die Schmelze in die Porenkörper eindringt.

4. Verfahren zur Herstellung von Brennstoffelementen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Uran bzw. Uranlegierungen in Pulver-, Schwamm- oder Spanform gepreßt, vorzugsweise stranggepreßt, gegebenenfalls vorgesintert und der Skelettkörper durch Tauchen in Leichtmetallbäder getränkt wird.

5. \^erfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Skelettkörper nach der Seigerung in eine Schutzhülle aus hochschmelzendem Metall gebracht und über dem Schmelzpunkt der Leichtmetallphase erhitzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Schutzhülle eine durch mehrmaliges Tauchen des Skelettkörpers in das Leichtmetallbad sich bildende Leichtmetallschicht dient.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 754 183.

@ Mi 657/373 9.5*