DE1049013B - Brennstoff fuer Neutronenreaktoren und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Brennstoff fuer Neutronenreaktoren und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Description
DEUTSCHES
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines für die Brennelemente von Neutronenreaktoren
allgemein und insbesondere mit festem Brennstoff arbeitenden Kraftreaktoren geeigneten Brennstoffs. Bisher
waren Reaktoren dieser allgemeinen Klasse mit massiven Brennstoffelementen ausgerüstet, die aus dem
zu ihrem Aufbau verwendeten massiven Metall gearbeitet wurden. Aus massivem Metall hergestellte Brennelemente
haben den Nachteil, daß die besonderen metallurgischen Eigenschaften des Metalls ihre Erzeugung schwierig
gestalten und daß ihre Aufbereitung nach dem Einsatz im Reaktor schwierig ist und mühselige chemische Behandlungen
erfordert.
Die Erfindung schafft einen neuartigen Brennstoff zur Herstellung von Reaktorbrennelementen. Ein anderer
Erfindungszweck ist ein einfaches Verfahren zur Herstellung eines Reaktorbrennstoffs gleichmäßiger Zusammensetzung.
Die Erfindung zielt weiter auf die Zubereitung eines Reaktorbrennstoffs ab, der sich nach
erfolgtem Einsatz als Brennelement leichter als die bisherigen Brennstoffe aufarbeiten läßt. Weitere Vorteile
und Zweckangaben der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.
Der erfindungsgemäße Brennstoff kann in jedem beliebigen Reaktortyp eingesetzt werden, bei welchem
als Brennelement eine feste Substanz dient.
Allgemein besteht der Brennstoff gemäß der Erfindung aus einer festen Lösung von PuO2 in UO2, und das Verhältnis
von U: Pu liegt im Bereich von 2 bis 99:1. Unter »Uran« oder "Uranoxyd« (UO2) ist hier entweder natür-Uches
Uran, an 235U angereichertes Uran oder ein an dem Isotop 238U erschöpftes Uran zu verstehen. Man pflegt
Reaktoren in schnelle, mittlere oder langsame Reaktoren zu unterteilen, was sich danach richtet, in welchem Ausmaß
die durchschnittliche Energie der Spaltneutronen vor dem zur Spaltung führenden Einfang verringert wird.
Für schnelle Reaktoren soll das Verhältnis von UO2: PuO2 in dem erfindungsgemäßen Brennstoff im Bereich von 2
bis 9, vorzugsweise 2 bis 5 Teilen UO2 auf 1 Teil PuO2, liegen. Die höheren UO2 · PuO2-Verhaltnisse eignen sich
recht gut für mittlere und langsame Reaktoren. Allgemein wird das Mischoxydpulver aus Uranylnitrat-Pu(IV)-nitrat-Lösungen
mit dem gewünschten U · Pu-Verhältnis hergestellt. U und Pu werden aus den Nitratlösungen
durch Zusatz von Ammoniumhydroxyd zusammen ausgefällt. Die mit Aceton getrocknete Ausfällung
besteht aus Ammoniumdiuranat und hydratisiertem Plutoniumdioxyd. Sie wird in Wasserstoff 1 bis
2 Stunden bei 600 bis 1000° C calciniert. Das entstehende Produkt ist, wie die röntgenographische Untersuchung
und das Verhalten beim Auflösen in Salpetersäure zeigen, eine feste Lösung von PuO2 in UO2. Es stellt ein leicht
zerreibbares Material dar, das zur Herstellung von Brennelementen direkt in ein Rohr aus rostfreiem Stahl von
Brennstoff für Neutronenreaktoren und Verfahren zu seiner Herstellung
Anmelder:
United States Atomic Energy Commission, Washington, D. C (V. St. A.)
Vertreter: Dr.-Ing. W. Abitz, Patentanwalt, München 27, Gaußstr. 6
Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 4. Juni 1957
Henry Ward Alter, Danville, Calif., John Κ. Davidson, Wheaton1 Md.,
Richard S. Miller, Silver Spring, Md., und Jack L. Mewherter, Schenectady, Ν. Y. (V. St. Α.;
sind als Erfinder genannt worden
1,59 bis 9,53 mm Innendurchmesser und geeigneter Länge eingeführt und in demselben zwecks Herstellung eines
selbständigen Brennelementes eingeschlossen werden kann. Nach dem Einsatz im Reaktor kann der verbrauchte
Brennstoff (die Spaltstoffausnutzung beträgt ungefähr 50% des ursprünglich anwesenden Pu) leicht
in heißer Salpetersäure gelöst werden, und die nach Verdünnen mit Wasser erhaltene Lösung eignet sich als
Beschickung für eine Lösungsmittelextraktion, bei welcher die Produktgewinnung und Spaltproduktabtrennung
erfolgt.
Wenn der Brennstoff in Form von Scheiben erwünscht ist, wird das bei der Calcinierung erhaltene Mischoxyd
zuerst zu einem Pulver recht gleichmäßiger Korngröße gemahlen und dann in einer Einlegeform von geeignetem
Innendurchmesser auf etwa 65 °/„ der theoretischen Dichte zusammengepreßt. Um eine mögliche Verunreinigung des
Brennstoffs zu verhindern, wird kein Gleitmittel verwendet. Die fertigen Scheiben lassen sich ausgezeichnet
handhaben. Zum Aufbau einer Brennelementeinheit wird ein Rohr aus rostfreiem Stahl mit gewünschtem Innendurchmesser
und vorbestimmter Länge durch Einschweißen eines Stopfens aus rostfreiem Stahl am einen
Ende verschlossen. Dann wird in das Rohr eine Isolierscheibe aus Magnesiumoxyd eingelegt. Das Rohr wird
dann mit den UO2-PuO2-Scheiben gefüllt, wobei man
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Claims (4)
1. Brennstoff für Neutronenreaktoren, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer festen Lösung von
PuO2 in UO2 besteht und das Verhältnis von U: Pu im Bereich von 2 bis 99 :1 liegt.
2. Brennstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von U: Pu im Bereich
von 2 bis 5 :1 liegt.
3. Verfahren zur Herstellung des Brennstoffs gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß man aus einer wäßrigen Salpetersäurelösung, die sechswertige U-Ionen und vierwertige
Pu-Ionen enthält, mittels Ammoniumhydroxyd ammoniumdiuranathydrafisiertes Plutoniumdioxyd ausfällt,
die Ausfällung abfiltriert, mit Aceton wäscht, trocknet und das getrocknete Gut zumindest 1 Stunde
bei einer Temperatur im Bereich von 600 bis 1000°C calciniert.
4. Brennelementeinheit für Neutronenreaktoren, gekennzeichnet durch ein mit einer festen Lösung von
PuO2 in UO2 von einer maximalen Dichte von ungefähr 65% beschicktes, aus rostfreiem Stahl bestehendes
geschlossenes Rohr.
© 80ϊ 730/339 1.59·
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