DE1614925A1

DE1614925A1 - Kernreaktor-Brennelement

Info

Publication number: DE1614925A1
Application number: DE1967U0013980
Authority: DE
Inventors: Ford Lionel Houston; D Eye Royston Walter Mastin; Shennan John Vincent
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1966-06-22
Filing date: 1967-06-16
Publication date: 1970-07-09
Also published as: US3463702A; SE342106B; ES350005A1; US3480702A; NL6716048A; CH474122A; DE1614925B2; GB1185637A; BE707516A

Description

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PATENTANWALT l^ ,.-„^_________

DIPL-ING. ERICH SCHUBERT ^{Telefon!luz71}>^324W

Telegr.amm-Adr.: Patschub, Siegen Postscheckkonten: Köln 106931, Essen 20362 Bankkonten: Deutsche Bank AG.,

Abs.: Patentanwalt Dipl.-Ing. SCHUBERT, 59 Siegen, Eiserner Straße 227 Filialen Siegenu. Oberhausen (RhId.)

Postfach 325

67 058 gl/Schm . 15. Juni 1967

United Kingdom Atomic Energy Authority_t 11, Charles II Street, london, S.W.l., England

Pur diese Anmeldung wird die Priorität aus den britischen Patentanmeldungen Nr₀ 28 000/66 vom· 22_β Juni 1966 und Kr. 24 665/67 vom 26« Mai 1967 in Anspruch genommen*

Kernreaktor-Brennelement

Die Erfindung bezieht sich auf Kernreaktor-Brennstoffelemente bzw* Brennelemente und betrifft insbesondere die Herstellung von Kernreaktor-Brennelementen, die sich zur Verwendung bei hohen Temperaturen in Kontakt mit Kühlmittel eignen und die in der lage sind, feste und speziell gasförmige Spaltungs- oder Spaltprodukte zurückzuhalten bzw. zu halten, welche als Folge von Bestrahlung der Brennelemente in einem Kernreaktor erzeugt

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werden, wodurch eine Vergiftung oder Verseuchung des Kühlmittels durch Spaltprodukte vermieden wird.

Eine Form eines Brennelementes, welche obige Konditionen erfüllt, weist eine Dispersion bzw. Verteilung von überzogenen, belegten bzw. bestreuten Partikeln oder Teilchen /coated particles/ spaltbaren Materials in einer festen Matrix oder Festmatrix /solid matrix/ von nichtspaltbarem Material auf. Ein solches Brennelement kann von ganz- oder vollkeramischer Form /all ceramic form/ sein, welches beispielsweise Teilchen aus TTrankarbid enthält, die einen äußeren Belag aus pyrolytisch abgelagertem bzw. aufgelegtem Kohlenstoff oder Silikonkarbid bzw« Siliciumkarbid haben, wobei die Teilchen in eine Festmatrix von Siliciumkarbid verteilt sind, die einen äußeren Belag aus brennstofffreiem Siliciumkarbid besitzen.

Es besteht eine TemperaturspannungBbegrenzung /thermal stress limitation/ hinsichtlich der Temperatur, bei welcher ein solches Brennelement gehandhabt bzw. verwendet werden kann. Obwohl die Hauptwärmeleitfähigkeit /bulk thermal conductivity/ eines solchen Brennelements relativ hoch ist, ist die Temperatur, die im Zentrum dieser Art von Brennelement entsteht, immer höher als die Temperatur an der Oberfläche. Folglich dehnt sich bei Instieg auf Betriebstemperatur der zentrale Bereich

des Brennelementes tim ein größeres Maß bzwv Ausmaß als der Oberflächenbereioh aus, und thermische Spsanuagea werden im Oberflächenbereieh aufgebaut, welche, wenn sie zu. groß werden, zum Bersten oder Reißen der äußeren Schielt des ■brennstofffreien Materials führen können.

Eine weitere Brennelementform umfaßt ein geschlossenes Behältnis aus keramischem Material, das eine lose Masse bzw. ein lockeres Gefüge /loose mass/ bestreuter Teilchen aus Kernbrennstoff enthält.

Die Hauptvorteile dieser Art von Brennelement sind: höhere Brennstoff-Dichten und keine Oberflächen-Temperaturspannungsbegrenzungen· Die höheren Brennstoff-Dichten ergeben sich aus dem größeren Packungsanteil bzw. der dichteren Packung /greater packing fraction/ von mit einem Belag versehener Teilchen im Vergleich zu der Brennelementart, die eine Festmatrix nicht-spaltbaren Materials zwischen den mit Belag versehenen Teilchen aufweist, (60 Volumenprozent gegenüber 38 Volumenprozent), sowie aus dem Umstand, daß dünnere Beläge auf den Teilchen möglich sind, da die Beläge gegenüber mechamischer Beschädigung während der Herstellung des Brennelements nicht widerstandsfähig bzw. bruchsicher zu sein brauchen. Die Temperaturspannungsbegrenzung trifft nicht mehr zu, da der Brennstoffkern und das äußere Keramikbehältnis nicht homogen

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sind und thermischer Expansion des Brennstoffkerns relativ zum Behältnis durch Deformation "bzw. Deformierung /deformation/ im Brennstoffkern selbst Rechnung getragen werden kann. ■

Ein Nachteil dieser Art von Brennelement liegt in dem Umstand,daß im Fall eines Bruchs des äußeren Behältnisses lose Brennstoffteilchen in die Reaktorkühlmittelströmung entweichen können und nach unzugänglichen bzw. unerreichbaren Stellen im Reaktor gelangen können. Außerdem hat die niedrige Gesamtwärmeleitfähigkeit einer locker gehäuften bzw. gefügten /loosely aggregated/ Masse von Brennstoffteilchen zur Folge, daß die Brennstoffteilchen im Zentrum der Masse bei so hohen Temperaturen arbeiten /to operate/, die nicht zulässig oder vertretbar sind oder sein können.

Erfindungsgemäß weist ein Kernreaktor-Brennelement .Teilchen von keramischem spaltbarem Material auf, wobei jedes Teilchen einen Überzug oder Belag von nicht-spaltbarem keramischem Material hat, wobei die Teilchen in einem äußeren keramischen Behältnis enthalten sind und die Teilchen in einem Bereich um jede ihrer Berührungsstellen im Behältnis herum · mittels einer individuellen Brücke bzw. eines individuellen Steges /bridge/ aus Bindematerial bzw. aus einem Bindungsmittel /bonding material/ hoher thermischer Leitfähigkeit miteinander

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verbunden sind, wobei der Zwischenraum zwischen den Seuchen frei von Bindematerial ist.

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Brennelements" gemäß der Erfindung werden Teilchen von keramischem spaltbarem Material, die mit einer Schicht von nicht-spaltbarem keramischem Material ·*- als eine das Spaltungsprodukt zurückhaltende Hülle — vorüberzogen /pre-coated/ sind, mit einer deformierbaren Schicht aus Metallpulver überzogen, und die Teilchen werden dann in ein keramisches Behälterrohr geschüttet oder eingebracht und leicht zusammengedrückt oder gepreßt, gefolgt von einer Erwärmung der Teilchen in situ bzw. an Ort und Stelle, um den Belag aus pulverisiertem Metall /powdered metal coating/ zu schmelzen, so daß das Metall durch Kapillarwirkung nach den Berührungsstellen der Teilchen fließt, um so eine Brücke aus Bindematerial zwischen den Teilchen an ihren Berührungsstellen zu bilden.

Es ist ein Ziel des Verfahrens, die Teilchen mittels einer Brücke aus Bindematerial nur an ihren Berührungsstellen aneinanderzubinden bzw. miteinander zu verbinden und die Zwischenräume zwischen den Teilehen nicht völlig auszufüllen. Dieses Ziel wird erreicht durch Vorsehen einer geeigneten bzw. passenden Stärke eines Metallpulverüberzugs auf den Teilchen.

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Bei einem spezifischen Beispiel* dieses Verfahrens

werden Urankarbidteilchen, die mit pyrolytisch abgelagertem

vor
Kohlenstoff /überzogen sind und einen Gesamtdurchmesser von 650 Mikron haben, mit einer Schicht aus Siliciummetallpulver bedeckt. Siliciummetallpulver der Größenordnung unter 240er Normsieb (British Standard) wird mit einer 50#igen Lösung eines Epoxy-Kunstharzes in Methyläthylketon /methyl ethyl ketone/ plus beigegebenem Härter /hardener/, wie beispielsweise Araldite AY18 und Härter HZ 18 (Hersteller GIBA (AEL) Ltd.) zu einem Brei /slurry/ vermischt.

Ein Brei wird hergestellt aus 4,13 Kubikzentimeter Kunstharzlösung und 6,45 Gramm Siliciumpulver, wobei dieses Gewicht bzw. diese Menge von Siliciumpulver zum Belegen von 15 Kubikzentimeter der Teilchen (tatsächliches bzw. wirkliches Volumen) ausreicht, welches Volumen von Teilchen sich orthorhombisch bzw. ein-und-ein-achsig /orthornombically/ zu einem Bett- oder Gefügevolumen /bed volume/ von 25 Kubikzentimeter richtet /to pack/.

Die Teilchen werden mit dem Brei vermengt /to tumble with/, während dem gelösten /solvent/ Methyläthylketon ermöglicht wird, zu verdampfen, und dies hat zur Folge, daß die Teilchen einheitlich mit einer Schicht von Siliciummetallpulver überzogen werden.

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Die mit Siliciummetallpulver überzogenen Teilchen werden dann in ein Siliciumkarbidrohr eingebracht, dessen unteres Ende mittels einer integralen bzw. einstückigen Siliciumkarbid-Endkappe verschlossen ist. Die Teilchen werden manuell bzw. mittels Handpresse im Rohr gepreßt /are hand pressed/, um die Siliciummetallpulver-Überzüge zu deformieren, so daß die Teilchen Punkt-an-Punkt-Kontakt /point to point contact/ an ihren pyrolytischen Kohlenstoffmänteln aufweisen, wobei das Siliciummetallpulver von zwischen den Teilchen an ihren Kontaktstellen durch den Preßvorgang herausgezwängt oder -gepreßt wird* Das die Teilchen enthaltende Silieiumkarbid-Rohr wird dann bei 35O⁰C in Luft erwärmt, um das Kunstharz und das Methyläthylketon aus den Siliciummetallpulver-Überzügen zu vertreiben oder zu entfernen. Das Rohr, welches die Teilchen enthält, wird dann fünf bis dreißig Minuten lang auf eine Temperatur von 1 75O⁰C erhitzt, um das Siliciummetallpulver zu schmelzen, so daß sich das geschmolzene Silicium durch Kapillarwirkung in Bewegung setzt, um eine Brücke aus Bindematerial zwischen den Teilchen an ihren Berührungsstellen zu bilden. Ferner wird während dieser ürwärmungsstufe bzw. während des -ßrhitzungsvorgangs eine gewisse Menge Siliciumkarbid an den Berührungs st eilen der Teilchen aurch Reaktion zv.dschen dem pyrolytischen Kohlenstoffbelag der Teilchen und dem Siliciummetall gebildet. Auf diese Weise enthält in diesem Fall die Brücke aus Bindematerial, die zwischen den Teilchen gebildet wird, eine Mischung aus Siliciumkarbid und Siliciummetall. Andere Metalle, wie beispielsweise Zirkonium, liiob oder

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Molybdän können als Bindemetall /bonding metal/ verwendet werden. Allgemein kann die Bindung durch das iyietall allein vorgesehen werden, wie in* dem Fall, in welchem das Metall nicht mit dem Belag des Spaltungsprodukt zurückhaltenden Keramikmaterials auf den Teilchen reagiert, oder,wie in dem Fall des voraufgeführten spezifischen Beispiels, kann ein Metall gewählt werden, welches mit dem Spaltungsprodukt zurückhaltenden Keramikmaterial auf den Teilchen reagiert, so daß auf diese Weise eine Doppel- oder Duplex-Keramik/Metall-Bindung /duplex ceramic/metal bond/ entsteht.

Als eine weitere Stufe im Verfahren kann die ganz aus Metall bestehende Bindung oder irgendein in der Bindung verbleibendes bzw. vorhandenes Metall durch Erhitzen in einer Atmosphäre eines geeigneten Gases in einen Keramikstoff /ceramic/ des Metalls umgewandelt werden. Beispielsweise kann in dem Fall, in welchem die Teilchen durch SiLiciumraetall .miteinander verbunden sind, das gefüllte Rohr in Stickstoff erwärmt werden, und zwar initial bei 1 25O⁰C, wobei die Temperatur dann in Stufen von 50⁰C bis auf 1 400⁰C erhöht wird, so daß das Siliciummetall in Siliciumnitrit (Si,lO verwandelt wird.

Nach Bindung der Teilchen im Siliciumkarbid-Hohr wird das Rohr durch Bildung einer integralen Siliciumkarbid-Sndkappe verschlossen. Der Endverschluß kann auf folgende Weise vorgenommen bzw. hergestellt werden:

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Eine Mischung wird aus folgenden Bestandteilen präpariert bzw. zusammengestellt:'

(a) 100 Gramm Alpha-Siliciumkarbid-Pulver 600er Normsieb (British Standard),

(b) 25 Gramm kolloidaler Graphit (beispielsweise Material D.AG 521, Lieferant Acheson Colloids Ltd.)ι

(c) 33 Gramm des keramischen Bindematerials /ceramic binder material/ "Cranco" (Eingetragenes Warenzeichen von Imperial Chemical Industries Ltd.), welches 32 Gewichtsprozent Polybuthylmethakrylat /polybutylmethacrylat/, 32 Gewichtsprozent Xylol /xylene/, 6 Gewichtsprozent Dihutylphthalat /dibutyl pthalate/, Rest bzw. Differenz- Aceton, enthält,

(d) 20 Kubikzentimeter Methyläthylketon-Verdünnung /methyl ethyl ketone diluent/.

Die obigen Bestandteile werden zu Brei gemengt /are slurried/ und vakuumgetrocknet, bis das gesamte Solvent bzw. Lösungsmittel entfernt worden ist. Das Solvent, welches entfernt wird, sind die ursprüngliche Methyläthylketon-Verdünnung des Breis und die Xylol- und Aceton-Bestandteile des "Cranco". Die Lösungsmittelentfernung ist erreicht, wenn ein endgültiges Gewicht von 137,5 Gramm bei der Mischung erzielt worden ist.

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Das getrocknete Gemisch wird dann durch ein 100er Normsieb (British Standard) versiebt, um Körnchen /granules/ zu bilden, und die Körnchen werden dann zu einem zylindrischen Endstopfen mittels Formstück- bzw. Werkzeug-Pressung /die pressing/ bei 20 Tonnen pro Quadratzoll verdichtet bzw. zusammengedrückt. Ein Endstopfen, der im Durchmesser etwas größer als der Bohrungsdurchmesser des Siliciumkarbid-Rohrs ist, wird hergestellt, so daß der Endstopfen eine enge Zwangspassung /tight force fit/ im Ende des Siliciumkarbid-Rohres aufweist. Nach Verstopfen des Endes des Siliciumkarbid-Rohres mit dem rohen Endstopfen /green end plug/ wird das Rohr mit dem verstopften Ende nach unten in einen Hochfrequenz-Induktionsofen gehängt, in welchem sich ein Tiegel befindet, der Siliciummetall enthält. Der Ofen wird evakuiert, und das Rohr wird auf 1 600 bis 1 700⁰C erhitzt und vier Stunden so gelassen, damit es entgast wird. Das Rohr wird dann gesenkt, so daß das mit einem Stopfen versehene Ende mit dem geschmolzenen Silicium im Tiegel in Berührung gebracht wird und das Siliciummetall den rohen Endstopfen durch Kapillarwirkung durchsetzt. Das Siliciummetall reagiert mit dem Kohlenstoff im rohen Endstopfen und verwandelt den Kohlenstoff in Beta-Siliciumkarbid /beta silicon carbide/, welches die ursprünglichen Siliciumkarbid-Körnchen des Endstopfens zusammenbindet bzw. miteinander verbindet und auch den Endstopfen im Ende des Rohres bindet bzw. festwerden läßt. Das obige Verfahren zum Endverschließen /end capping/ kann auch zum Verschließen des ersten Endes des Siliciumkarbid-Rohrs verwendet werden, bevor das Rohr mit belegten Teilchen gefüllt wird.

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Brennelemente, die eine Dispersion belegter Teilchen aus spaltbarem Material in einer festen Matrix aus nichtspaltbarem Material aufweisen, haben, obwohl sie gute Wärmeleitfähigkeit besitzen (beispielsweise hat eine Dispersion von 38 Volumenprozent von mit pyrolytischem Kohlenstoff belegten Urankarbid-Teilchen mit einem Durchmesser von 620 Mikron in einer festen Matrix aus Siliciumkarbid eine Wärmeleitfähigkeit von 0,2 Kalorien/°G/cm/sec) eine Wärmespannungsbegrenzung hinsichtlich der Temperatur, bei welcher sie in Tätigkeit gesetzt bzw. verwendet werden können. Ein lockeres Gefüge solcher belegten Teilchen in einem Behälterrohr hat keine Wärmespannungsbegrenzung, welche seine Betriebstemperatur beeinflußt oder berührt, aber die Temperatur, bei welcher das Brennelement verwendet werden kann, ist begrenzt, und zwar wegen der schlechten Wärmeleitfähigkeit des lockeren refugee der belegten Teilchen. Zum Beispiel hat ein 60 volumenprozentiges lockeres Gefüge aus mit pyrolytischem Kohlenstoff belegten Siliciumkarbid-Teilchen mit einem Durchmesser von 620 Mikron eine Wärmeleitfähigkeit von 0,002 Kalorien/°C/cm/sec im Vakuum, und die Wärmeleitfähigkeit steigt nur auf 0,008 Kalorien/°C/cin/sec in Helium.

Eine erfindun^sgemäßes Brennelement ist frei bzw. befreit vcn V.'ärmespannungsbegrenzungen und hat auch eine viel bessere Wärmeleitfähigkeit als in einem lockeren Gefüge von Teilchen erreicht werden kaim. Die verbesserte Wärmeleitfähigkeit

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wird dadurch erreicht, daß die Teilchen, an ihren Berührungspunkten mittels einer Brücke bzw. mittels eines Steges

aus Bindematerial von hoher Leitfähigkeit miteinander verbunden werden. Beispielsweise wird bei einem Brennelement, welches nach dem voraufgeführten Verfahren hergestellt wird, und mit pyrolytischem Kohlenstoff belegte Urankarbid-Teilchen mit einem Durchmesser von 650 Mikron aufweist, die im Bereich ihrer Berührungsstellen mittels einer Siliciummetall/Siliciumkarbid-Bindung miteinander verbunden sind, eine Wärmeleitfähigkeit von 0,017-0,022 Kalorien/°C/cm/sec erreicht. Das Miteinander-Verbinden von belegten Teilchen mittels eines Stoffes, wie beispielsweise Kohlenstoff, ist dadurch möglich, daß zum Beispiel die Teilchen mit einem karbonisierbaren /carbonisable/ Kunstharz belegt werden und daß dann ein Gefüge /aggregate/ der belegten Teilchen erwärmt wird, um das Kunstharz zu karbonisieren. Obwohl ein Brennelement, welches ein

Gefüge aus solchen belegten Teilchen in einem Behältnis enthielte, frei von Wärmespannungsbegrenzungen wäre, so würde die Wärmeleitfähigkeit des Gefüges von belegten Teilchen doch gering sein. Aus diesem Grunde werden die Teilchen nur in Punkt-an-Punkt-Kontakt miteinander verbunden, und daher weist der bindende Kohlenstoff eine geringe Dichte und folglich eine niedrige Wärmeleitfähigkeit auf. Typischerweise wird eine Wärmeleitfähigkeit von nur 0,008 Kalorien/°C/cm/sec bei einem solchen Brennelement erzielt.

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Bei einem weiteren Verfahren zur Herstellung eines nuklearen "bzw. Kernbrennelements gemäß der Erfindung werden Teilchen von keramischem spaltbarem Material, die einen Belag aus nicht-spaltbarem keramischem Material aufweisen, mit einem dünnen festen Überzug des Metalls versehen, welches eine Bindung vorsehen soll, die Teilchen werden dann in den Behälter geschüttet oder eingebracht und die Teilchen in situ bzw* an Ort und Stelle erwärmt, um den Überzug aus Metall zu schmelzen, s©_daß das Metall durch Kapillarwirkung fließt bzw. bewegt wird, um an den Berührungspunkten bzw. -stellen der Teilchen eine Brücke aus bindendem Metall zu bilden»

Es ist ein Ziel des Verfahrens, die Teilchen nur an ihren Berührungsstellen durch Brücken- oder Stegbildung /bridging/ miteinander zu verbinden und die Zwischenräume zwischen den Teilchen nicht ganz auszufüllen. Dieses Ziel wird erreicht durch die Wahl bzw. das Vorsehen einer passenden Stärke des Metallüberzugs auf den Teilchen.

Der Metallüberzug wird vorzugsweise in der Dampfphase bewirkt, und zwar durch thermische Dekompositbn bzw. Auflösung /thermal decomposition/ des Halogens bzw. Halogenide /halide/ geeigneter Metalle.

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Brennelements gemäß der Erfindung können Urankärbid-Teilchen, die einem äußeren

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Belag aus pyrolytisch abgelagertem Kohlenstoff aufweisen, mit Siliciummetall in Wirbelbettung /fluidised bed/ überzogen werden, wie in der britischen Patentschrift 1 031 154 beschrieben. Eine Füllung von Teilchen mit einem Gesamtdurchmesser von 650 Mikron wird in der Bettung gewirbelt bzw. durcheinandergewirbelt, welche auf eine Temperatur im Bereich von 800 bis 1 300⁰C, beispielsweise 1 100° C, erhitzt wird. Die Fluidisation bzw. Wirbelung /fluidisation/ erfolgt durch Wasserstoff, und für ein Bett bzw. eine Bettung von 38,1 mm / 1 1/2 Zoll/ Durchmesser beträgt die Fluidisations-Strömungsrate 33,75 liter pro Minute. Ein Nebenstrom aus der Haupt-Wasserstoffgasströmung (beispielsweise 1,75 Liter pro Hinute) wird durch einen Behälter, der Siliciumtetrachlorid enthält, hindurchgeblasen, wobei die Hebenströmung dann so geleitet wird, daß sie wieder mit der fluidisierenden bzw. wirbelnden Haupt-Gasströmung zusammentrifft bzw. sich verbindet. Eine Verdampfungsrate von beispielsweise 100 Gramm Siliciumtetrachlorid pro Stunde wird erreicht. Siliciummetall wird auf den belegten Teilchen im Wirbelbett mittels thermischer Decomposition des Siliciumtetrachlorids abgelagert, wobei typischerweise eine Siliciumablagerungswirkung /silicon deposition efficiency/ von 53 $> erreicht wird. Die Ablagerung wird fortgeführt, bis eine gewünschte Belegungsdichte erreicht ist. Im Fall von Teilchen mit einem Durchmesser von 650 Mikron ist ein Belag mit einer Stärke von 10 Mikron ausreichend.

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Die Teilchen werden dann in ein Siliciumkarbid-Rohr eingebracht, dessen eines Ende mittels einer integral bzw. einstückig gebildeten Siliciumkarbid-Endkappe verschlossen ist. Das die Teilchen enthaltende Rohr wird dann erhitzt, beispielsweise 30 Minuten lag bei.1 75O⁰C. Während dieser Erhitzungsperiode schmilzt der Siliciumüberzug auf den Teilchen und setzt sich durch Kapillarwirkung in Bewegung, um eine Brücke aus Siliciummetall zu bilden, welche die Teilchen an ihren Berührungsstellen miteinander verbindet.

Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung von Siliciummetall als Bindematerial begrenzt, noch ist die Erfindung nur auf das Binden von mit Kohlenstoff belegten Urankarbid-Teilchen anwendbar. Andere Bindemetalle, wie beispielsweise Molybdän, Zirkonium, Niob usw., können verwendet werden, und die Erfindung ist auch auf das Binden von Teilchen anderer spaltbarer Stoffe, wie beispielsweise Urandioxyd oder Urannitrit mit Überzügen von beispielsweise, Siliciumkarbid-Beryllerde /silicon carbide beryllia/, Aluminiumoxyd usw., anwendbar.

Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Patentanspruch 1 umrissenen Ausführungsform und bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Erfindungsmerkmale, die im einzelnen — oder in Kombination — in der gesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart sind.

Patentans prüohe BAD ORfGJNAL

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Claims

1. Kernreaktor-Brennelement, dadurch gekennzeichnet, daß j

es Teilchen aus keasamisohem spaltbarem Material enthält, wobei . |_;

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Riedes einen Belag mnnieht-öpaltbarem keramischem Materiel auf- ·'

weist, daß sich die Teilchen in einem äußeren keramischen-Beh&Ltnit , befinden und daß die Teilchen in.einem Bereich um jede ihrer' Berührungsstellen fm Behältnis herum mittels einer individuellen Brücke aus Bindematerial- von hoher Wärmeleitfähigkeit miteinander ■ verbunden sind, wobei die Zwischenräume zwischen den Teilchen frei von Bindematerial sind.

2. Kernreaktor-Brennelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn- · , zeichnet» daß die Teilchen in einem Bereich um jede ihrer Berührungsstellen im'Behältnis herum durch eine individuelle Brücke aus Metall miteinander verbunden sind.

3. Kernreaktor-Brennelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die l'eilchen im Bereich um jede ihrer Kontaktstellen herum durch eine individuelle Brücke aus ivletall miteinander verbunden sind, weiche gegenüber dem Belag aus nicht-spaltbarem Keramischem

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Material auf den Teilchen reaktiv bzw» /reaktionsfähig ist, wodurch eine Bindung aus keramischem Material zwischen "den Teilchen an inren Berührungsstellen durch Reaktion des Metalls mit dem besagten Belag, zusätzlich zu der Bindung, die mittels der Metallbrücke im Bereich um jede der Berührungsstellen der Teilchen herum vorgesehen ist, gebildet wird. '

4-. Kernreaktor-Brennelement nach Anspruch 1, ,dadurch gekann-

zeichnet, daß die Teilchen, aus ürankarbid bestehen, wobei jedes einen?

Belag aus pyrolytisch abgelagertem Kohlenstoff aufweist und wobei s

die Teilchen im Bereich um jede ihrer Berührungsstellen·herum , _; mittels einer individuellen Brücke aus Siliciumm&tall miteinander verbunden sind. , I

5r Kernreaktor-Brennelement nach Anspruch 1_f dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen aus Ifrankarbid be stehen ψ wobei jedes ' einen Belag aus pirrolytisoh abgelagertem Kohlenstoff aufweist ί und die Teilchen im Bereich um jede iljtrer Berührungs stelle η herum

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mittels einer individuellen Brücke aus Silioiummetall und an ihren Berührungsstellen mittels Silidumkarbiä miteinaöder verbunden öind_e welches durch Reaktion zwischen dem Siliciumötetall und dem Überzug aus pyrolytisch abgelagertem.Kohlenstoff auf den Teilchen gebildet wird, . ' !". - ■."■·..

6* Verfahren .zur Herstellung eines Brenneliments nach Anspruch 2 oder 3_r dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen mit'-einer def or- j mierbaren Schicht aus Metallpulver überzogen werden, daß das ■ ktramisdoe

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BADORföfNÄl. *"

Behältnis mit den mit Metallpulver überzogenen Teilchen gefüllt wird _t daß die metallüberzogenen !Deilohen im Behältnis nach unten gedrückt werden/ um die Schicht von Metallpulver auf den Teilchen . zu deformieren, so daß die Teilchen Punkt-an-Punkt-Kontakt an ihren überzügen aus nicht-spaltbarem keramischem Material aufwei-sen, daß das äußere keramische Behältnis und die darin enthaltenen Teilchen dann erwärmt werden, um das Metallpulver zu schmelzen, so daß sich das geschmolzene Metall durch Kapillarwirkung in Bewegung setzt, um individuelle Brücken des Metalls zu bilden, welche die i'eilchen in dem Bereich um jede der Berührungsstellen der i'eilchen im Behältnis herum miteinander verbinden,

7. Verfahren zum Herstellen eines Brennelements nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß i'eilchen aus tÄUkarcii, die je .veil ^ einen Belag aus pyrolytisch abgelagertem Kohlenstoff aufweisen, mit einer deforraierbaren Schicht aus Siliciummetalloulvar überzogen werden, indem die-.Teilchen in einem Brei aus Siliciummetalloulver, einem Lösungsmittel und einem Bindematerial gerollt /to roll/ werden, daß das keramische Behältnis mit den mit S'iliciummetalloulvsr belegten 'I'eilchen gefüllt wird, daß die Teilchen im Behältnis heruntergedrückt werden, um die Schicht des Siliciummetallpulvers zu deformi%ren, so daß- die Teilchen Punkt-an-Punkt-Eontakt an ihren Kohlenstoff-Überzügen aufweisen, daß das äußere keramische Behältnis und · die darin enthaltenen Teilchen dann erwärmt werden, um das Siliciummetallpulver zu schmelzen, so daß das geschmolzene Silicium sich durch Kapillarwirkung in Bewegung setzt, um individuelle Brücken aus

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SilicluBSiaetall m bilden, weiche die Teilchen im Bereich um jede . der Kontaktstellen der ieilohen im Behälter herua miteinander verbinden^ m daß durch Reaktion des Silieiummetalle mit dem Kohlenstoff-Überzug der Seilchen Siliciumcarbid gebildet wird, welches die Teilchen $n jeder Ihrer Berührung»stellen im Behältnis miteinander

8» ?erfahren 2ur Behandlung eines Brennelements nach Anspruch 2 oder |_t ^s dadurch gekennzeichnet, daß das Brennelement in einer Atmaejphäjie *ines Gases erhitzt wird, .welches mit den Brücken aus Metall ssWisohen den iCeilchen im Brennelement reagiert, um das "besagte Metall in einen keramischen Stoff umzuwandeln. '

9* Behandlung eines Brennelements nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Siliöiummetall in den Brücken zwischen den Seilchen in Siliciumnitrit umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennelement in -■«iner Atmosphäre aus Stickstoff erwärmt wird*

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