DE1514042B2 - Verfahren zur herstellung von massiven uran-yttriumhydridkoerpern - Google Patents
Verfahren zur herstellung von massiven uran-yttriumhydridkoerpernInfo
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Description
3 4
UH3 und YH3 gebildet werden, da die Anwesenheit Werkzeuges in einer Presse unter einem Preßdruck
dieser ein Zerfallen der Körper bewirkt. Dies kann von ungefähr 6 Mp/cm2 unter Verwendung von Par-
erfindungsgemäß erreicht werden, wenn der über- affinöl als Gleitmittel zu zylindrischen Formkörpern
schüssige, im Hydierrezipienten befindliche Wasser- gepreßt. Die in dieser Weise hergestellten Preßlinge
stoff bei einer Temperatur von 450° C, die nur 5 werden in einem evakuierbaren Rezipienten einge-
wenig oberhalb der Zerfallstemperaturen von UH3 bracht und langsam mit einer Geschwindigkeit von
(420° C)2) und von YH3 (307° C)3) liegt, abgepumpt 60° C/h unter einem Vakuum von mindestens
wird. ΙΟ"3 Torr auf eine Temperatur von 1000° C aufge-
Durch die beim Wiederhydrieren durch Bildung heizt, wobei eine vollkommene Dehydrierung erreicht
von Yttriumhydrid auftretende Volumenzunahme io wird. Die Preßlinge verbleiben zur Durchführung der
werden die noch im Körper vorhandenen Mikro- Sinterung drei Stunden bei 1000° C im Rezipienten,
Poren geschlossen, so daß das Endprodukt eine bevor die Ofenabkühlung eingeleitet wird.
Dichte von nahezu 100 °/o aufweist. Nunmehr wird ein Nachverdichten der vorliegen-
Ferner wurde gefunden, daß durch Verwendung den homogenen Uran-Yttrium-Körper mittels eines
von Uranhydridpulver anstatt von Uranpulver die 15 Preßwerkzeuges bei einem Preßdruck von etwa
Homogenität des Uran-Yttriumhydridkörpers noch 10 Mp/cm2 vorgenommen, so daß dadurch eine
mehr verbessert werden kann, da die Gefahr der Dichte der Körper von etwa 95 °/o erreicht wird.
Konglomeration des Uranpulvers, wie sie beim Mi- Darauf werden die nachverdichteten Uran-Yttrium-
schen, Pressen oder Sintern auftreten kann, vollstän- Körper in einen Hydrierrezipienten eingesetzt und
dig unterbunden wird. Außerdem wird durch das 20 unter einem Vakuum von mindestens 10~3 Torr auf
Dehydrieren der im Preßling vorhandenen Uran- 1000° C aufgeheizt. Danach wird langsam und dosiert
hydridpartikel die Homogenität der Uranverteilung so lange Wasserstoff in den Rezipienten eingeführt,
noch weiter verbessert. bis sich der Wasserstoff-Gleichgewichtsdruck des
gewünschten Yttriumhydrids eingestellt hat3)4).
Verfahrensbeispiel: 25 Nunmehr werden die so erhaltenen Uran-Yttriumhydrid-Körper
langsam abgekühlt, wobei bei Errei-
Zur Herstellung von homogenen Uran-Yttrium- chen einer Temperatur von 450° C der im Hydrierhydrid-Körpern
mit der Zusammensetzung von etwa rezipienten verbleibende überschüssige Wasserstoff
15 Gewichtsprozent Uran und 85 Gewichtsprozent abgepumpt wird, um die Bildung von UH3 und YH3
YH19 werden Yttriumhydridpulver mit einer Korn- 30 zu vermeiden, die bei 420° C bzw. 307° C eintritt, so
größe von 10 bis 200 μΐη und Uranhydridpulver mit daß ein Zerfallen der Körper vermieden wird,
einer Korngröße von 1 bis 5 μηι als Ausgangsstoffe Die Zuführung dieses Verfahrens ergibt homogene verwendet. Aus diesen Ausgangsstoffen wird eine Pul- Körper aus Uran-Yttriumhydrid mit etwa 15 Gevermischung, bestehend aus 15 Gewichtsprozent wichtsprozent Uran und etwa 85 Gewichtsprozent Uranhydridpulver und 85 Gewichtsprozent Yttrium- 35 Yttriumhydridli9. Diese Körper zeichnen sich durch hydridpulver der Zusammensetzung YH19 durch sorg- eine hervorragende, nahezu 100%ige Dichte sowie fältiges Mischen unter einer Argonatmosphäre her- durch eine sehr feine, homogene Uranverteilung gestellt. aus und sind in dieser Form als homogener Brenn-
einer Korngröße von 1 bis 5 μηι als Ausgangsstoffe Die Zuführung dieses Verfahrens ergibt homogene verwendet. Aus diesen Ausgangsstoffen wird eine Pul- Körper aus Uran-Yttriumhydrid mit etwa 15 Gevermischung, bestehend aus 15 Gewichtsprozent wichtsprozent Uran und etwa 85 Gewichtsprozent Uranhydridpulver und 85 Gewichtsprozent Yttrium- 35 Yttriumhydridli9. Diese Körper zeichnen sich durch hydridpulver der Zusammensetzung YH19 durch sorg- eine hervorragende, nahezu 100%ige Dichte sowie fältiges Mischen unter einer Argonatmosphäre her- durch eine sehr feine, homogene Uranverteilung gestellt. aus und sind in dieser Form als homogener Brenn-
Darauf wird die Pulvermischung mittels eines Preß- stoff-Moderatorkörper besonders geeignet.
1) I. Sheinhartz, K. Moyerund I. L. Zambrow 3) E. S. Funston, Met. Soc. AIME, Inst. Metals Dive,
SCNC-293 (1959) Special Report Series No. 10 (1960)
2) W.D.Wilkinson, Uranium Metallurgy, Vol.1 (1962), J) C.E.Lundin, J. P. Blackledge, J. of electrochem.
S. 410 ff. Soc, September (1962)
Claims (6)
1. Verfahren zum Herstellen von massiven Als Brennstoff kommt am besten metallisches Uran
Kernbrennstoff-Moderatorkörpern aus Uran-Yt- in an U-235 angereicherter Form in Frage. Zur Hertriumhydrid
durch Sintern von Uranpulver und 5 stellung von homogenen Yttriumhydrid-Uran-Kör-Yttriumhydridpulver
und nachfolgende Dehydrie- pern bietet sich als günstiger Weg zunächst an, von
rung, gekennzeichnet durch langsames einer Yttrium-Uran-Legierung auszugehen und diese
Aufheizen der aus einer homogenen Mischung nachfolgend zu hydrieren, wie dies z. B. bei der Hervon
Uranpulver und Yttriumhydridpulver gepreß- stellung von Zirkonhydrid-Urankörpern durchführbar
ten Formkörper auf 1000° C mit einer Aufheiz- io ist. Dieser Weg läßt sich jedoch nicht beschreiten, da
geschwindigkeit von nicht mehr als 60° C/h in Yttrium und Uran im festen und im flüssigen Zustand
einem Vakuum von mindestens 10~3 Torr, an- keine Löslichkeit besitzen. Man ist daher darauf anschließendes
Sintern und folgendes mechanisches gewiesen, möglichst homogene Mischungen beider auf
Nachverdichten der Uran-Yttriumhydrid-Körper pulvermetallurgischem Wege herzustellen. Es ist beauf
mindestens 95% Dichte sowie darauffolgen- 15 kannt, daß Uran-Yttrium-Körper durch Pressen und
des Aufhydieren der in einem Rezipienten auf Dehydrieren von Uran- und Yttriumhydridpulvern
1000° C aufgeheizten Körper, bis sich der Gleich- mit nachfolgendem Sintern hergestellt werden köngewichtswasserstoffdruck
des gewünschten Yttri- nen*). Diese Körper haben jedoch den Nachteil, daß
umhydrids eingestellt hat, wonach die Körper das Uran noch relativ grob verteilt vorliegt und daß
langsam abgekühlt werden, wobei bei Erreichen 20 bei erneuter Hydrierung die erzielbare Dichte den
einer Temperatur von 450° C der im Hydrierrezi- Anforderungen eines Hochtemperatur-Brennstoffpienten
verbleibende überschüssige Wasserstoff Moderator-Körpers für die eingangs genannten
abgepumpt wird. Zwecke nicht genügt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- Es wurde nun gefunden, daß man Uran-Yttriumkennzeichnet,
daß die homogene Mischung aus 25 hydrid-Körper von einer Dichte von nahezu 100 0Zo
Uranpulver von 1 bis 5 μΐη Korngröße und Yttri- erhalten kann, wenn das Dehydrieren der aus Uranumhydroxidpulver
von 10 bis 200 μΐη Korngröße pulver und Yttriumhydridpulver gepreßten Formhergestellt
wird. körper durch langsames Aufheizen mit einer Aufheiz-
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- geschwindigkeit von nicht mehr als 60° C/h in einem
kennzeichnet, daß die homogene Pulveraiischung 30 Vakuum von mindestens 10~3 Torr auf 1000° C voraus
Uranhydridpulver von 1 bis 5 μΐη Korngröße genommen wird und die Formkörper nach dem fol-
und Yttriumhydridpulver von 10 bis 200 μΐη genden Sintern mechanisch auf 95 % oder mehr der
Korngröße unter Argonatmosphäre hergestellt theoretischen Dichte nachverdichtet und anschließend
wird. in einem Rezipienten bei 1000° C bis zum gewünsch-
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 35 ten Wasserstoffgleichgewichtsdruck aufhydriert und
dadurch gekennzeichnet, daß die homogene Pul- darauf langsam abgekühlt werden, wobei bei Erreivermischung
mittels eines Preßwerkzeuges unter chen einer Temperatur von 450° C der überschüssige
Anwendung von Paraffinöl als Gleitmittel unter Wasserstoff abgepumpt wird.
einem Preßdruck von 5 bis 10 Mp/cm2 zu den Zur Durchführung des Verfahrens wird sehr feines
Formkörpern kaltgepreßt wird. 40 Uranpulver von 1 bis 5 μπι Korngröße mit Yttrium-
S.Verfahren
nach einem der Ansprüche 1 bis 4, pulver von 10 bis 200 μΐη Korngröße homogen gedadurch
gekennzeichnet, daß die Formkörper mischt. Diese Mischung wird bei einem Druck von
nach dem Dehydrieren zwei bis fünf Stunden ge- etwa 5 bis 10 Mp/cm2 kalt gepreßt und anschließend
sintert werden. beginnend bei Raumtemperatur und unter Aufheizung
6. Verfahrennach einem der Ansprüche Ibis 5, 45 bis 1000° C in einem Vakuum von etwa 10~3 Torr
dadurch gekennzeichnet, daß das Nachverdichten dehydriert und einige Zeit auf einer Temperatur geder
Sinterkörper unter einem Preßdruck von halten. Dabei stellt sich ein Sinterprozeß ein. Es ist
10 Mp/cm2 erfolgt. von großer Wichtigkeit, die Dehydrierung vor allem
während der Aufheizzeit genügend langsam durchzu-
50 führen, da sonst durch das zu schnelle Entweichen
des Wasserstoffs zusätzliche Porositäten erzeugt wer-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum den. Um dies zu vermeiden, darf nach einer wesent-
Herstellen von Kernbrennstoff-Moderatorkörpern für liehen Erkenntnis die Aufheizgeschwindigkeit nicht
Kernreaktoren. Insbesondere bei Kleinstreaktoren, mehr als 60° C/h betragen.
wie sie z. B. für Raumfahrtzwecke als Energiequellen 55 Das nunmehr erhaltene Produkt weist bereits eine
in Betracht kommen, ist aus Gewichtsgründen die Dichte von etwa 90% auf. Eine weitere Steigerung
Erzielung möglichst hoher Leistungsdichten aus- der Dichte auf etwa 95 % wird durch anschließendes
schlaggebend. Dies kann erreicht werden, wenn sich mechanisches Nachverdichten auf einer Presse erzielt,
der Kernbrennstoff und der Moderator in einer mög- Dabei wird vorteilhaft ein Preßdruck von etwa
liehst homogenen Verteilung befinden. Zur Erreichung 60 10 Mp/cm2 angewandt.
eines optimalen Wirkungsgrades ist es ferner erfor- Die nun nachverdichteten Körper werden anderlich,
die Betriebstemperatur möglichst hoch zu schließend bei 1000° C wieder hydriert. Dabei wird
wählen. auf Grund der sehr unterschiedlichen Zersetzungs-Ais Moderatoren, die eine kompakte Anordnung drücke nur Yttriumhydrid gebildet. Das Uran liegt
gewährleisten, kommen für die geforderten hohen 65 nach wie vor metallisch in Form kleinster Partikel
Temperaturen (etwa 600° C) nur Metallhydride mit vor. Für den Erfolg des Verfahrens ist es nach einer
hoher thermischer Stabilität in Frage. Dabei eignet weiteren Erkenntnis wesentlich, daß bei der folgensich
wegen seines sehr geringen Wasserstoffpartial- den Abkühlung nicht die wasserstoffreien Phasen
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEJ0028984 | 1965-09-14 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1514042A1 DE1514042A1 (de) | 1969-05-14 |
DE1514042B2 true DE1514042B2 (de) | 1973-07-05 |
DE1514042C3 DE1514042C3 (de) | 1974-01-31 |
Family
ID=7203462
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1514042A Expired DE1514042C3 (de) | 1965-09-14 | 1965-09-14 | Verfahren zur Herstellung von massiven Uran-Yttriumhydridkörpern |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1514042C3 (de) |
-
1965
- 1965-09-14 DE DE1514042A patent/DE1514042C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE1514042C3 (de) | 1974-01-31 |
DE1514042A1 (de) | 1969-05-14 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E771 | Valid patent as to the heymanns-index 1977, willingness to grant licences | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |