DE1514994C3

DE1514994C3 - Überzogenes Kernreaktorbrennstoffteilchen, sowie Verfahren und Vorrichtung zu seiner Hersteilung

Info

Publication number: DE1514994C3
Application number: DE1514994A
Authority: DE
Inventors: John Milton Columbus Ohio Blocher Jun. (V.St.A.)
Original assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Current assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Priority date: 1964-12-10
Filing date: 1965-12-09
Publication date: 1975-06-05
Also published as: DE1514994B2; DE1514994A1; GB1087238A; US3249509A; FR1455604A

Description

dem Ausmaß, wie die Struktur der einzelnen Kristallite ausgerichtet ist, weisen die Schichten einen wesentlichen isotropischen Unterschied in ihren Ausdehnungskoeffizienten in der Umfangsrichtung und in radialer Richtung auf, wobei das Verhältnis zwischen diesen ungefähr 20: 1 ist. Dies verstärkt die Neigung der Schichten sich zu trennen, wenn sie Beanspruchungen ungleicher thermischer Ausdehnung im Kernreaktor unterworfen werden und obwohl hieraus resultierende Auswirkungen nicht immer sichtbar sind, wird die Fähigkeit der Überzüge, Spaltprodukte festzuhalten, beeinträchtigt. Dieser Nachteil wird auch dann nicht beseitigt, wenn zusätzlich zu der Kohlenstoffschicht noch eine Schicht aus feuerfestem Metallkarbid vorgesehen wird.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten pyrolysierten Kohlenstoffüberzug für Kernreaktorbrennstoffteilchen zu schaffen, der die erwähnten Nachteile nicht aufweist.

Es hat sich gezeigt, daß dann, wenn erfindungsgemäß das Metallkarbid im pyrolytischen Kohlenstoff verteilt enthalten ist, ein verbesserter Überzug erzielt wird, der einen erhöhten Bruchwiderstand, sowie die Eigenschaft aufweist, Spaltprodukte auch über lange Abbrennperioden sicher zurückzuhalten. Es ist für diese Erscheinung noch keine vollständige theoretische Erläuterung vorhanden, die Erfindung stützt sich daher völlig auf die Grundlage der empirischen, sich aus den Versuchen ergebenden Feststellungen.

Im Rahmen der Erfindung hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß bei einer Vielzahl von Lagen aus pyrolysiertem graphischem Kohlenstoff der Karbidgehalt nach außen zunimmt.

Weitere Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele.

F i g. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kernreaktorbrennstoffteilchen im Querschnitt und

F i g. 2 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zu seiner Herstellung.

Gemäß F i g. 1 weist das Brennstoffteilchen 9 einen Kern 10 aus spaltbarem Brennstoffmaterial, in diesem Falle Uraniumkarbid, auf. Der Kern 10 kann auch aus jedem beliebigen anderen Brennstoffmaterial bestehen, wie etwa metallisches Uran oder Plutonium oder die Oxyde, Nitride, Sulfide, Karbide od. dgl. dieser Metalle. Der Kern 10 kann auch ein Brutmaterial sein anstatt eines Brennstoffes, wie natürliches Uran, durch das Isotop 235 geschwächtes Uran, Uran 238, Thorium od. dgl., die in den Deckschichten vor Brutreaktoren verwendet werden.

Unmittelbar und konzentrisch um den Kern 10 herum befindet sich ein Hohlraum 11, der durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen des Kernes 10 und des ihn umgebenden Überzuges 12, 13 entstanden ist und sich aus dem später beschriebenen Herstellungsverfahren ergibt. Obwohl dieser Hohlraum 11 für das Hauptziel der Erfindung nicht unbedingt erforderlich ist, ist seine Existenz zweifellos vorteilhaft, da er einen Expansionsraum für Spaltproduktgase bildet, wodurch die Beanspruchung des Überzuges sehr stark verringert wird. Demgemäß muß die Herstellung dieses Hohlraumes als wichtige zusätzliche Maßnahme der Erfindung angesehen werden.

Konzentrisch um den Hohlraum 11 befindet sich eine Schicht 12 aus im wesentlichen reinem pyrolysiertem Kohlenstoff. Um die Außenseite der Schicht 12 herum ist eine Lage 13 aus pyrolytischem Kohlenstoff angeordnet, der Siliziumkarbid enthält. Der Anteil beträgt etwa 1 bis etwa 25 % Siliziumkarbid, vorzugsweise 1,5 bis 5%. Die Inseln aus Karbid, die in F i g. 1 gezeigt sind, sind nur symbolisch und enthalten keinen Hinweis auf deren Größe.

In F i g. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 20 im allgemeinen eine Einrichtung zur Bildung eines Wirbelschichtbettes, in dem das Verfahren zur Herstellung

ίο der überzogenen Brennstoffteilchen nach der Erfindung durchgeführt wird. Diese Einrichtung weist ein zylindrisches Reaktionsgefäß 21 mit einem sich nach aufwärts verjüngenden Oberteil 22 auf, an das sich über eine Feststoffbeschickungsöffnung 23 eine Leitung 24 anschließt, die mit einem Behälter 25 in Verbindung steht, in welchem die Brennstoffkerne 10 gelagert sind.

Durch ein Ventil 26 können die Feststoffe in das Reaktionsgefäß 21 eintreten.

In der Nähe des Bodens des Gefäßes 21 befindet sich eine Lochplatte 27 von genügend feiner Maschenweite, um die Feststoffe in dem Gefäß 21 vor dem Hindurchfallen zu bewahren. Eine Wirbelgasquelle 28 liefert ein Wirbelgas, wie etwa Argon, Helium od. dgl. durch die Hauptgasleitung 29 zum Gefäß 21 über die Öffnung 30.

Das Gas, dessen Fluß durch das Ventil 29a reguliert wird, hält das Wirbelbett 31 der Teilchen 9 a in einem wirbelnden Zustand. Es ist selbstverständlich, daß das Bezugszeichen 9a sich auf die Teilchen während des Verfahrens bezieht, das in der Herstellung des fertiggestellten Teilchens 9 gipfelt.

Eine Seitenstromleitung 31 α von wesentlich geringerer Größe und Kapazität als die Hauptgasleitung 29 führt von der Wirbelgasquelle 28 durch das Steuerventil 32 zu dem Gefäß 33. Das Gefäß 33 enthält eine Flüssigkeit 34 mit einem Metall, das in der Lage ist, das Anion eines Karbids zu liefern, wie etwa Siliziumtetrachlorid, Titantetrachlorid, Zinntetrachlorid od. dgl., wobei Siliziumtetrachlorid bevorzugt wird. Der Seitenstrom des Wirbelgases strömt blasenartig durch die Flüssigkeit 34 und nimmt seine Dämpfe mit. Die mitgenommene Mischung läuft dann durch die Leitung 35, über den Anschluß 36 in die Hauptgasleitung 29 und tritt über diese in das Reaktionsgefäß 21 ein.

Eine Kohlenwasserstoffgasquelle 37 liefert ein zersetzbares Kohlenwasserstoffgas, wie etwa Methan, Äthan, Azetylen od. dgl. durch die Leitung 38 zur Hauptgasleitung 29 über den Anschluß 39. Der Strom des Gases in der Leitung 38 wird durch das Ventil 40 geregelt.

Eine Induktionsspule 41 umgibt das Reaktionsgefäß 21 koaxial. Sie ist eine von vielen Erhitzungseinrichtungen, die verwendet werden können, um die Temperatur der Einrichtung 20 aufrechtzuerhalten.

Die Erhitzungsspule 42 dient als Vorerhitzer für das Wirbelgas in der Hauptgasleitung 29 und die Erhitzungswpule 43 als Vorerhitzer für das Kohlenwasserstoffgas in der Leitung 38. Die Kühlschlange 44 um das Gefäß 33 herum hält eine gleichmäßige Temperatur der Flüssigkeit 34 aufrecht und macht dadurch die Konzentration ihrer Dämpfe in der mitgenommenen, durch die Leitung 35 austretende Mischung konstant.

Die Abgasleitung 45 führt von der Leitung 24 zu Filtern, einem Kamin oder einer anderen Gasableitungseinrichtung, die nicht gezeigt ist, da sie keinen Teil der Erfindung darstellt. Das Gefäß 21 weist eine bei 46 gestrichelt gezeigte Feststoffauslaßtür auf.

Ein großer Teil der Arbeitsweise des Reaktors wird durch solche Faktoren bestimmt, wie etwa Größe des Reaktors, Größe des überzogenen Teilchens, Stärke und Dichte des gewünschten Überzuges, Tiefe des Wirbelbettes od. dgl. Diese Faktoren bestimmen beispielsweise die Dauer und Geschwindigkeit des Wirbelgasstromes, der genügend groß sein sollte, um das Bett in dem gewünschten Wirbelzustand zu halten. Die Reaktionstemperatur ist jedoch von einer kritischeren Art. Es hat sich gezeigt, daß zwischen 950 und 2000⁰C ein zufriedenstellender pyrolytischer Graphitüberzug an Brennstoffkernteilchen angewendet werden kann, wobei der Ausdruck Graphitüberzug hier gegen pyrolytischen Kohlenstoff austauschbar ist, da alle diese Überzüge Graphitcharakter haben. Es hat sich weiter gezeigt, daß bei gleichbleibenden übrigen Bedingungen die Überzugsdichte innerhalb des erwähnten Temperaturbereiches schwankt. Bei 950⁰C ist die Dichte ungefähr 1,91 g je Kubikzentimeter und bei höheren Temperaturen nimmt die Dichte bis zu einem Mindestwert von 1,50 g je Kubikzentimeter bei 1500⁰C ab. Danach steigt die Dichte bei höheren Temperaturen und beträgt bei 1800⁰C 1,94 g per Kubikzentimeter.

Im allgemeinen sollte die Geschwindigkeit des Kohlenstoffgasstromes ungefähr 5 bis 15 % des Wirbelgasstromes betragen, wobei die bevorzugte Menge für Azetylen ungefähr 11% ist. Die Menge des Seitenstromwirbelgases hängt von der Temperatur der Flüssigkeit 34, ihren Teildruckmerkmalen im Seitenstromgas und dem gewünschten Zielkarbidniveau ab. Es ist festgestellt worden, daß für ein Zielsiliziumkarbidniveau von 2,5 a/o (Atomprozent) Silizium ein Seitenstrom von Helium, der bei 0⁰C durch SiCl₄ fließt, eine Geschwindigkeit von ungefähr 150 cm³/min haben sollte. Für ein Zielniveau von 5 a/o ungefähr 300 cm³/min und für ein Zielniveau von 10 a/o ungefähr 600 cm³/min. Es ist nicht notwendig, daß die Zielkarbidniveaus genau erreicht werden, da keine

ίο Stoichiometrie damit verbunden ist, sondern nur die phydikalische Verstärkung des Überzugs als Ganzes, und dies ermöglicht einen beträchtlichen Spielraum. Das Karbid ist vorzugsweise Siliziumkarbid, von dem angenommen wird, daß es sich im wesentlichen vollständig in dem Zweiphasenmaterial befindet. Jedes beliebige andere kräftig karbidbildende Metall kann jedoch verwendet werden, insbesondere dürfte die Gruppe Silizium, Germanium, Titan, Zirkon, Tantal Molybdän und Wolfram gute Ergebnisse zeitigen. Dies führt zu einer bevorzugten Karbidgruppe, die in die Überzüge eingeführt werden können, die aus Siliziumkarbid, Germaniumkarbid, Titankarbid, Zirkonkarbid, Tantalkarbid, Molybdänkarbid und Wolframkarbid bestehen.

Es kann auch wünschenswert sein, den Siliziumüberzug während der Ablagerung zu verändern, indem der Silikoneingang verändert wird, so daß eine Abstufung im Siliziumgehalt radial nach außen vorhanden ist.

Tabelle I Herstellungsbedingungen und Eigenschaften der überzogenen Teilchen

Posten- Nr.	Substrat	Überzugs- Reaktionsteilnehmer	Über- ZUgS- Tempe- ratur	Gesamt gasstrom cm³/min	Kohlen- stoff- nieder- schlags- wirkungs- grad	Über- ZUgS- anwachs- geschwin- digkeit	Über zugs- Dichte	Überzugsstrukturen
		Molprozent")	⁰C)	STP	%*)	μ/hr	g/cm»
16564-	UC₂	He 90,4	1400	3500	85	36	1,81 .	20 μ PyC)
53-14		C₂H₂ 9,0						20 μ ~ 1,9 Gewichtspro
								zent Si in PyC)
		SiCl₄ 0,6						20 μ ~ 3,9 Gewichtspro
								zent Si in PyC)
								20 μ ~ 7,7 Gewichtspro
								zent Si in PyC)
514A	UC₂	He 95,5	1400	1770	63	22	1,88	4 μ PyC⁰)
		C₂H₂ 4,1						34 μ ~ 1,5 Gewichtspro
								zent Si in PyC^c)
		SiC14 0,2
516	UC₂	He 93,5	1400	1810	(~ 100)	31	1,77	7μPyC^c)
	+ Koks
		C₂H₂ 5,2						47 μ 1,7 Gewichtsprozent
								Si in PyC⁰)
		SiCl₄ 1,3
532	UC₂	He 95,0	1400	3900	85	46	—	5 μ PyC
	+ Koks
		C₂H₂ 2,9						48 μ PyC 13,3 Gewichts
								prozent Si
		CH₃SiCl₃ 2,1
540	UC₂	He . 97,3	1400	3900	79	17	1,84	2μPyC
	+ Koks
		CH₃SiCl₃ 2,7						55 μ PyC, 15,6 Gewichts-
								prozeht Si
918 A	UC₂	He 98,7	1400	3750	38	6	1,73	56 μ PyC⁰)
		C₂H₂ 1,3
919 A	UC₂	He 93,8	1400	3750	67	48	1,54	70 μ PyC)
		C₂H₂ 6,2

^a) Durchschnitt während des Uberziehens (oder während 100% PyC Ablagerung in den Läufen 918 A und 919 A). '') Sichtartig.

Beispiel

Sechs Posten aus kugelförmigen L'Q-Teilchen wurden in einem feuerfesten keramischen Schwebebett von 25 mm Durchmesser im wesentlichen der in F i g. 2 dargestellten Art behandelt. Die Reaktortemperatur betrug 1400⁰C, das Wirbelgas war Helium und die Reaktionsgase entweder Azetylen und SiCl₄ oder ein Einzeldoppelfunktionsgas CH_:!SiCl_:!. Zwei weitere Posten wurden nur mit Azetylen behandelt. Diese wirkten als Kontrollposten. Die Herstellungsbedingungen und Erzeugnisdaten sind in Tabelle 1 dargestellt.

Gewisse nach Belieben ausgewählte Proben aus jedem Posten wurden einem Standardbruchwiderstandstest unterzogen, dessen Ergebnisse in Tabelle II zu finden sind. Es ist darauf hinzuweisen, daß eine gewisse Abweichung in der Überzugsstärke vorhanden war. Die Proben wurden in zwei Posten unterteilt und die Ergebnisse auf die gleiche Stärke »normalisiert« durch Anwenden einer linearen Korrektur. Es ist festzustellen, daß in allen Fällen eine merkliche Erhöhung ίο des Bruchwiderstands eintritt. In drei Fällen ist diese Verbesserung größer als 35 °„. Im Posten 16564-53-14 betrug die Verbesserung 27°·;,.

Tabelle II Bruchwiderstandsfähigkeit bei einzelnen PyC-überzogenen Teilchen als Funktion des Kohlenstoffgehalts

Posten-Nr.	Überzugsstürke	■ 56 μ PyC	Gewichtsprozent	Bruchstärke, g^a)	durchschnittlich	normalisiert
		5 μ PyC + 45 μ überzogen PyC	Si	gemessen	860
918A	7 μ PyC + 47 μ überzogen PyC	0	860	940
514A	4 μ PyC + 48 μ überzogen PyC	-1,5	840	1170
516	2 μ PyC +55 μ	1,7	1130	1200
532	70 μ PyC	13,3	1140	1310
540	20 μ PyC +60 μ überzogen PyC	15,6	1330	1130
919A		0	1130	1440
16564-53-14	4,3	1645

^a) Lineare Korrektur auf 56 μ zum Vergleich mit 918 A und auf 70 μ zum Vergleich mit 919 A (weitere Daten zeigen eine lineare Korrektur, die innerhalb dieser begrenzten Bereiche gültig ist).

Die nachstehende Tabelle IU zeigt, daß der Mechanismus, durch den die verbesserten Eigenschaften erzielt werden, eine Katalyse der pyrolytischen Kohlenstoffablagerungsreaktion ist. Die folgenden Punkte unterstützen diesen Schluß:

a) Während der Ablagerung mit Siliziumhalidzuschlägen sind die Abgase aus dem Uberzugsreaktor weniger rußig als wenn Kohlenwasserstoff allein verwendet wird.

b) Die aufgebrachten Überzüge neigen zu einem säulenartigen Aussehen, d. h., sie enthalten offensichtlich weniger Einschlüsse des rußigen oder weichen Materials, das zur Bildung der Schichten - führt, wie bei lOOX sichtbar.

c) Die Dichte scheint auf der hohen Seite dessen zu liegen, was erwartet werden kann, ohne Hinzufügen und mit vergleichbaren Ablagerungsgeschwindigkeiten.

Tabelle III

Wirkung von Siliziumbeigaben auf die Ablagewirksamkeit und Uberzugsdichte

	Gewichtsprozent	Nieder	22	Ablage-	Dichte
	Si	schlags?	31	rungs-
I^ Uo ICH Mr	im Überzug	geschwin-	46	wirkungs-
ΓΝΓ.		digkeit	17	grad	g/cm³
	0	μ/η	%")	1,73
918A	0	6	38	1,54
919A	4,3	48	67	1,81
16564-	36	85
53-14	durchschnittlich¹⁵)		1,88
514A	1,5	63	1,77
516	1,7	(-100)
532	13	85
540	15,6	79

*) Bruchteil des als Überzug auf den Teilchen abgelagerten

verfügbaren Kohlenstoffes. ^b) Durchschnittskonzentration des gesamten Überzugs.

Weitere Tests wurden durchgeführt durch Einschneiden in die Überzüge mit einer Reißnadel. Die Risse gingen von dem beschädigten Bereich aus, anstatt daß sie der Kontur oder dem Umfang des Teilchens folgten, wie das bei Teilchen der Fall ist, die einen »Zwiebelschale«-Überzug aufweisen, der nicht gemäß dieser Erfindung abgewandelt ist. Es wird angenommen, daß dies zeigt, daß die Überzüge nach der Erfindung weniger anisotropisch sind als nicht abgewandelte Überzüge.

Es hat sich gezeigt, daß Graphitüberzüge radioaktives Barium, Strontium; Neodymium, Zäsium und

10

andere Spaltprodukte durchlassen, wahrscheinlich durch einen Rückprall, auf den ein Diffusion folgt. Die gleichzeitige Mitablagerung von kleinen Mengen von SiO₂ in einem pyrolytischen Kohlenstoffüberzug verringert dieses Durchlecken erheblich. Die überzogenen Teilchen nach der Erfindung weisen diese Eigenschaft ebenfalls auf.

Es ist darauf hinzuweisen, daß diese Erfindung nicht auf die hierin gegebenen Einzelheiten beschränkt sein ίο soll, sondern innerhalb des Rahmens der beigefügten Ansprüche abgewandelt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 Gefäß (33) angeordnet ist, das die zu verdampfende Patentansprüche: Flüssigkeit (34) enthält. 9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8,

1. Überzogenes Kernreaktorbrennstoffteilchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptgasleitung bestehend aus einem Kern aus keramischem, spalt- S (29) und die Leitung (38) zur Kohlenwasserstoffbarem Brennstoffmaterial mit einer oder mehreren gasquelle mit Erhitzungsspulen (42, 43) ausgeihn konzentrisch umgebenden Lagen einer die stattet sind.

Spaltprodukte zurückhaltenden Schutzschicht, be- 10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 9,

stehend aus pyrolytischem, graphitischem Kohlen- gekennzeichnet durch Einrichtungen z. B. Ventile

stoff und aus feuerfestem Metallkarbid, dadurch ιό (29α, 32, 40) zum Steuern des Stromes des Wirbel-

gekennzeichnet, daß das Metallkarbid im gases, des Kohlenwasserstoff gases und des Seiten-

pyrolytischen Kohlenstoff verteilt enthalten ist. stromgases und der Dampfmischung, die in das

2. Überzogenes Kernreaktorbrennstoffteilchen Reaktionsgefäß eintreten.

nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

bei einer Vielzahl von Lagen aus pyrolysiertem 15

graphitischem Kohlenstoff der Karbidgehalt nach Die Erfindung bezieht sich auf ein überzogenes

außen zunimmt. Kernreaktorbrennstoffteilchen, bestehend aus einem

3. Überzogenes Kernreaktorbrennstoffteilchen Kern aus keramischem, spaltbarem Brennstoffmatenach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß rial mit einer oder mehreren ihn konzentrisch umsich an den Kern ein konzentrischer Hohlraum, 20 gebenden Lagen einer die Spaltprodukte zurückhaltenan diesen eine Lage aus im wesentlichen reinem den Schutzschicht, bestehend aus pyrolytischem, pyrolysiertem Kohlenstoff und an diese eine oder graphitischem Kohlenstoff und aus feuerfestem Metallmehrere Lagen aus pyrolysiertem, das feuerfeste karbid, sowie auf ein Verfahren und eine Vorrichtung Metallkarbid enthaltenden Kohlenstoff anschließen. zu seiner Herstellung. Derartige Kernbrennstoff -

4. Überzogenes Kernreaktorbrennstoffteilchen 25 teilchen sind aus der belgischen Patentschrift 627 673 nach den Ansprüchen I bis 3, gekennzeichnet und der französischen Patentschrift 1 345 497 bekannt, durch die Verwendung eines Karbids aus der aus Mit Graphit oder pyrolysiertem Kohlenstoff überSiliziumkarbid, Germaniumkarbid, Titankarbid, zogene Kernreaktorbrennstoff teilchen bieten zahlreiche Tantalkarbid, Molybdänkarbid und Wolfram- Vorteile gegenüber nicht überzogenen Brennstoffkarbid bestehenden Gruppe, vorzugsweise eines 30 teilchen oder gegenüber großformatigem Brennstoff, Siliziumkarbids. wie er früher in Reaktoren verwendet wurde. Ein Vor-

5. Überzogenes Kernreaktorbrennstoffteilchen teil ist beispielsweise die wirksame Zurückhaltung von nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Spaltproduktgasen. Es war jedoch bisher nicht mögder Gehalt an Siliziumkarbid in der äußeren pyro- lieh, großformatige Brennstoffe sicher genug mit einer lytischen Kohlenstoff schicht zwischen IY₂ und 35 nichtmetallischen Umhüllung zu versehen, ohne die 16 Gewichtsprozent liegt. Gefahr auszuschließen, daß letztere aufquillt und

6. Verfahren zur Herstellung eines überzogenen bricht, wenn der Druck der Gase, z. B. während des Kernreaktorbrennstoffteilchens nach den Ansprü- Reaktorbetriebes steigt. Um das Problem der Zurückchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die haltung der Spaltprodukte zu lösen ist es daher erfor-Brennstoffteilchen bei einer Temperatur von un- 40 derlich einen Brennstoff zu verwenden, der in kleine gefähr 950 bis etwa 2000⁰C in einer Wirbelschicht Teilchen zerlegt ist. Die mechanische Beanspruchung mit einer Mischung behandelt werden, die aus der Umhüllung wird dadurch verringert, insbesondere Kohlenwasserstoffgas und dem Dampf einer Ver- wenn die Brennstoffteilchen und ihre Umhüllungen bindung besteht, die ein karbidbildendes Metall eine kugelförmige Gestalt besitzen.

enthält. 45 Unter den verschiedenen vorgeschlagenen Um-

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens hüllungen sind pyrolytische Kohlenstoffüberzüge mit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es mehreren besonderen Vorzügen ausgestattet. Sie eine Einrichtung zur Bildung eines Wirbelschicht- bilden zusätzlich zu der Eigenschaft, die Spaltprodukte bettes aus Kernbrennstoffmaterial, eine Einrich- zurückzuhalten, ein die Neutronen moderierendes tung zum Erhitzen des Bettes, eine Einrichtung 5° Mittel im Kohlenstoff selbst und weisen chemische zum Einführen eines Kohlenwasserstoffgases in Neutralität, Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion, das Bett, eine Einrichtung zur Verdampfung einer gute Wärmeübertragung von dem Brennstoff auf das Flüssigkeit, die ein karbidbildendes Metall enthält gasförmige oder flüssige Kühlmittel und Anpassungsund eine Einrichtung zum Einführen des Dampfes fähigkeit bezüglich des Einbaus in eine metallische in das Bett aufweist. 55 oder nichtmetallische Matrix ohne unerwünschte

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge- Legierungserscheinungen auf.

kennzeichnet, daß ein zylindrisches, von einer Bis heute waren jedoch alle Versuche, pyrolysierten

koaxialen Induktionsspule (41) umgebenes, nahe Kohlenstoff für den erwähnten Zweck zu verwenden,

dem Boden eine Lochplatte (27) aufweisendes wenig zufriedenstellend. Trotz günstigster Herstel-

Reaktionsgefäß (21) vorgesehen ist, das oben mit 60 lungsbedingungen neigt der Kohlenstoff dazu, sich in

einem Behälter (25) für die Brennstoffkerne (10) etwas unregelmäßigen, grob konzentrischen Schichten,

und unten über eine Hauptgasleitung (29) mit einer zwischen denen ein Mangel an Widerstandsfähigkeit

Wirbelgasquelle (28) in Verbindung steht, wobei herrscht, abzulagern. Dieser Aufbau, der unter der

an die Hauptgasleitung (29) über die Leitung (38) Bezeichnung »Zwiebelschale« bekannt ist, hat den

eine Kohlenwasserstoff gasquelle (37) angeschlossen 65 Nachteil, daß sich Risse aus jedem beliebigen be-

und in einer Seitenstromleitung (31a, 35) zwischen schädigten Bereich in Umfangsrichtung ausbreiten,

der Wirbelgasquelle (28) und der Hauptgasleitung wodurch zeitweilig große Teile einer Schicht oder

(29) ein mit einer Kühlschlange (44) versehenes Schale in einem einzigen Stück abgelöst, werden. In