DE1564442A1 - Verfahren zur Herstellung von Brennstoffelementen - Google Patents

Description

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PATENTANWÄLTE ■ , -, _γ

DR.-ING. H FINCKE 7Q₀HtORR

DlPL.-iNG H BOHR .7. δβρ.!96§

DtPL.-iNG. S. STAEGER

Mappe 20 91?

Case Noο Ζ/Μ 18 701

Beschreibung

zum Fatentgesuch der Firma NUaUEAB DEVELOPMENTS HMITED₉ London ₉ S₀W₀Is, England

betreffend "Verfahren zur Herstellung von Brennstoffelementen"

Priorität: 7» September 1965? Großbritannien

Die Erfindung betrifft ein Verfahren aur Herstellung von Brennstoffelementen zur Verwendung in Körnreaktoren.

In der älteren Patentanmeldung N 26 369 <flllc/2i6 iet ein Verfahren zur Herstellung von Brennstoffelementen beschrieben, das darin besteht, einen Üranetab in Magnesiumpulver einzubetten und den Stab und das Magnesium in einer inerten Atmosphäre auf eine Temperatur zu erhitzen» bei welcher das Magnesium den natttrlioh vorhandenen Film von Oxyd auf der Oberfläche des Urans reduziert und als Überzug auf der Oberfläche abgeschieden wird,

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Der Nachteil einer solchen Methode besteht darin, .daß die schließliche Abscheidung von Magnesium von ungleichmäßiger Dicke sein kann. Da für den Zusammenbau zu Brennstoffelementen der Stab in eine Hülse mit sehr wenig freiem Zwischenraum eingepaßt werden muß, kann die Oberfläche des Stabes ein Polieren oder selbst ein leichtes Schleifen in einer inerten Atmosphäre vor dem Einsetzen in die Hülse erfordern,

Ee wurde gefunden, daß ein Magnesiumüberzug von gleichmäßiger Dicke nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erhalten wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Herstellung von Brennstoffelementen die elektrophoretisch^ Abscheidung einer Schicht von Magnesiumpulver auf der Oberfläche eines Uranstabes und das Erhitzen des Stabes und des Magnesiums in einer inerten Atmosphäre auf eine Temperatur, bei welcher das Magnesium den Film von Oxyd auf der Oberfläche des Urans reduziert und als zusammenhängender Überzug auf der Oberfläche abgeschieden wird.

Vor der Elektrophorese wird der Stab, der aus Uran von Reaktorqualität besteht, zur Entfernung von Korrosionsprodukten, Schmutz und Zunder vorbehandelt, und vorzugsweise werden auch die Teilchen von Uranmonokarbid auf der Oberfläche entfernt» Eine bevorzugte Reinigungs- und Entkohlungsbehandlung ist in

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der älteren Patentanmeldung IT 25 811 VIIb/48a angegeben. Der vorbehandelte Stab wird in eine Elektrophoreselösung eingetaucht ₉ welche Magnesiumpulver einer Größe enthält,, daß es durch ein Sieb von 105 Mikron lichter Maschenweite (150 mesh) geht, und wird mittels Durchleiten eines Stromes mit einer Abscheidung von O₉025 bis Op25 mm Dicke bedeckte In diesem sogenannten "Grünzustand" ist die mechanische Festigkeit des Überzuges gering₉ jedoch ausreichend um den Transport des Werkstückes mit intaktem Überzug in ein Reaktionsrohr, vorzugsweise aus Stahl, in welchem der Stab zur Überführung der Schicht von Magnesiumpulver in einen zusammenhängenden Überzug erhitzt wird, zu gestatten. Die Wärmebehandlung wird bei einer Temperatur von 650 - 70O⁰C₉ vorzugsweise 675⁰G, durchgeführt, wobei gewöhnlich eine Stunde ausreicht,, Die Umgebung innerhalb des Rohres kann Hochvakuum sein, in welchem Fall der gebildete wirksame Überzug sehr dünn ist, oder es kann alternativ ein Inertgas, wie Argon, verwendet werden, in welchem Fall der Überzug dicker ist» Gasförmige Verunreinigungen, die direkt mit Uran reagieren, wie Sauerstoff, Wasserdampf und Stickstoff müssen in jedem Fall begrenzt werden und ein kräftiges Gettern ist erwünscht. Das Vorliegen von ürantetrabromid oder einer Spur von Brom erleichtert die Bildung dee zusammenhängenden Überzuges„ Am Ende der Wärmebehandlung ist der Stab mit einem Zweieohichtensystem bedeckt, wobei die äußere Sohicht ein loses gräuli'ohblaues Pulver ist, während die darunterliegende Schioht ein dünner, haftender, zusammen» hängender Überzug von Magnesium gleichförmiger Dicke ist«

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Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung ohne sie zu beschränken« Es werden zwei Beispiele von Arbeitsweisen gemäß der Erfindung beschrieben.

Beispiel 1

Proben eines Uranstabes von Reaktorqualität mit einer Abmessung von 25»4 mm Durchmesser und 9»525 mm Länge wurden in Seiger(Gewo/Vol.) Weinsäure unter Verwendung einer Kathode aus rostfreiem Stahl einer Stromdichte von 30 mA/cm 6 Minuten lang entkohlt. Nach Waschen in Wasser wurden die Proben mit Magnesiumpulver in einem Elektrophoresebad wie folgt überzogen :

Träger Nitromethan, 250 ml

Isopropylalkohol, 250 ml

Aktivator Zein (natürlicher Extrakt aus

Hais) O₉6 g

Zusätze Aluminiumnitrat, 0,02 g

■Magnesiumpulver, 5 g

(150 mesh lichte Öffnung, 105 Mikron)

Anode platiniertes !Titan

Kathode Uranstabprobe

Stromdichte 1 mA/om

Beschichtungsdauer 30 see

Nach 15minütigem Trocknen an Luft wurden die beschichteten Proben jeweils auf drei Borne aus kohlenstoffaraem Stahl gesetzt und in ein Reaktionsrohr aus kohlenstoffarmem Stahl

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eingebracht ο Nach Evakuieren des Rohrs auf 0,005 ram Hg wurden die Proben und ein Getter zum Entgasen auf 200 C erhitzt. Beim maximalen Vakuum wurde das Reaktionsrohr von der Pumpe getrennt und 50 Minuten lang auf 675°ö erhitzt. Am Ende des Versuches waren die Proben mit einem Zwelsohiohtensystem bedeckt« das aus einem äußeren, hellgrauen Pulver? das leicht vollständig durch gelindes Bürsten entfernt werden konnte, und darunter einem gleichmäßig mit Magnesium Überzogenen Uran bestand« Solche überzogenen Proben, wurden in Luft neben frisch entkohlten Proben von Reaktorqualität gelagert. Nach 3 Wochen waren die letzteren" stark angelaufen, während die überzogenen Proben ein unverändertes Aussehen zeigten.

Beispiel 2

Entkohlte Proben von Uran von Reaktorqualität, mit einer Abmessung von 2579 cm Durchmesser und 3»175 mm Tiefe wurden durch Elektrophorese bis zu einer Tiefe von O₉15 mm mit Magnesiumpulver einer Größe, das durch ein Sieb mit 105 Mikron lichter Maeohenweite (150 mesh) ging, beschichtet» Sie Elektrophoreeebedingungen waren wie folgt;

Träger	Ni tromathan, 50 ml Isopropylalkohol 50 ml
Aktivator	Zein, 0,1 g Blagneeiurapulver 1 g
Anode	platziertes Titan
Kathode	Uranprobe

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Anode/Kathode Spalt: ca. 2₉5 cm Stromdichte 3 mA/cm

Beschichtungsdauer 30 see

Auf diese Weise hergestellte Proben wurden auf einer Aufspannvorrichtung aus kohlenstoffarmem Stahl neben Urandrehspänen befestigt und in ein Quarzrohr eingepaßt. Nachdem das System evakuiert und mit Argon auf einen Druck von 30 cm Hg gefüllt war, wurden die Proben eine Stunde auf 675⁰C erhitzt. Jfach Abkühlen wurde festgestellt, daß das Uran mit einem Magnesiumüberzug gleichförmiger Dicke bedeckt war<>

Der mit Magnesium überzogene Stab kann in eine Hülse aus Magnesium oder Magnesiumlegierung eingebracht werden und zwischen Überzug und Hülse kann eine autogene Versohweißung bewirkt werden»

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Claims (1)

1. Ί56Λ442

   Patentansprüche

   1, !verfahren zur Herstellung von Brennstoffelementen, dadurch gekennzeichnet, daß man elektrophoretisch eine Schicht von Magnesiumpulver auf der Oberfläche eines Uranstabes abscheidet, und den Stab und das Magnesium in einer inerten Atmosphäre auf eine !Temperatur erhitzt, bei welcher das Magnesium einen Oxydfilm auf der Oberfläche des Urans reduziert und als zusammenhängender Überzug auf der Oberfläche abgeschieden wird.

   2«, Verfahren nach Anspruch 1₉ dadurch gekennzeichnet, daß der mit Magnesium überzogene Stab bei einer Temperatur von 650 -700⁰C erhitzt wird.

   3ο Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Urantetrabromid in der inerten Atmospäre vorliegt.

   4« Verfahren nach Anspruoh 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet» daß eine Spur Brom in der Inerten Atmosphäre vorliegt.

   5. Verfahren nach.einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Uranstab vor der elektrophoretisch^ Abscheidung von Magnesium auf seiner Oberfläche entkohlt wird.

   PATENTANWÄLTE DR.-IMG H. F!|!',KE, DIPL.-ING. H. IOH*

   009848/0232 «"""«■·