DE1096513B

DE1096513B - Verfahren zur Herstellung kugelfoermiger Brennstoffelemente fuer Kernreaktoren

Info

Publication number: DE1096513B
Application number: DER26700A
Authority: DE
Inventors: Dr Rudolf Schaefer
Original assignee: Ringsdorff Werke GmbH
Current assignee: SGL Group GmbH Werk Ringsdorf
Priority date: 1959-11-10
Filing date: 1959-11-10
Publication date: 1961-01-05

Description

Verfahren zur Herstellung kugelförmiger Brennstoffelemente für Kernreaktoren Für Atomreaktoren werden neuerdings als Brennstoffelemente Graphitkugeln verwendet, welche in ihrem Innern die aktive Uranmasse enthalten. Derartige Elemente werden allerdings noch mit Metall umhüllt, um den Austritt von Spaltprodukten zu vermeiden. Dies ist erforderlich, weil sich der hier benutzte Kunstgraphit nicht gasdicht verpressen läßt. Bei dem erfindungsgemäß benutzten Naturgraphit ist dagegen eine Metallhülle nicht mehr nötig, weil sich dieser Graphit zu einer ausreichend gasdichten Kugel pressen läßt.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der zweckmäßigen Herstellung derartiger in großen Mengen erforderlicher Graphitkugeln aus hochreinem Graphit. Bisher wurden sie durch Bearbeitung entsprechender hochreiner Graphitblöcke angefertigt. Die Blöcke mußten zu diesem Zweck kugelförmig gedreht, ausgebohrt und nach dem Füllen mit der aktiven Masse mit einem Graphitstopfen geschlossen werden.
Erfindungsgemäß werden derartige Kugeln wesentlich einfacher und billiger in einem Preßverfahren hergestellt, und zwar als zwei Halbschalen, die später miteinander verkittet oder verschraubt werden können. Auf die Art ihrer Verbindung kommt es im einzelnen nicht an.
Das Pressen von Hohlkugelhalbschalen ist nicht ganz einfach, da die erforderliche Graphitmasse ein verhältnismäßig geringes Fließvermögen hat. Es hat sieh jedoch herausgestellt, daß als Graphitmasse zweckmäßig nicht der bisher allgemein verwendete Kunstgraphit (Elektrographit) benutzt wird, sondern hochreiner Naturgraphit mit oder ohne Bindemittel, dessen Herstellung neuerdings möglich ist. Das Fließvermögen dieses Naturgraphits ist wesentlich höher als das von Kunstgraphit, so daß es möglich ist, halbkugelige oder annähernd halbkugelige Körper daraus zu verpressen. Die Pressung kann dadurch noch etwas erleichtert werden, daß nicht sogleich außen eine genaue Halbkugelschale erzeugt wird, sondern daß die äußere Begrenzung teilweise zylindrisch ausgeführt wird. Diese Zvlinderform kann entweder bestehenbleiben, sofern die unterschiedliche Weglänge der Neutronen im Graphit noch tragbar ist. Sie kann aber auch durch eine endgültige Bearbeitung der fertigen Kugeln leicht beseitigt werden.
Die Halbschalen können, soweit erforderlich, nach an sich bekannten thermischen (Elektrographitierung) oder (und) chemischen Verfahren gereinigt werden, bevor die aktive Masse eingelegt wird.
Um die spätere Verkittung oder Verschraubung zu sparen, kann man weiterhin erfindungsgemäß folgendermaßen arbeiten: Nach der Pressung der unteren Halbkugel wird eine Kugel aus uranhaltiger aktiver Masse in ihre Höhlung eingelegt, mit der Graphitmasse für die obere Halbschale überschichtet und nun das Ganze durch den Oberstempel zur Vollkugel verpreßt. Der Preßvorgang wird erleichtert, wenn man die untere Halbkugel vor dem Einlegen der aktiven Kugel noch nicht mit vollem Druck auspreßt, sondern diesen erst anwendet, wenn die volle Kugel gepreßt wird. Bei der weiteren etwaigen thermischen Behandlung der Kugeln ist entsprechend Rücksicht auf ihren Kern zu nehmen. Sofern man nicht völlig auf ein Bindemittel für den Graphit verzichtet - was eine thermische Nachbehandlung erübrigt -, empfiehlt sich die Verwendung von Kunstharzen, die nur ausgehärtet zu werden brauchen. Zweckmäßig werden dabei solche Bindemittel benutzt, bei denen in an sich bereits bekannter Weise der Wasserstoff durch Deuterium ersetzt ist.
In Bild 1 ist eine Preßform schematisch dargestellt, in der solche Halbkugeln hergestellt werden können. Mit 1 ist der Gehäusmantel mit einer zylindrischen Bohrung bezeichnet. Darin sitzt der Oberstempel 2, der in der Mitte eine Halbkugel 3 trägt, die dem Innern der fertigen Hohlkugel entspricht. Der Unterstempel 4 ist halbkugelförmig ausgearbeitet, jedoch ist er bei der Begrenzungslinie 5 abgeschnitten, weil es preßtechnisch schwierig ist, die spitzen Enden des Formlings auszupressen. Es entsteht daher an der fertigen Halbkugel ein Ansatz 6, der entweder bestehenbleiben oder auch in einem späteren Arbeitsgang abgedreht werden kann.
Nach Bild 2 kann man, was eine weitere Erleichterung des Preßvorganges bedeutet, den Preßling auch mit einem verlängerten zylindrischen Stück herstellen. Dazu erhält der Oberstempel 2 einen entsprechend abgeänderten halbkugeligen Aufsatz 3a. Der Vorteil besteht einmal darin, daß ein weniger gutes Fließvermögen erforderlich ist als im ersten Fall, weil die Unterschiede in den Füllhöhen des Gesenkes entsprechend kleiner werden; ferner läßt sich der Ansatz benutzen, um die Kugel bei der Bearbeitung zu spannen, und schließlich kann man aus dem Stoff des Ansatzes die zum Zusammenfügen der beiden Halbschalen zu einer Vollkugel erforderlichen Gewinde-oder Konusflächen herausarbeiten. Selbstverständlich kann man die Lage von Ober- und Unterstempel auch vertauschen oder in an sich gleichfalls bekannter Weise mit einem schwebenden Gesenk 1 arbeiten. Dies ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Beim Pressen voller Kugeln wird die vorgepreßte oder fertiggepreßte Halbkugel nicht aus dem Gesenk ausgestoßen. Der bisherige Oberstempel 2, 3 wird durch einen halbkugelig ausgearbeiteten Stempel 8 ersetzt, der in seiner Form dem Unterstempel entspricht.
Bild 3 zeigt die Preßform 1 mit der unteren Graphithalbschale 9 und der eingelegten aktiven Kugel 10; die mit dem Graphit 7 für die obere Halbkugel überschichtet ist. Bild 4 zeigt schließlich die fertige Kugel 11 mit dem aktiven Kern 10 und dem zylindrischen Mittelansatz 6 im Schnitt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung eines Kernreaktorbrennstoffelementes, bei dem das Spaltmaterial im Zentrum einer aus Graphit bestehenden Kugel angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine hochreine Naturgraphitpreßmasse mit oder ohne Bindemittel zwischen vorzugsweise halbkugelig ausgearbeiteten Stempeln verpreßt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbkugelschalen ein zylindrisch ausgebildetes Mittelstück erhalten.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Halbkugelschale noch ein. zylindrisches Anschlußstück anschließt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die untere Halbkugel gepreßt und in ihre Höhlung die aktive Kugel eingelegt wird, worauf sie mit dem Graphit für die obere Halbkugel überschichtet und dann zur Vollkugel verpreßt wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bindemittel des Graphits der Wasserstoff durch Deuterium ersetzt ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1037 605.