DE1242767B - Verfahren zur Herstellung eines mit einem Metallmantel bekleideten nuklearen Brennstoffkoerpers - Google Patents

Description

DEUTSCHES #n PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

DeutscheKl.: 21g-21/20

Nummer: 1242767

Aktenzeichen: G 37016 VIII c/21 g

1 242 767 Anmeldetag: 8.Februar 1963

Auslegetag: 22. Juni 1967

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines mit einem Metallmantel bekleideten nuklearen Brennstoffkörpers, der spaltbaren Brennstoff und ein MetalIhydrid enthält, gemäß dem ein fester Brennstoffkörper aus einer Mischung eines nuklearen Brennstoffs und eines hydridbildenden Metalls geformt wird, das Metall des Brennstoffkörpers bei einer Temperatur zwischen 700 und 900° C dann in Metallhydrid übergeführt wird, indem der Brennstoffkörper mit Wasserstoff in Kontakt gebracht wird, der von die Geschwindigkeit der Hydridbildung mindernden Verunreinigungen gereinigt ist, der Wasserstoffdruck so eingestellt wird, daß eine übermäßige Rißbildung im Brennstoffkörper verhütet wird, und der Wasserstoff so lange mit dem Brennstoffkörper in Kontakt gehalten wird, bis ein gewünschter Hydridisierungsgrad erreicht ist, und anschließend der Brennstoffkörper auf Umgebungstemperatur abgekühlt wird.

Bisher wurden Brennstoffelemente aus einem hydridisierten Brennstoffkörper mit einem Metallmantel in einem dreistufigen Verfahren hergestellt. Zunächst wurde der Brennstoffkörper bis zu dem gewünschten Grad hydridisiert. Dann wurde der Brennstoffkörper rundum mechanisch bearbeitet, um ihm exakte Abmessungen innerhalb enger Toleranzen zu geben. Schließlich wurde der so bearbeitete Brennstoffkörper in einen Metallmantel eingesetzt, der sich seinen Außenabmessungen dicht anpaßte. Der genaue Paßsitz über die Länge des Brennstoffkörpers ist von außerordentlicher Bedeutung, um einen guten und wohldefinierten Wärmeübergang aus dem Brennstoffkörper durch den Mantel zu dem Kühlmittel zu erhalten. Aus diesem Grund wurde auch in der Regel der Metallmantel auf den Brennstoffkörper aufgeschmiedet (aufgehämmert oder gesenkgeschmiedet). Die bekannten Verfahren zur Herstellung solcher von einem Metallmantel umkleideter Brennstoffkörper waren um so unbefriedigender, als hydrisierte Brennstoffkörper nur sehr schwierig mechanisch exakt auf enge Toleranzen zu bearbeiten sind und weil die mechanische Bearbeitung hydridisierter Brennstoffkörper gefährlich ist und zu einem beträchtlichen Abfall des teuren hydridisierten Brennstoffmaterials führt.

Bei der Herstellung dieser Art von Brennstoffelementen ergaben sich gewisse Schwierigkeiten. Häufig ist die Kernbrennstoff-Hydrid-Mischung, die etwa in legierter Form vorliegt, schwierig zu bearbeiten. Es müssen sehr sorgfältige Endbearbeitungen erfolgen, um so kleine Toleranzen zu erreichen, daß der Brennstoffkörper dicht im Mantel sitzt. Ein besonders vorteilhaftes Hydrid zur Verwendung im Brenn-

Verfahren zur Herstellung eines
mit einem Metallmantel bekleideten
nuklearen Brennstoffkörpers

Anmelder:

General Dynamics Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. F. Weickmann,

Dr.-Ing. A. Weickmann,

Dipl.-Ing. H. Weickmann und Dr. K. Fincke,

Patentanwälte, München 27, Möhlstr. 22

Als Erfinder benannt:

Massoud T. Simnad, Wellesley, Mass. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v.Amerika vom 8. Februar 1962 (171962)

Stoffelement ist Zirkonhydrid. Gerade dieses Hydrid ist jedoch entweder allein oder zusammen mit Kernbrennstoff, wie etwa Uran, schwer zu bearbeiten. Die Bearbeitung ruft häufig Brandgefahr in den Filtern und anderen Hilfseinrichtungen der Bearbeitungseinrichtung hervor. Die Bearbeitung der Legierung oder der sonstigen Kombination des Kernbrennstoffes und des Zirkonhydrids führt überdies normalerweise zum Verlust gewisser Mengen der relativ teuren Brennstoff-Hydrid-Mischung. Nichtsdestoweniger sind, wenn auch unter Aufwand relativ großer Kosten, aber doch zufriedenstellend Brennstoffkörper auf diese Weise bearbeitet worden, und es entstanden zufriedenstellend arbeitende Brennstoffelemente genannter Art. Da es in der Regel schwierig ist, einem relativ dichten Sitz zwischen der Mantelwandung und dem bearbeiteten Brennstoffkörper zu erhalten, ist in der Regel ein zusätzlicher Verfahrensschritt erforderlieh, bei dem der ummantelte Brennstoffkörper durch Ziehapparate gezogen wird, die den Mantel dicht um den Brennstoff legen. Dieser gesonderte Verfahrensschritt erhöht die Herstellungszeit und die Herstellungskosten der ummantelten Brennstoffkörper beträchtlich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes und einfacheres Verfahren zur Herstellung

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eines mit einem Metallmantel bekleideten nuklearen Brennstoffkörpers, der einen von einem dichtsitzenden Metallmantel umhüllten Metallhydrid-Kompaktkörper aufweist, zu schaffen, bei dem sich die mechanische Bearbeitung des hydridisierten Brennstoffkörpers und außerdem das Überziehen des Metallmantels über den Brennstoffkörper nach dem Hydridisieren erübrigt, so daß eine beträchtliche Ersparnis an Herstellungszeit und Herstellungskosten erreicht wird schung vorliegen, beispielsweise zwischen 10 und 95 Gewichtsprozent, je nach den Erfordernissen des jeweiligen Kernreaktors, in dem das Brennstoffelement benutzt werden soll.

Die Herstellung der Mischung aus dem hydridbildenden Metall und dem Kernbrennstoff und die Verformung dieser Mischung zu einem Brennstoffkörper erfolgt vorzugsweise durch Legierungs- oder Gießverfahren. Beispielsweise kann eine aus 92% Zirkon

bei gleichzeitiger Verbesserung des dichten und io und 8 % Uran 238 (zu 20 Gewichtsprozent mit Uran

gleichmäßigen Sitzes zwischen Brennstoff und Man tel, sowie Erhöhung des Wärmeübergangs-Wirkungsgrades aus dem Brennstoffkörper durch den Metallmantel zum Reaktorkühlmittel.

Zur Lösung obiger Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß vor der Hydridbildung wenigstens eine Oberfläche des Brennstoffkörpers mit einem Blech aus einem Metall umschlossen wird, das bei der Temperatur zwischen 700 und 900° C strukturell stabil und bei dieser Temperatur für Wasserstoff durchlässig ist, und daß auch dieses Blech bei dem Hydridbildungsvorgang mit dem Wasserstoff in Kontakt gebracht werden kann.

Das fertige Brennstoffelement kann sowohl in 235 angereichert) gebildete Mischung in geeigneter Weise zu einem Brennstoffkörper für ein Brennstoffelement nach der Erfindung geformt werden, indem zunächst Zirkon und Uran in Pulverform gemischt und auf Legierungstemperatur erhitzt werden und dann in eine geeignete Gußform gegossen werden.

Das verfestigte Produkt kann irgendeine geeignete Form, beispielsweise die Form einer kompakten oder hohlen Stange oder eines Zylinders haben. Falls gewünscht, kann die Mischung aus Zirkon und Uran durch Druck verfestigt und dann zur Bildung des Brennstoffkörpers gesintert werden. Zur Erleichterung der nachfolgenden Hydridisierungsschritte erwies es sich als wünschenswert, daß die Brennstoff-

Kernreaktoren des Typs TRIGA als auch in anderen 25 körper, die auf die genannte Weise erzeugt wurden,

Kernreaktoren benutzt werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Figuren.

F i g. 1 zeigt in einer graphischen Darstellung die Wasserstoffkonzentration in Abhängigkeit von der Temperatur in einem Wasserstoff-Zirkon-System.

F i g. 2 zeigt in einer graphischen Darstellung die Wasserstoffkonzentration in Abhängigkeit von dem Wasserstoffdruck in dem System nach der Fig. 1.

Verfahrensmäßig wird zunächst ein Kernbrennstoffkörper in irgendeiner geeigneten Weise aus einer Mischung von Kernbrennstoff und eines Hydrid bildenden Metalls oder aus einer solchen Metallegiekeine größere Wanddicke als etwa 9,5 mm besaßen. Ist der Gesamtdurchmesser des Brennstoffkörpers größer als 9,5 mm, so kann der Brennstoffkörper mit einem hohlen Mittelraum versehen werden, um seine Wanddicke auf die angegebenen 9,5 mm maximal zu begrenzen. Es wurde festgestellt, daß die Hydridisierung beim Verfahren nach der Erfindung rascher, wirksamer und mit weniger Rißbildungsgefahr im Brennstoffkörper durchzuführen ist, wenn sie an relativ dünnwandigen Stücken ausgeführt wird, die beispielsweise keine 9,5 mm übersteigende Dicke haben. Jedoch ist die Erfindung nicht auf die Herstellung von Brennstoffkörpern beschränkt, die irgendeine bestimmte Wanddicke haben. Die Hydrierung kann,

rung bzw. aus einem gesinterten Kompaktkörper ge- 40 _wenn sie sorgfältig durchgeführt wird, auch erfolgformt. Nach der Formung wird die Mischung in einen
Mantel, etwa in Form einer Büchse oder eines Zylinders, aus hochtemperaturbeständigem Metall eingebracht und wenigstens teilweise damit umschlossen.
Je nach der jeweils angewendeten Technik wird das 45
Mantelmaterial gesenkgeschmiedet oder nicht. Danach wird das hydrierbildende Metall einer Hydridisierung unterworfen. Das Metall des Mantels oder
der Umkleidung ist derart, daß es bei der Hydridisierungstemperatur gegenüber Wasserstoffgas durch- 50 ist; hierbei handelt es sich um diejenigen Temperalässig ist. Die Hydridisierung kann also in situ inner- türen, denen die Brennstoffelemente ausgesetzt sind, halb des Mantels erfolgen, ohne daß der Metallman- Es ist ferner wichtig, für das Hüll- oder Ummantetel geschädigt wird. Iungsmaterial ein Metall auszuwählen, dessen

Der Kernbrennstoff kann auch aus einer Mischung Schmelz- oder Erweichungspunkt um einiges Oberaus beispielsweise Thorium 232 oder Uran 238, nicht 55 halb der in Aussicht genommenen Hydridisierungsangereichert oder in geeigneter Weise mit Uran 235 temperatur liegt. Besonders zweckmäßig erwies sich

in diesem Zusammenhang nichtrostender Stahl, Chromstahl oder ein ähnliches Metall oder eine Metallegierung, die hinreichend strukturell stabil ist und einen Schmelzpunkt hat, der wesentlich über der Hydridisierungstemperatur im Bereich von etwa 700 bis 900° C liegt.

Wie aus dem Folgenden noch näher hervorgeht, kann die Hydridisierungstemperatur sehr verschieden Hochtemperatur-Moderatoren verwendet werden 65 sein je nach der speziell angewandten Hydridisierungskönnen, zur Verarbeitung als Kernbrennstoffmantel technik. Die Hydridisierungstechniken sind z. B. in geeignet. Das jeweils verwendete Metall kann in der USA.-Patentschrift 3 070 526 beschrieben. Die irgendeiner geeigneten Konzentration in der Mi- üblichen Hydridisierungstemperaturen liegen jedoch

reich bei Stücken angewendet werden, die dicker als 9,5 mm sind. Für die meisten Zwecke reicht es jedoch aus, wenn die Brennstoffkörperwanddicken von nicht mehr als 9,5 bis etwa 12,7 mm haben.

Es ist wichtig, als Mantel oder Hüllmaterial für das Brennstoffelement ein Metall auszuwählen, das einen hinreichend hohen Schmelzpunkt hat und das bei den in Aussicht genommenen Arbeitstemperaturen des Reaktors hinreichend strukturell stabil und dauerhaft

angereichert, beispielsweise 7 bis 20 Gewichtsprozent Uran 235, bestehen.

Das hydridbildende Metall der Mischung kann Zirkon sein, das nach Hydridisierung einen ausgezeichneten Moderator bildet. Zirkon legiert leicht mit dem Kernbrennstoff und bildet mit diesem feste Brennstoffkörper. Jedoch sind auch andere hydridbildende Metalle, die in hydridisiertem Zustand als

in dem angegebenen Bereich zwischen 700 und 900° C

Chromstahl und nichtrostende Stähle verschiedenster Zusammensetzung erwiesen sich insbesondere zweckmäßig als Ummantelungsmaterial in Anbetracht ihrer hohen Schmelzpunkte und ihrer hohen Festigkeiten. Überdies sind alle diese Stähle gegenüber Wasserstoff im Bereich von etwa 700 bis 900° C durchlässig, so daß die Hydridisierung eines Brennstoffkörpers, der von einem Mantel eines solchen Hüllmaterials umschlossen ist, wirksam durchgeführt werden kann.

Beispielsweise kann der Mantel in Form einer Hohlbuchse hergestellt werden, die eine Wanddicke von 0,5 mm hat. Als Material kann austenitischer nichtrostender Stahl verwendet werden, der etwa 18% Chrom und 8% Nickel enthält. Der Brennstoffkörper kann in diese Buchse aus nichtrostendem Stahl zunächst eingesteckt werden. Der ummantelte Brennstoffkörper kann dann bei offenen Enden des Mantels hydridisiert v/erden; der Mantel kann auch mit einer oberen und einer unteren Endkappe des gleichen Umhüllungsmaterials versehen werden, die angeschweißt werden. Der ummantelte Brennstoffkörper kann vor dem Hydridisieren zunächst durch eine Ziehform gezogen werden. Jedenfalls hat die Buchse in bezug zum Brennstoffkörper zunächst einen solchen Durchmesser, daß ein geringes Spiel zwischen dem Brennstoffkörper und der Wand der Buchse vor der Hydridisierung vorliegt.

Die Hydridisierung führt in Anbetracht der Absorption von Wasserstoff zu einer gewissen Ausdehnung des Brennstoffkörpers, wodurch ein dichter gegenseitiger Sitz zwischen dem Brennstoffkörper und der Buchse bewirkt wird. Das zulässige anfängliche Spiel zwischen dem Brenstoffkörper und der Buchse hängt von dem auszuführenden Hydridisierungsgrad und von anderen Faktoren ab. Für die meisten Zwecke ist ein Spiel von 0,125 bis 0,25 mm zwischen dem Brennstoffkörper und dem Behälter vor der Hydridisierung bevorzugt. Dieses Spiel ist hinreichend klein, so daß, wenn der Brennstoffkörper in situ innerhalb der Buchse hydridisiert ist, ein gegenseitiger Paßsitz zwischen dem hydridisierten Brennstoffkörper und der Buchse eintritt.

Nach der Ummantelung, sei es, daß der nichthydridisierte Brennstoffkörper mit dem Metallmantel durch eine Ziehform gezogen ist oder nicht, erfolgt die Hydridisierung entsprechend den im vorliegenden angegebenen Ausführungsbeispielen.

Welche spezielle Technik im Rahmen des Verfahrens nach der Erfindung auch angewandt wird, stets wird der Brennstoffkörper, der Zirkometall und metallische Kernbrennstoffe, z. B. Uran, Thorium in Mischung als Legierung, enthält, wenn er nicht bereits frei oder im wesentlichen frei von Verunreinigungen ist, welche die Diffusion des Wasserstoffes in das Zirkon, z. B. in das Zirkonoxyd, hindern, gereinigt. Die Reinigung kann mit irgendeinem geeigneten Mittel erfolgen, beispielsweise mit einer wäßrigen Lösung einer Mischung aus Salpetersäure und Fluorwasserstoffsäure.

Nachdem die Oberfläche des Brennstoffkörpers gereinigt ist, kann diese Oberfläche von dem Reinigungsmittel durch Waschen befreit und getrocknet < werden. Anschließend wird der Brennstoffkörper, wie oben beschrieben, ummantelt.

Eine Technik zur Durchführung des Verfahrens

nach der Erfindung besteht darin, den gereinigten Brennstoffkörper völlig mit dem Mantelmaterial, wie oben beschrieben, zu umhüllen. Die Endkappen werden an Ort und Stelle rings am Mantel befestigt, bevor die Hydridisierung ausgeführt wird. Die Hydridisierung erfolgt vorzugsweise entsprechend dem weiter unten angegebenen Verfahren. Der ummantelte Brennstoffkörper wird in einen Bereich oder in einer Umgebung bekannter und steuerbarer Temperatur in .o einen Heizofen gebracht. Die Umgebung des Brennstoffkörpers steht vorzugsweise unter relativ hohem Vakuum von beispielsweise nicht mehr als 1 mm Hg. Die Umgebungsatmosphäre soll so frei wie nur möglich von den angegebenen Verunreinigungen sein. Die Temperatur des ummantelten Brennstoffkörpers wird zunächst auf eine vorbestimmte Hydridisierungstemperatur zwischen etwa 700 und 900° C gesteigert. Dann wird gereinigter Wasserstoff in den Hydridisierungsapparat eingeführt, so daß in ihm ein ίο Wasserstoffdruck vorgegebener Höhe herrscht. Der Wasserstoffdruck wird so ausgewählt, daß die Hydridisierungsrate des gesamten eingeschlossenen Brennstoffkörpers nicht die Hydridisierungsrate eines nichtummantelten, von Verunreinigungen freien, Zirkon enthaltenden Brennstoffkörpers übersteigt, die durch einen Wasserstoff druck bei einer Hydridisierungstemperatur hervorgerufen würde, der gleich dem Dissoziationsdruck des beta-gesättigten Wasserstoff-Zirkon-Systems ist. Das bedeutet, daß der Wasserstoffo druck so eingestellt wird, daß er nicht einen Druck übersteigt, der dem Dissoziationsdruck des gesättigten Beta-Wasserstoff-Zirkon-Phasensystems bei der Hydridisierungstemperatur äquivalent ist. Ein derartiger Wasserstoffdruck kann ohne weiteres aus den Fig. 1 und 2 ermittelt werden. Die Wasserstoffatomkonzentration des beta-gesättigten Wasserstoff-Zirkon-Systems kann für jede Hydridisierungstemperatur aus der F i g. 1 abgelesen werden. Aus der F i g. 2 kann der erforderliche Wasserstoffdruck ermittelt ο werden, sofern die Wasserstoffatomprozentkonzentration und die Hydridisierungstemperatur bekannt sind. Beispielsweise ist bei der Hydridisierungstemperatur von 800°C die Wasserstoffatomkonzentration des beta-gesättigten Wasserstoff-Zirkon-Systems etwa 51 %. Aus der F i g. 2 ist ersichtlich, daß bei einer Wasserstoffatomkonzentration von 51% und einer Hydridisierungstemperatur von SOO⁰C ein Wasserstoffdruck von ungefähr 145 mm Hg erforderlich ist. Um eine übermäßige Rißbildung des Brennstoffkörpers zu verhüten, soll der Wasserstoffdruck nicht 145 mm überschreiten, wenn die Hydridisierung bei einer Temperatur von 800° C ausgeführt wird. Dies gilt selbstverständlich unter der Annahme, daß ein vollständig von Verunreinigungen freies System vor; liegt und daß keine metallische Buchse den Zirkon enthaltenden Brennstoffkörper umgibt. Liegen Verunreinigungen vor und/oder wird eine Metallbüchse verwendet, so wird der Wasserstoffdruck entsprechend eingestellt. Es wurde festgestellt, daß gereinig) ter Wasserstoff, d. h. Wasserstoff, der durch Überspülen eines geeigneten Getters ζ. Β. aus Zr-Pulver gereinigt wurde, wichtig ist, um eine hinreichend rasche Hydridisierungsrate zu ermöglichen und um die Hydridisierung auf ein hohes Atomverhältnis von ; Wasserstoff zu Zirkon zu erleichtern.

Der gereinigte Wasserstoff fließt durch die Mantelwandung bei der Hydridisierungstemperatur und bewirkt die Hydridisierung des Zirkons. Die Hydridisie-

rungsrate ist durch den Widerstand des Mantels und des Brennstoffkörpers gegenüber dem Durchlaß von Wasserstoff begrenzt. Diese Grenze ist jeweils etwas verschieden je nach der Dicke und der Art des Mantels, dem Oxydfilm auf dem Mantel und dem Brennstoffkörper. In der Regel ist es zweckmäßig, den Wasserstoff in dem System außerhalb des Mantels auf Atmosphärendruck zu halten. Die angegebenen Faktoren begrenzen dann die Hydridisierungsrate auf einen sicheren Pegel, so daß eine beträchtliche Bildung von Zirkonhydrid in einer höheren Phase als in der Beta-Phase oder in der Gamma-Phase oder der Gamma-plus-Beta-Phase nicht eintritt. Bevor die Hydridisierung in der Beta-Phase im wesentlichen beendet ist, erfolgt die Hydridisierung des Zirkons in dem Brennstoffkörper in beträchtlichem Ausmaß in der Gamma-plus-Beta-Phase oder in der Gamma-Phase, bevor die Hydridisierung des Zirkons in der Beta-Phase im wesentlichen beendet ist. So stellt sich in dem Zirkon ein Wasserstoffgradient ein, der zu einer beträchtlich verschiedenen Expansion des Zirkons von Bereich zu Bereich führt. Das liegt dann an der Anwesenheit von zwei oder mehr Phasen in dem Zirkon. Diese große unterschiedliche Expansion kann in beträchtlichem Maß eine Rißbildung im Brennstoffkörper hervorrufen, was zu vermeiden ist.

Werden ummantelte Brennstoff körper verwendet, so wird die Rate des Wasserstoffstromes in das Zirkon des Brennstoffkörpers während der Hydridisierung derart gesteuert, daß eine Hydridisierungsrate entsprechend den oben angegebenen Bedingungen eintritt. Da normalerweise in dem System einige Verunreinigungen sind, die die Hydridisierungsrate herabzusetzen neigen, ist es üblich, das Zirkon in dem Brennstoffkörper mit einem Wasserstoffdruck zu beaufschlagen, der etwas höher ist als der Dissoziationsdruck der festen Beta-Lösung des Zirkons in einem von Verunreinigungen freien System bei der Hydridisierung des Zirkons in der Beta-Phase. Der Wasserstoffdruck, der in Kontakt mit dem Zirkondruck kommt, kann daher in der Regel den genannten Dissoziationsdruck um etwa 100 mm Hg übersteigen.

Es ist wünschenswert, die Hydridisierung des Zirkons in dem ummantelten Brennstoffkörper fortzusetzen, bis ein relativ hohes Wasserstoff-Zirkon-Verhältnis erreicht ist. Nachdem die gewünschte Menge an Wasserstoff von dem ummantelten Brennstoffkörper in den Beta-und dann in den Beta-plus-Gamma- und Gamma-Bereichen absorbiert ist, darf sich das System abkühlen. Der Druck des Wasserstoffs, der in der Hydridisierungskammer verbleibt und in Kontakt mit dem Hydrid des Brennstoffkörpers kommt, überschreitet nicht den Gleichgewichts-Dissoziationsdruck für die gewünschte Zusammensetzung bei der Temperatur, die zu jeder Zeit in dem ummantelten Brennstoffkörper während der Abkühlung herrscht. Die Hydridisierung von mit nichtrostendem Stahl ummantelten, Uran-Zirkon enthaltenden Brennstoffkörpern wurde auf diese Weise mit großem Erfolg durchgeführt.

Die Hydridisierung nach der eben beschriebenen Technik erfolgt in der Regel relativ langsam, da die üblichen Dicken und Arten des Ummantelungsmaterials und die Anwesenheit von Oxydfilmen auf ihnen und auf den Brennstoffkörpern dem Eintritt von Wasserstoff in die Brennstoffkörper Widerstand bieten. Dementsprechend erfordert die beschriebene Hydridisierungstechnik eine relativ lange Hydridisie-

rungszeit, z. B. 4 Tage oder mehr, da das Zirkon in dem Brennstoffkörper so weit hydridisiert werden kann, daß man ein Wasserstoff-Zirkon-Atomverhältnis von beispielsweise 1,7 : 1,0 erhält. Die beschriebene Technik hat jedoch den Vorteil, daß die Zugangsrate von Wasserstoff zum Brennstoffkörper in der Regel hinreichend niedrig liegt, so daß keine Probleme entstehen, wie sie bei einer übermäßig raschen Hydridisierung in der Regel auftreten. Das

xo System ist also in einem gewissen Sinn selbstregulierend. Der Wasserstoff kann in allen Hydridisierungsstufen in der Regel auf Atmosphärendruck rund um den ummantelten Brennstoffkörper in der Hydridisierungskammer gehalten werden.

In Anbetracht der relativ langen Behandlungsdauer, die erforderlich ist, um das Zirkon durch die beschriebene Technik wesentlich zu hydridisieren, sind in gewissen Fällen, insbesondere dann, wenn ein relativ hohes Wasserstoff-Zirkon-Atomverhältnis in einer relativ kurzen Zeit erreicht werden soll, andere Techniken zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung angezeigt.

Es kann hierzu die oben beschriebene Technik in ihren Grundzügen beibehalten werden, jedoch wird die Hydridisierungsrate bei den gleichen Materialien, also auch bei dem gleichen Manteltyp mit der auf ihm befindlichen Oxydschicht, beträchtlich unter Anwendung einer im folgenden zu beschreibenden zweiten Technik erhöht.

Der Brennstoffkörper wird, bevor die Hydridisierung erfolgt und nachdem er gereinigt wurde, in die Mantelbuchse eingesetzt. Mantel und Brennstoffkörper sind so bemessen, daß sie einen relativ größeren Anfangsdurchmesser haben als der gewünschte Enddurchmesser. Ferner sind sie beide etwas kürzer. Das Spiel zwischen der Buchse und der Seitenwandung des Brennstoffkörpers kann aber das gleiche sein wie oben beschrieben. Wie bei der erstbeschriebenen Technik wird der Brennstoffkörper völlig mit dem Mantel umschlossen; Stirnkappen für den Mantel werden z.B. mittels Schweißen an Ort und Stelle sicher befestigt. Dann wird nach der zweiten Technik der ganze ummantelte Brennstoffkörper einem Ziehprozeß unterworfen. Es werden also Mantel und Brennstoffkörper verlängert. Dieses Verlängern kann mittels eines üblichen Ziehprozesses (Ziehform) erfolgen. Im Ergebnis wird der Durchmesser des Brennstoffkörpers und des Behälters kleiner, und Brenstoffkörper und Behälter werden verlängert. Das Spiel zwischen Brennstoffkörper und Mantel wird dadurch in der Regel auf beispielsweise etwa 0,127 mm verringert. Der Ziehvorgang bewirkt, daß die kontinuierliche Oxydschicht auf Mantel und Brennstoffkörper aufbricht. Es entstehen daher im Mantel und im Brennstoffkörper Stellen, durch die Wasserstoff rasch bei der folgenden Hydridisierung dringen kann. Es wurde gefunden, daß beispielsweise für die meisten Zwecke eine Verlängerung von Brennstoffkörper und Mantel um etwa 10 % hinreichend ist, um in zufriedenstellender Weise den Oxydfilm auf dem Brennstoffkörper selbst und auf den Mantelflächen aufzubrechen. Die Hydridisierung geht dann viel rascher vor sich, als bei den gleichen Materialien nach der erstbeschriebenen Technik.

Entsprechend der zweiten Technik erfolgt dann die Hydridisierung, und zwar vorzugsweise im wesentlichen ebenso wie bei der ersten Technik. Bei Anwendung der zweiten Technik wurde festgestellt, daß

beispielsweise eine Hydridisierung auf ein Wasserstoff-Zirkon-Atomverhältnis von 1,0:1,0 in 1 oder

2 Tagen erreicht werden kann, beispielsweise bei einer Temperatur von etwa 800° C, und daß eine Hydridisierung ein Wasserstoff-Zirkon-Atomverhältnis von 1,7:1,0 bei 760° C nach nicht mehr als etwa

3 Tagen erreicht wird. Dies steht im Gegensatz zu der viel länger währenden erstgenannten Hydridisierungstechnik. Die Hydridisierungsrate bleibt nach wie vor durch die diskontinuierlichen Oxydfilme und das a Mantelmaterial begrenzt. Bei Anwendung üblicher Ummantelungsmaterialien und Brennstoffkörper ist demgemäß auch ein solches System noch selbstregulierend wie bei der erstgenannten Technik. Es kann also von Verunreinigungen befreiter gereinigter Was- ι serstoff (z. B. Wasserstoff, der Zirkon überströmt hat) in der Hydridisierungskammer außerhalb des gegengezogenen Mantels unter etwa Atmosphärendruck während der ganzen Hydridisierung und der nachfolgenden Abkühlung aufrechterhalten werden. Der ge- s zogene Mantel und der BrennstofEkörper widerstehen noch dem Eintritt von Wasserstoff in dem Brennstoflkörper in hinreichendem Maß, um eine rasche Hydridisierung des Zirkons zu hindern und dementsprechend auch Rißbildung im Brennstoffkörper.

Unter gewissen Umständen ist es jedoch wünschenswert, eine dritte Technik anzuwenden, die etwas von den beiden beschriebenen Techniken abweicht. Bei der dritten Technik wird der Brennstoffkörper in die Mantelbuchse wie bei der erstbeschriebenen Technik eingesetzt. Es erfolgt dann aber kein Ziehprozeß. Die Endkappen werden aber nicht auf der Buchse befestigt, bevor die Hydridisierung beendet ist. Vielmehr erfolgt die Hydridisierung des Brennstoffkörpers in der Buchse, wobei die Enden des Brennstoffkörpers an den Enden der Buchse freiliegen. Während der Hydridisierung tritt Wasserstoff in den Brennstoffkörper von dessen freiliegenden Enden aus ein und strömt um die Seitenwand des Brennstoffkörpers in den Spalt zwischen der Seitenwand des Brennstoffkörpers und der Seitenwand der Buchse, um so mit allen Oberflächenteilen des Brennstoffkörpers in Kontakt zu kommen. Ein gewisser Anteil des Wasserstoffes dringt auch durch die Mantelbuchse und kommt auf diese Weise in Kontakt mit dem Brennstoff körper. Wenn der Hydridisierungsprozeß fortschreitet und dadurch der Brennstoffkörper auf Grund der Bildung von Zirkonhydrid aufquillt, wird der Abstand oder der Spalt zwischen der Buchsenwand und dem Brennstoffkörper kleiner und kleiner und verringert sich schließlich bis auf Null. Die Hydridisierung setzt sich dann nur so fort, daß Wasserstoff in den Brennstoffkörper von dessen freiliegenden Enden her und durch die Buchsenwandung einströmt. 5;

Ist die Hydridisierung beendet, so werden die Stirnkappen sicher an Ort und Stelle mit dem Mantel verschweißt.

Das Verfahren nach der Erfindung gestattet, die Einführung des Wasserstoffes derart zu steuern, daß 6< der Zirkon enthaltende Brennstoffkörper im wesentlichen in jeder Phase des Wasserstoff-Zirkon-Systems vollständig über seinen gesamten Querschnitt hydridisiert ist, bevor der Wasserstoifdruck so gesteigert wird, daß das Zirkon in der nächstfolgenden Phase 6; hydridisiert wird. Bei einer vorgegebenen Hydridisierungstemperatur wird also der Zirkon enthaltende Brennstoffkörper im wesentlichen in der Alpha-Phase

hydridisiert, bevor eine Hydridisierung in der Alphaplus-Beta-Phase erfolgt. Die Hydridisierung erfolgt dann im wesentlichen vollständig über den ganzen Querschnitt des Brennstoffkörpers in der Alpha-plus-Beta-Phase, bevor eine beachtliche Hydridisierung in der Beta-Phase vor sich geht. Es wurde festgestellt, daß Zirkon enthaltende Brennstoffkörper auf ein hohes Wasserstoff-Zirkon-Atomverhältnis hydridisiert werden können, ohne daß eine übermäßige Rißbildung in den Brennstoffkörpern eintritt, wenn die Hydridisierung nach der genannten Prozedur erfolgt. Ferner wurde festgestellt, daß, wenn der Wasserstoff in Kontakt mit dem Zirkon enthaltenden Brennstoffkörper in zeitlich kleinen Abständen folgenden vielen Teilvolumen gebracht wird, die Neigung der Brennstoffkörper zu reißen oder sonstwie beschädigt zu werden weiterhin verringert wird. Die Hydridisierung wird überdies schließlich bei der Hydridisierungstemperatur beendet, die der Gamma-Zirkon-Phase

ο entspricht, nachdem die Hydridisierung sorgfältig in der Beta- und der Beta-plus-Gamma-Phase erfolgt ist.

Ist die Hydridisierung in der Gamma-Phase beendet, erfolgt eine zusätzliche Hydridisierung des Zirkons in der Gamma-Phase, indem Wasserstoff in

S kleinen Volumen mit dem teilweise ummantelten Brennstoffkörper in Kontakt gebracht wird, während dieser teilweise ummantelte Brennstoffkörper in Stufen von je 30° C abgekühlt wird. Da die Maximalkonzentration an Wasserstoff im Zirkon in der

□ Gamma-Zirkon-Phase größer bei niedrigen Temperaturen ist, kann auf diese Weise die Hydridisierung des Zirkons während der Abkühlungsstufen erhöht werden.

Nachdem die Hydridisierung in der Gamma-Zirkon-Phase während eines Teiles des Abkühlungsvorganges beendet ist und bevor eine hinreichende Menge an Wasserstoff zur Bildung von Zirkonhydrid mit einem Wasserstoff-Zirkon-Verhältnis von 2:1 eingeführt worden ist, wird die Hydridisierung jedoch durch Evakuieren der Reaktionszone bendet, und danach wird der teilweise ummantelte Brennstoffkörper auf Zimmertemperatur abgekühlt. Wenn jedoch die Hydridisierung bis zu dem angegegebenen 2:1-Wasserstoff-Zirkon-Atomverhältnis fortgesetzt wurde, traten leicht Risse im Zirkonhydrid auf. Das Zirkonhydrid, das auf diese Weise gebildet wurde, konnte sogar zu einem Pulver aufbrechen. Rißfreie, unzerbrochene Stücke aus Zirkon-Uran-Legierung in der Mantelbuchse ergaben sich jedoch dann, wenn

) das Zirkonhydrid ein Brennstoff-Zirkon-Atomverhältnis von etwa 1,85:1 hatte.

Bei Durchführung der genannten dritten Technik mittels der beschriebenen schrittweisen Hydridisierung kann das Zirkon im Brennstoffkörper auf ein

ι Wasserstoff-Zirkon-Atomverhältnis bis zu 1,8:1 in der geringen Zeit von 3 Tagen hydridisiert werden. Obwohl es bevorzugt ist, die beschriebene dritte Technik in oben angegebener Weise durchzuführen, so kann jedoch die oben beschriebene Hydridisierungsprozedur mittels der beschriebenen drei Techniken zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ausgeführt werden, um ummantelte Brennstoffkörper zu gewinnen, die eine rißfreie Kernbrennstoff-Metallhydrid-Mischung enthalten, in denen das Hydrid ein hohes Wasserstoff-Metall-Atomverhältnis hat. Wird die Hydridisierungsprozedur unter Anwendung der genannten dritten Technik ausgeführt, so muß jedoch die Hydridisierungsrate sorgfältig ge-

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steuert werden, um Rißbildung zu verhüten, um so mehr, als die Enden des Brennstoffkörpers und auch seine Seitenwände direkt dem Wasserstoff ausgesetzt sind.

Bei Durchführung der Hydridisierung gemäß dem Verfahren nach der Erfindung ergeben sich keine Beulen oder Abmessungsänderungen der ummantelten oder teilweise ummantelten Brennstoffkörper. Der Brennstoffkörper nimmt auf Grund der Absorption von Wasserstoff an Umfang und Volumen zu. Die anfängliche Volumenzunahme kann ohne weiteres vorher ermittelt werden, und dementsprechend kann das Anfangsspiel zwischen dem Brennstoffkörper und der Mantelwandung derart eingestellt werden, daß ein dichter gegenseitiger Sitz zwischen dem Brennstoffkörper und dem Mantel durch die Hydridisierung eintritt, ohne daß der Brennstoffkörper oder der Mantel beschädigt wird. Ein solcher gegenseitiger Paßsitz verbessert den Wärmeübergang von dem Brennstoffkörper durch den Mantel zum Kühlmittel, wenn das Brennstoffelement in das Herz eines Kernreaktors eingesetzt wird.

Ist die beschriebene Hydridisierungsprozedur beendet, braucht der ummantelte Brennstoffkörper nicht weiterverarbeitet oder bearbeitet zu werden, es sei denn, daß bei Anwendung der oben beschriebenen dritten Technik noch die Stirnkappen an Ort und Stelle an den Mantel z. B. mittels Schweißen befestigt werden.

Beispiel I

Ein Brennstoffkörper aus einer Zirkon-Uran-Legierung, der als zylindrische Stange von etwa 355 mm Länge und etwa 38 mm Durchmesser ausgebildet war und ein Loch von etwa 13 mm Durchmesser aufweist, das sich in Längsrichtung durch die Mitte des Stabes erstreckte, wurde aus einer gekörnten Mischung von etwa 92 Gewichtsprozent Zirkon und etwa 8 Gewichtsprozent Uran hergestellt. Die Mischung wurde zur Bildung einer Legierung zusammengeschmolzen. Der Stab wurde durch Eintauchen in Trichloräthylen gereinigt. Im eingetauchten Zustand wurde die Oberfläche des Stabes mit Stahlwolle abgeputzt. Der Stab wurde weiterhin durch Ätzen in einer wäßrigen Lösung gereinigt, die etwa 49 Volumprozent Salpetersäure und 1 Volumprozent Fluorwasserstoffsäure enthielt. Dann wurde der Stab mit Alkohol abgespült und in Luft getrocknet.

Der Stab wurde dann in eine gut passende Buchse aus nichtrostendem Stahl von 0,5 mm Stärke eingesetzt, wobei ein Spiel von 0,25 mm zwischen der Staboberfläche und der Innenoberfläche der Buchse verblieb. Endkappen aus dem Buchsenmaterial wurden dann oben und unten an die Buchse angeschweißt, so daß schließlich der Stab völlig von einem Metallbehälter umschlossen war.

Der derart ummantelte Stab wurde dann in ein Molybdänschiff gelegt. Dieses Molybdänschiff bestand aus gereinigtem Molybdänblech, das auf Größe geschnitten und durch Rollen gebogen war. Schiff und Stab wurden dann in ein Mullitrohr gesteckt, das an seinem einen Ende geschlossen war und mit einem Pyrexglas-Adapter zugeschmolzen wurde. Das Mullitrohr hatte an seinem gegenüberliegenden Ende eine Verjüngung, an der eine Pyrex-Endkappe und eine Ventilöffnung für einen Vakuum- und einen Wasserstoffanschluß angebracht war. Vor den Stab wurde

eine keramische Abschirmung eingesetzt, bevor die Reaktionskammer geschlossen und gedichtet wurde.

Die Reaktionskammer, bestehend aus dem geschlossenen Mullitrohr mit dem an ihm befindlichen Stab, wurde dann abgedichtet und in einen elektrischen Ofen eingebracht. Eine Vakuum-Wasserstoff-Leitung wurde mit dem Vakuum-Wasserstoff-Anschluß des Rohres verbunden. Die Reaktionskammer wurde dann mit einer Vakuumpumpe evakuiert, die

ίο in die genannte Leitung eingesetzt war. Die Evakuierung wurde bis auf etwa IO^-6 mm Hg fortgesetzt.

Der ummantelte Brennstoff körper in der Reaktionskammer wurde dann auf etwa 760° C erhitzt. Diese Erhitzung erfolgte etwa 1 Stunde lang. Nach Erreichen der angegebenen Temperatur wurde das Vakuumsystem abgesperrt, und es wurde Wasserstoff, der durch Uberströmen von Zirkon gereinigt war, in die Reaktionskammer unter Atmosphärendruck eingeführt. Während der Hydridisierung blieb der umso mantelte Brennstoffkörper in Wasserstoff unter Atmosphärendruck. Die Hydridisierungsrate wurde allein durch den Oxydfilm auf der Oberfläche des Brennstoffkörpers den Oxydfilmen auf den Oberflächen des Mantels und durch die Dicke und die

as Natur des Mantelmaterials gesteuert. Die Hydridisierung erfolgte etwa 4 Tage lang.

Da die Eintrittsrate des Wasserstoffes in den Brennstoffkörper durch den Mantel niedrig war, waren keine besonderen Vorkehrungen nötig, als die Temperatur des ummantelten Brennstoffkörpers von der Hydridisierungstemperatur auf Zimmertemperatur vermindert wurde. Die Abkühlung erfolgte innerhalb etwa 12 Stunden. Diese Abkühlung war langsam genug, um thermische Spannungen im ummantelten Brennstoffkörper zu verhüten, andererseits aber hinreichend rasch genug, um eine beträchtliche Hydridisierung bei niedrigeren Temperaturen als den angegebenen 760° C zu verhüten, also bei der Hydridisierungstemperatur, die während des Hauptteiles der Hydridisierungstemperatur angewandt wurde. Nachdem der Brennstoffkörper auf Umgebungstemperatur abgekühlt war, wurde er aus der Reaktionskammer herausgenommen und untersucht.

Der auf diese Weise behandelte ummantelte Stab erwies sich als rißfrei. Er hatte eine gleichmäßige Abmessung und Form und saß dicht in dem Mantelmaterial. Der Mantel zeigte keine Abmessungsänderungen, also keine Beulen, Biegungen und keine Risse oder Brüche. Bei metallographischer Untersuchung des Stabes zeigte sich, daß der Wasserstoff in ihm gleichmäßig verteilt war und ein Wasserstoff-Zirkon-Atomverhältnis von etwa 1,7:1 vorlag. Der hydridi" sierte ummantelte Brennstoffkörper hatte also im Endzustand die gewünschten genauen Abmessungen und erforderte keine weitere Verarbeitung. Er mußte also nicht mehr beispielsweise gezogen oder mechanisch bearbeitet werden, bevor er in einen Kernreaktor eingesetzt werden konnte.

BeispielII

Ein Brennstoffstab aus einer Zirkon-Uran-Legierung gleicher Zusammensetzung wie im Beispiel I, der jedoch eine Länge von etwa 320 mm und einen Durchmesser von etwa 17,5 mm und kein Mittelloch besaß, wurde nach Reinigung entsprechend dem Beispiel I in einen Mantel aus nichtrostendem Stahl von 0,5 mm Stärke eingesetzt, wobei ein Spiel von

Claims (1)

0,25 mm zwischen der Oberfläche des Stabes und der Innenoberfläche der Buchse verblieb. Die Endkappen wurden an einer Stelle angeschweißt, und dann wurde der ummantelte Brennstoffstab gezogen, indem man ihn eine übliche Ziehvorrichtung durchlaufen ließ. Durch das Ziehen wurden Mantel und Stab um etwa 10% verlängert. Der gezogene Stab hatte also eine Länge von etwa 355 mm und einen Durchmesser von etwa 15 mm. Das Spiel zwischen Stab und Mantel betrug dann etwa 0,025 mm. Dann erfolgte die Hydridisierung in der gleichen Weise und mit der gleichen Einrichtung wie nach Beispiel I, wobei ebenfalls gereinigter Wasserstoff unter Atmosphärendruck angewandt wurde. Jedoch wurde die Hydridisierung über 3 Tage bei 760° C fortgesetzt, und anschließend erfolgte eine Abkühlung auf Umgebungstemperatur über 12 Stunden. Der ummantelte Brennstoffstab wurde dann uotersucht. Er hatte ein Wasserstoff-Zirkon-Atomverhältnis von etwa 1,7:1. Der Ziehprozeß hatte die Wirkung, daß die erforderliche Behandlungszeit bei einer vorgegebenen Temperatur bis zum Erreichen eines vorgegebenen Hydridisierungsgrades herabgesetzt wurde. Obwohl jedoch der Oxydfilm auf dem Mantel aus nichtrostendem Stahl und auf dem Uran-Zirkon-Stab aufgebrochen worden war, war die Hydridisierungsrate jedoch noch hinreichend klein wegen der Anwesenheit des diskontinuierlichen Oxydfilmes und wegen der Dicke des Mantels, um eine Hydridisierung mit Wasserstoff unter Atmosphärendruck zu ermöglichen, ohne Gefahr zu laufen, daß die Hydridisierung zu rasch fortschritt. Der ummantelte Stab hatte nach der Hydridisierung im wesentlichen die gleichen Eigenschaften wie der fertige hydridisierte ummantelte Brennstoffstab nach Beispiel I. BeispielIII 40 Ein Brennstoffstab aus einer Zirkon-Uran-Legierung der gleichen Zusammensetzung wie im Beispiel I und II, der etwa die gleiche Länge wie der Stab nach Beispiel I besaß, jedoch einen Durchmesser von etwa 15 mm und einen kompakten Mittelbereich aufwies, wurde nach Reinigung wie nach Beispiel I hydridisiert und in eine Hohlbuchse aus Mantelmaterial nach BeispielI und II eingesetzt. Die Endkappen der Buchse wurden vor oder während der Hydridisierung nicht an dieser befestigt. Zunächst lag ein Anfangsspiel von etwa 0,25 mm zwischen der Seitenwand des Stabes und der Innenwand der Buchse vor. Die Hydridisierung erfolgte in einer Reaktionskammer mit einem Innendurchmesser von 50 mm und einer inneren Länge von 610 mm. Im übrigen wurde die im Beispiel I beschriebene Einrichtung verwendet. Die Hydridisierungsrate wurde jedoch sorgfältig durch Zugabe gereinigten Wasserstoffes in kleinen Volumen in die Reaktionskammer gesteuert. Nachdem die Reaktionskammer zunächst unter Vakuum auf 800° C aufgeheizt war, wurde Wasserstoff, der durch Überströmen eines Zirkongetters gereinigt war, in die Kammer eingeführt, und zwar jeweils in Teilvolumen von 2,55 dm3 in zeitlich gleichen Abständen bei einer Gesamtrate von 14,2 dm3 pro Stunde während einer Gesamtzeitdauer von 48 Stunden. Nachdem die Hydridisierung bei 800° C beendet war, wurde die Hydridisierungstemperatur auf 760° C abgesenkt und die Hydridisierung bis zum Abschluß in der Gamma-Zirkon-Phase durchgeführt. Dies währte weniger als 24 Stunden. Der Brennstoffkörper hatte dann ein Wasserstoff-Zirkon-Atomverhältnis von etwa 1,8 :1,0. Danach konnte die Hydridisierung in der Reaktionskammer bei 720, 680, 560 und 520° C oder in äquivalenten Temperaturstufen fortgesetzt werden. In jeder Stufe wurden kontrollierte Mengen von Wasserstoff der Reaktionskammer zugegeben. Die Reaktionskammer wurde nach Abschluß der Hydridisierung in jedem Fall auf 420° C abgekühlt, ohne daß weitere Zugaben an Wasserstoff erfolgten. Daraufhin wurde die Reaktionskammer bis auf etwa IO-6 mm Hg evakuiert und in diesem Zustand auf Umgebungstemperatur abgekühlt. Der hydridisierte teilummantelte Brennstoffkörper wurde dann aus der Reaktionskammer herausgenommen und die Endkappen für den Mantel an der Mantelbuchse angeschweißt. Der völlig ummantelte hydridisierte Brennstoffkörper war dann fertig. Die Eigenschaften des fertigen ummantelten Brennstoffkörpers waren im wesentlichen die gleichen wie diejenigen der fertigen ummantelten Brennstoffkörper nach den Beispielen I und II. Aus den beschriebenen Beispielen ergaben sich klar die verschiedenen Vorteile, die dadurch erzielt werden, daß ein ummantelter Brennstoffkörper nach der Lehre der Erfindung hergestellt wird, indem Zirkon in situ nach wenigstens teilweiser Ummantelung des Brennstoffkörpers hydridisiert wird. Das Verfahren nach der Erfindung ist für eine große Vielzahl von Kernbrennstoffen verwendbar und kann zur Hydridisierung der verschiedensten Metallegierungen angewendet werden, die als Moderatoren für Kernbrennstoffe geeignet sind. Die verschiedensten anderen Arten von metallischen UmmantelungsmateriaIien können zusätzlich zu den in den Beispielen angegebenen zur Herstellung der ummantelten Brennstoffkörper angewandt werden. Wie aus den Beispielen hervorgeht, ist das Verfahren nach der Erfindung einfach, wirtschaftlich und leicht steuerbar in dem Sinn, daß eine gewünschte Wasserstoffkonzentration in dem Brennstoffkörper zu erzielen ist. Es ist keine aufwendige Ummantelungseinrichtung erforderlich, und es sind keine komplizierten Verarbeitungsmaschinen für die Brennstoffstäbe erforderlich. Das Verfahren nach der Erfindung benötigt weniger Verfahrensschritte als die bekannten Verfahren zur Herstellung von mit Metallmänteln versehenen Brennstoffelemente. Auch wird durch den Erfindungsvorschlag der Sicherheitsfaktor bei der Herstellung der Brennstoffelemente erhöht. Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines mit einem Metallmantel bekleideten nuklearen Brennstoffkörpers, der spaltbaren Brennstoff und ein Metallhydrid enthält, gemäß dem ein fester Brennstoffkörper aus einer Mischung eines nuklearen Brennstoffs und eines hydridbildenden Metalls geformt wird, das Metall des Brennstoffkörpers bei einer Temperatur zwischen 700 und 900° C dann in MetalIhydrid übergeführt wird, indem der Brennstoffkörper mit Wasserstoff in Kontakt gebracht wird, der von die Geschwindigkeit der Hydridbildung mindernden Verunreinigungen gereinigt