aNukleares Spaitelementu Die Erfindung.betrifft ein nukleares Spaltelement
mit von einer Hülle umfaßtem Spaltstoff, insbesondere für hohe Temperaturen. Bei
der Konstruktion von nuklearen Spaltelementen, die im' wesentlichen aus einer, den
Spaltstoff umfassenden Hülle bestehen, treten Materialschwierigkeiten immer dann
auf, wenn
ein an sich wegen seiner Festigkeit gut geeignetes Hüllmaterial
bei der Betriebstempe.ratur des Spaltelementes in merklichem Maße mit dem nuklearen
Spaltatoff chemisch reagiert. Dadurch wird die Lebensdauer der Hülle oft in einem
Meße begrenzt, das nicht mehr technisch vertretbar ist. Insbesondere bei Spaltstofftemperaturen
über 1 500 0 C, die zunehmend angewandt werden, wird eine mögliche chemische
Reaktion zwischen Spaltetoff und Hülle infolge der hierbei wesentlich erhöhten Diffusionsgeschwindigkeit
der Reaktionnpartner sehr begünstigt. Da nun aber gerade in diesem Gebiet wegen
ihrer Temperaturbeständigkeit nichtmetallische, vor allem keramische Spaltetoffe
angewandt werden, andererseits aber aus Gründen der Hochtemperaturfestigkeit, der
Neutronenabsorption etc. nur bestimmte Hällstoffe infrage kommen, ergeben sich oft
Schwierigkeiten, die bestimmte günstige Hüllmaterlal-Kombinationen unmöglich machen.aNukleares Spitelementu The invention relates to a nuclear fissure element with fissile material enclosed by a shell, in particular for high temperatures. In the construction of nuclear fissure elements, which essentially consist of a shell that encompasses the fissile material, material difficulties always occur when a shell material, which is well suited to its strength due to its strength, is noticeably mixed with the nuclear fissile material at the operating temperature of the fissure element chemically reacts. As a result, the service life of the casing is often limited to an extent that is no longer technically justifiable. In particular at fissile material temperatures above 1,500 ° C., which are increasingly used, a possible chemical reaction between fissile material and shell is very favored as a result of the significantly increased diffusion rate of the reaction partners. However, since non-metallic, mainly ceramic, fissile materials are used in this area because of their temperature resistance, but on the other hand only certain reels are possible due to reasons of high temperature resistance, neutron absorption, etc., difficulties often arise that make certain favorable coating material combinations impossible.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Schwierigkeiten zu beseitigen
und damit technisch besonders geeignete neukleare Spaltatoffelemente zu schaffen.The object of the invention is to eliminate these difficulties
and thus to create technically particularly suitable new nuclear splitting elements.
Das wird bei einem nuklearen Spaltelement mit von einer Hülle umfaßten
Spaltstoff, insbesondere für hohe Temperaturen erfindungsgemäß durch eine, chemische
Reaktionen des nuklearen Spaltstoffes bzw. der bei der nuklearen Spaltung gebildeten
Produkte (Spaltprodukte) mit dem Hüllenmaterial erreicht. Hiebei ist unter einer,
Reaktionen verhindernden Zwischenschicht ganz allgemein auch eine solche zu verstehen,
welche die Reaktionen erheblich erschwert, indem sie eine Diffusionsbarriere für
die Reaktionspartner bildet.
Die Zwischenschicht kann auf der dem
Spaltstoff zugewandten Seite der.Hülle und/oder auf dem Spaltatoff aufgebracht sein.
Insbesondere bei nuklearen Spaltelementen mit körnigem Spaltetoff ist es zweckmäßig,
die Zwischenschicht auf den einzelnen Spaltsotffkörnern aufzubringen, zumindest
auf denen, die den Bereich der Grenzzone zwischen Spaltstoff und Hülle bilden, auch
wenn auf der dem Spaltatoff zugewandten Seite der Hülle ebenfalls eine Zwischenschicht
angebracht ist.In the case of a nuclear fissure element, this is enclosed in a shell
Fissile material, in particular for high temperatures according to the invention by a chemical
Reactions of the nuclear fissile material or those formed during nuclear fission
Products (fission products) reached with the shell material. Here is under one
Intermediate layer preventing reactions in general also to be understood as such,
which makes the reactions considerably more difficult by creating a diffusion barrier for
which forms the reactant.
The intermediate layer can be based on the
Fissile material facing side der.Hülle and / or be applied to the Fissile material.
Particularly in the case of nuclear fissile elements with granular fissile material, it is advisable to
to apply the intermediate layer to the individual gap grains, at least
on those that form the boundary zone between fissile material and shell, too
if there is also an intermediate layer on the side of the shell facing the split material
is appropriate.
Mit dem erfindungsgemäßen nuklearen Spaltelement ist es in einfachster
und vorteilhaftester Weise m8glich, technisch besonders günstige Spaltatoff-Hüllmeterial-Kombienationen
zu verwenden. Besonders vorteilhaft haben sich die Zwischenschichten aus Wolfram
oder insbesondere Rhenium wegen dessen Hochtemperaturbeständigkeit erwiesen. Die
Rheniumachichten sind vor allem von außerordentlichem Vorteil in Verbindung mit
karbidischem nuklearem Spaltetoff, wie z.B. Urankarbid und etwa Molybdän als Hüllmaterial,
das eine hohe Warmfestigkeit besitzt, aber mit dem karbidischen Spaltstoff chemisch
reagiert und daher sonst nicht verwendbar wäre. Darüberhinaus kann erfindungsgemäß
auch auf der, dem nuklearen Spaltstoff abgewandten Seite der Hülle eines beliebigen
Spaltstoffelements, vorzugsweise an Stellen, an denen die durch die nukleare Spaltung
im Spaltelement erzeugte Wärme nach außen abgeführt wird, eine Rheniumschicht aufgebracht
werden. Es hat sich nämlich gezeigt, daß sich gerade Rhenium insbesondere
bei gasgekühlten Spaltelementen als ein, die Verdampfung den Hüllmaterials bei hohen
Temperaturen verhindernder Überzug erweist. Außerdem kann eine derartige Schicht,
insbesondere aus Rhenium bei Brennelementen, welche Kathode eines thermioni#schen
Konvertern sind, auf der dem Konverterspalt zugewandten Seite der Hülle ebenfalls
mit Vorteil als Verdampfungsbarriere dienen.With the nuclear gap element according to the invention, it is possible in the simplest and most advantageous way to use technically particularly favorable combinations of cleavage material and envelope meters. The intermediate layers made of tungsten or, in particular, rhenium have proven to be particularly advantageous because of their high temperature resistance. The rhenium layers are especially of great advantage in connection with carbidic nuclear fissile material, such as uranium carbide and molybdenum as a shell material, which has a high heat resistance but reacts chemically with the carbidic fissile material and would therefore otherwise not be usable. In addition, according to the invention, a rhenium layer can also be applied to the side of the shell of any desired fissile element facing away from the nuclear fissile element, preferably at points where the heat generated by the nuclear fission in the fission element is dissipated to the outside. It has been shown that especially in the case of gas-cooled gap elements, rhenium in particular proves to be a coating that prevents evaporation of the shell material at high temperatures. In addition, such a layer, in particular made of rhenium in the case of fuel elements which are the cathode of a thermionic converter, can likewise advantageously serve as an evaporation barrier on the side of the casing facing the converter gap.