DE1646406B1 - Sol-gelverfahren zur herstellung dichter mischoxide als kernbrennstoff - Google Patents

Description

niedrigeren Kalzinierungstemperatur. Beide Verfahren haben jedoch gemeinsam den Nachteil, daß sie unwirtschaftlich sind und einen verhältnismäßig großen Zeitaufwand erfordern. Das teure, spaltbare Material wird frühzeitig gebunden, d. h. bereits im Sol-Zustand, und weil während der Sol-Zubereitung und während der Trocknung des Sols sowohl Uranylnitrat als auch ein Moderator (Wasser) zugegen sind, so ist eine sehr genaue Überwachung aller kritischen Einzelheiten unbedingt erforderlich. Größe und Ausbildung der Vorrichtung wie auch der erreichbare Anfall sind begrenzt. Die Klassifizierung der Teilchen für das Verdichten ist erforderlich, wobei ein Teil der erhaltenen Teilchen ausscheiden muß und zwecks Beseitigung und/oder Wiedergewinnung des teuren Materials einen erheblichen Aufwand verursacht.

Nach der deutschen Auslegeschrift 1168 400 ist ein Verfahren bekannt zur Herstellung millimetergroßer und dichter Thoriumoxid oder Thorium-Uranoxidteilchen durch Eindunsten der entsprechenden Oxidsole zur Bildung von Gelen mit anschließendem Kalzinieren, wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß man entsprechendes Oxidgel durch Trocknen des nitrathaltigen Oxidsoles bei 50 bis 100° C bildet, das Gel langsam auf mindestens 450° C unter geregelter Temperatursteigerung erhitzt und danach bei mindestens 1150° C rasch kalziniert. Hierdurch sollen große, dichte Thoriumoxidteilchen erhalten werden, die sich in Verbindung mit kleinen Teilchen für die Vibrationsverdichtung eignen und in einfacherer und wirtschaftlicherer Weise Thoriumoxid für Kernzwecke auch in großem Maßstab herzustellen erlauben. Dieses Verfahren ist bei Verwendung von uranhaltigem Thoriumoxid-Gel auch auf die Herstellung von Thorium-Uranoxid mit einem Urangehalt von bis 8 Gewichtsprozenten anwendbar.

Das Sol-Gelverfahren nach der Erfindung zur Herstellung dichter Mischoxide als Kernbrennstoff ist demgegenüber dadurch gekennzeichnet, daß ein Gel eines Thorium- oder Uranoxides unter Imprägnieren des Gels mit einer Uran- oder Plutoniumlösung in Berührung gebracht wird, d. h. ein Gel eines Brutstoffes mit einem spaltbaren Material in flüssiger Phase in Kontakt gebracht wird.

Die Erfindung betrifft ferner auch die Herstellung zunächst eines Kolloides von Thorium- oder Uranoxid und das Trocknen des Kolloides zwecks Bildung des Gels. Die Trocknung kann dabei nach der einen oder anderen oben beschriebenen Weise erfolgen, um entweder Splitterchen oder noch besser kugelförmige Teilchen zu erhalten. Zweckmäßig bereitet man zunächst ein Kolloid von Thorium- oder Uranoxid zu, um dann dieses zu trocknen und durch Kalzination zu verdichten, damit es sich zur Herstellung eines Kernbrennstoffelementes eignet.

Bei der Berührung der Gelteilchen mit der Uranoder Plutoniumlösung bestimmten drei Variable die Aufnahme oder Konzentration.

Diese drei Variablen sind Partikelgröße, Konzentration der Berührungslösung der Konzentration der Uran- oder Plutoniumlösung, wie auch anderer, zu Steuerung von Faktoren, wie z. B. pH-Wert beigegebener Komponenten, und Länge der Kontaktzeit. Alle drei Faktoren müssen notwendigerweise sorgfältig gesteuert werden, wenn die Ergebnisse des Verfahrens reproduzierbar sein sollen. Wie vorstehend ausgeführt, sind Kügelchen den Partikeln (Splittern) mit willkürlicher Größen- und Formorientierung vorzuziehen, da bei Kügelchen eine gleichförmige Imprägnierung zu erwarten ist. Außerdem kann durch Größenorientierung der Gelkügelchen vor Berührung mit der Berührungslösung ein genau definiertes Spektrum von Teilchengrößen zwecks Imprägnierung ausgewählt werden. Somit kann die Teilchengröße gesteuert werden. Die zweite Variable, die Zusammensetzung von Uran und Plutonium in der Lösung, ist bestimmbar und kann durch bekannte Verfahren überwacht und gesteuert werden.

Versuche mit dem Verfahren nach der Erfindung lassen erkennen, daß die Aufnahmegeschwindigkeit an Uran und Plutonium im Gel-Teilchen recht groß ist, so daß eine genaue Überwachung der Gesamtaufnahme- oder Kontaktzeit erforderlich ist. Um diesen Zeitraum genau zu steuern und ein genormtes Verfahren und Produkt zu liefern, ist ein genaues Zusammentreffen der Gel-Teilchen mit der Berührungslösung, ein präzises Lösen oder Trennen des Gels von der Lösung und ein vorbestimmter Aufnahmeweg während des Kontaktzeitraumes Voraussetzung.

Bisher waren die Versuche darauf abgestellt, die Gel-Teilchen mit der Lösung in labormäßigen Vorrichtungen in Berührung zu bringen, d. h., man brachte die Gel-Teilchen in einen mit der Lösung gefüllten Becher, rührte die Lösung gut um, oder man perkolierte die Lösung über eine Packlage aus Gel-Teilchen. Bei diesem Vorgehen liegt die Hauptschwierigkeit darin, eine präzise Trennung der Gel-Teilchen von der Lösung zu erreichen. Da die Lösung normalerweise eine wäßrige, z. B. Uranylnitrat, ist, tendieren die Gel-Teilchen auch dazu, der verdünnten Lösung Wasser zu entziehen und in Kolloidform zurückzukehren, in der sie zum Aneinanderhaften neigen. Weiter besteht bei dieser Rückbildung in Kolloidform die Neigung zur Bildung von Adhäsionen von Thorium- oder Uranoxid in der Lösung, wodurch es erforderlich wird, die Lösung entweder zu ersetzen oder zu klären. Auch bei Versuchen mit einer Berührung des Gels in gepackten Lagen tritt das Problem der Partikeladhäsion auf, außerdem ist die Uranium-Plutonium-Lösung beim Durchtritt durch die gepackte Lage beträchtlichen Änderungen ihrer Zusammensetzung—sowohl im Gehalt an Uranium bzw. Plutonium, wie auch in der Azidität — unterworfen, so daß die oberen Schichten der Gel-Teilchen anderen Mengen an Uran oder Plutonium ausgesetzt sind als die unteren Schichten, wodurch sich im Enderzeugnis Unregelmäßigkeiten in der Konzentration an Uran oder Plutonium ergibt. Diese unerwünschten Erscheinungen werden durch das Verfahren nach der Erfindung vermieden.

Vorzugsweise beginnt man zur Herstellung eines Kernbrennstoffes mit der Herstellung kugelförmiger Teilchen der Oxide durch Trocknen eines Kolloides von Thorium- oder Uranoxid, bringt ein bestimmtes Spektrum von Teilchen ein und passiert durch die Berührungslösung, um die Teilchen zu imprägnieren, dann führt man das imprägnierte Material aus der Lösung direkt in eine Trennlösung, um die Gel-Teilchen abrupt und überwachbar von der Lösung zu scheiden, verdichtet dann die Teilchen durch Kalzinieren, um ein dichtes Oxidmaterial, das für die Herstellung von Kernbrennstoffelementen geeignet ist, zu erhalten.

Die Gel-Teilchen läßt man zweckmäßig ohne Ver-

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mengen der Teilchen durch die Berührungslösung der Größen richtet sich nach den jeweiligen Forde-

und Trennlösung absinken, vorzugsweise nach unten rungen nach dichter Packung, wie sie für bekannte

durch eine Mehrstufen-Flüssigkeitssäule abfallend, Verfahren zur Herstellung dichter Brennstoffele-

wobei der obere Teil der Säule die Berührungs- und mente verlangt werden.

deren unterer Teil die Trennlösung enthält, wobei 5 Das zur Herstellung der Thoriumoxid-Gelteilchen die beiden Flüssigkeiten nicht miteinander vermisch- erforderliche Material ist im Vergleich zu Uranium bar sind. Die Trennflüssigkeit kann ein dehydrieren- oder Plutonium verhältnismäßig preiswert, so daß des Lösungsmittel sein, um den imprägnierten Teil- nicht verwendetes Oxidmaterial eine eventuelle Aufchen das Wasser zu entziehen, das sie etwa während arbeitung nicht besonders aufwendig macht im Rahihrer Imprägnierung in einer wäßrigen Berührungs- io men der gesamten Brennstoff-Herstellungskosten, lösung aufgenommen haben. Man kann auch zwi- Außerdem ist die Rückgewinnung und Wiederaufarschen Berührungslösung und das Dehydrierungsmit- beitung des Oxidmaterials im Vergleich zur Rückgetel eine mit keiner der beiden Lösungen vermisch- winnung und Wiederverarbeitung der Uranium- oder bare Flüssigkeit einschalten, um den Entzug von Plutoniumlösung eine einfache und preiswerte Ange-Wasser aus der Uran- oder Plutoniumlösung durch 15 legenheit.

das dehydrierende Lösungsmittel auf ein Mindest- Bis zu diesem Punkt des Verfahrens nach der Ermaß zu beschränken. Man kann aber auch die Be- findung ist noch kein Zulauf von Uranium- oder rührungsfläche zwischen der Uran- oder Plutonium- Plutoniumlösung erfolgt. Infolgedessen kann das lösung und dem dehydrierenden Lösungsmittel da- Verfahren über das Gel-Stadium bis zum durch möglichst klein halten, daß man den Quer- 20 Größenordnungs-Stadium einschließlich durchgeschnitt der Flüssigkeitssäule am Übergang von der führt werden, ohne daß Probleme bezüglich der Kri-Berührungslösung zum Lösungsmittel verengt. tizität des in Herstellung befindlichen Materials auf-Das Verfahren ist anwendbar auf die Herstellung treten, wodurch die Langwierigkeit des Verfahrens von verschiedenen keramischen Kernbrennstoffen und die Kosten für die Auslegung des Spezial-Handaus gemischten Oxiden, wie z.B. Thoria/Urania, 25 habungsgeräts wesentlich gesenkt werden. Da das Urania/Urania und Urania/Plutonia. Kritizitätsproblem entfällt, besteht auch keinerlei Zum besseren Verständnis der Erfindung, ihres Einschränkung der Losgröße der Gel-Partikel, und Umfanges, ihrer betrieblichen Vorteile und der durch es ist sogar denkbar, daß das Verfahren bis zu ihre Verwendung spezifisch erreichten Ziele ist fol- diesem Punkt als Fließbandverfahren ausgeführt gendes zu bemerken, wobei das Verfahren nächste- 30 werden könnte.

hend unter Bezugnahme auf die Herstellung eines be- Nach Auswahl der spezifischen Thoriumgelteil-

stimmten Kernbrennstoffmaterials aus gemischten chen, die behandelt werden sollen, ist der nächste

Oxiden, nämlich Thorium-Uranium, beschrieben und wichtigste Schritt die Berührung dieser mit der

wird. Uranium- oder Plutoniumlösung zwecks Imprägnie-

Das Verfahren zur Herstellung von Kernbrenn- 35 ^milg· Vorzugsweise verwendet man eine wäßrige

Stoffmaterial stellt eine Variation des bekannten Lösung von Uranylnitrat. Die gesamte Lösung ist im

obenerwähnten »Sol-Gelverfahrens« dar und be- Berührungszeitpunkt sechswertig. Das Imprägnieren

ginnt gleichermaßen mit der Bereitung eines Kolloi- kann mit gebräuchlichen Vorrichtungen und nach

des. Als Ausgangsmaterial wird vorzugsweise kristal- Standardverfahren erfolgen; z. B. kann eine Uranlö-

lines Thoriumnitrat verwendet, welches in einer 40 sung über eine stationäre Säule des Thorium-Gels ge-

Dampfatmosphäre bei Temperaturen von in etwa leitet werden, oder man bringt die Lösung in eine

500° C denitriert wird, um so z. B. feinverteiltes Schale, die Thoriumoxidgel enthält, und rührt diese

Thoriumoxidpulver herzustellen. Das Pulver wird Mischung. Zweckmäßiger ist es, eine vorbestimmte

dann mit Wasser und einer beliebigen Säure, vor- Konzentration der Lösung einzuhalten und dieser

zugsweise Salpetersäure, gemischt, um ein Sol, d.h. 45 Lösung eine bestimmte Zeitlang die Gel-Teilchen

ein wäßriges Kolloid, zu erhalten. Bis zu diesem ausgesetzt zu halten; man kann dadurch die Impräg-

Punkt des Verfahrens entspricht es also dem bekann- nierung oder Infundierung der Lösung mengenmäßig

ten »Sol-Gelverfahren«. Nach dem verbesserten besser steuern.

Verfahren wird jedoch Uranium- oder Plutonium- In diesem Zeitpunkt des Verfahrens sind also solösung nicht dem Thoriumoxidkolloid als solchem 50 wohl Uranium- oder Plutonium als auch ein Moderabeigegeben, sondern das Kolloid wird getrocknet, um tor vorhanden, so daß man Berechnungs- und bedas Oxidgel zu erhalten. Dieser Trocknungsprozeß triebliche Normen anzuwenden hat. Die imprägnierkann in einem üblichen Vakuumtrockner erfolgen, ten Gel-Teilchen trennt man von der Lösung und wobei man Gel-Splitterchen willkürlicher Größenan- kalziniert sie längere Zeit in einer Argon-Wasserordnungen erhält, oder man läßt vorzugsweise Sol- 55 stoff atmosphäre bei über 1100⁰C, um dadurch das Tröpfchen ein Trocknungs- oder Dehydrierungs- Endprodukt zu verdichten. Im Verlauf des Kalziniemittel durchlaufen, wodurch man trockene Gel- rungsprozesses setzt sich Uran (sechswertig) in das Kügelchen erhält, dabei kann man die Größe dieser vierwertige Oxid UO₂ um. Das verdichtete Oxidge-Kügelchen, zumindest innerhalb gewisser Grenzen, misch kann dann nach bekannten Verfahren, wie durch entsprechende Wahl des Tüllenkalibers, durch 60 Vibrationsverdichtung, zu Brennstoffelementen verdas man den Strahl des Thoriumoxidgels in das formt werden.

Trocknungsmittel einspritzt, beeinflussen. Nach hin- In seinen physikalischen Eigenschaften entspricht

reichender Trocknung der Gel-Kügelchen, so weit, ein solches Material denen nach den oben angeführ-

daß sie nicht zum Aneinanderhaften neigen und da- ten bekannten »Sol-Gelverfahren«. Die Teilchen

her einfach zu verarbeiten sind, werden sie nach Par- 65 haben nach Kalzinierung eine Dichte von 99 % der

tikelgrößen sortiert und entsprechende Mengen von theoretisch möglichen Dichte, sind äußerst hart und

jeder Gruppe gewählt, um eine Zusammenstellung zeigen außergewöhnlich hohe Druckfestigkeit. Geht

zur weiteren Verarbeitung zu treffen. Die Auswahl man von ausgewählten Teilchengrößen aus, so läßt

sich das Material auf Dichten von etwas über 85 % der theoretisch möglichen Dichte im Brennstoffelement bringen.

Wesentlich ist der Vorgang an der Aufnahme von Wasser oder Plutonium, wobei zweckmäßig diese erst dann gebunden werden, wenn die richtige Größenzusammenstellung der Gel-Teilchen erfolgt ist. Da, abgesehen eines vernachlässigbaren Verlustes durch zertrümmerte Teilchen, die ausgewölbte Größe das Endprodukt bildet, tritt praktisch kein Verlust an imprägniertem Material auf. Man erspart damit eine erneute Verarbeitung der Lösungskomponenten und damit verbundene Aufwendungen.

Nach dem bekannten Verfahren, nach dem die Berührungslösung dem Sol oder der kolloidalen Form von Thorium- oder Uranoxid zugegeben wird, beträgt die maximale Konzentration an Uran oder Plutonium im kalzinierten Endprodukt etwa 6 Atomprozent. Gemäß Erfindung läßt sich eine derartige Begrenzung nach oben nicht festhalten. In einem Laborversuch wurde beispielsweise ein Thorium/-Urania-Brennstoff mit einer Konzentration von 15 Atomprozent Uran hergestellt; es liegen auch keine Anzeichen dafür vor, daß damit selbst die obere Grenze der Konzentration spaltbaren Materials erreicht werden konnte. Damit eröffnet das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit für eine Herstellung auch von Kernbrennstoffen für sogenannte schnellbrütende Reaktoren.

Der Vorgang des Inberührungsbringens der Thoriumoxidgelkügelchen mit der Lösung ist ein entscheidender Schritt für das bevorzugte Verfahren. Außer der Verwendung vorbestimmter Teilchengröße und entsprechend eingestellter Konzentration der Lösung muß die Zeitdauer der Berührung bis zur Trennung genau eingestellt werden, um die bestimmte gewünschte Aufnahme an Uran oder Plutonium in jedem Fall zu erzielen. Die Konzentration stellt man dadurch ein, daß man die Gel-Kügelchen durch eine Mehrstufen-Flüssigkeitssäule frei fallen läßt, wobei in der Säule sich oben die Lösung z. B. von Uranylnitrat befindet und unmittelbar darunter eine mit Uranylnitrat unvermischbare Trennflüssigkeit. Bei bekannter Größe und bekanntem Gewicht einer gegebenen Kugelgelgröße und bekannter Dichte des Uranylnitrates kann die Freifallzeit pro Teilchen Uranylnitrat eine bestimmte Fallhöhe berechnet werden. Danach kann man die Höhe der Uranylnitratsäule so wählen, daß die gewünschte Berührungszeit und damit die Gesamtaufnahme an Uran erreicht wird. Nach Durchgang der Trennstelle zwischen Uranylnitrat und Trennflüssigkeit wird die Berührung der Teilchen mit dem Uranylnitrat abrupt unterbrochen und dadurch genauer vorausbestimmbar festgelegt.

Das als Gel vorliegende Teilchen neigt, weil die Lösung, z. B. von Uranylnitrat, eine wäßrige Lösung ist, dazu, beim Durchgang durch die Uranylnitratlösung Wasser aufzunehmen und sich zu einem Kolloid zurückzubilden, wodurch sie leicht aneinander- oder an den Vorrichtungswandungen ankleben. Man trägt deshalb Sorge, daß die Gelteilchen durch die wäßrige Uranylnitratlösung und mindestens in die Trennflüssigkeit gelangen, ohne daß eine wesentliche Vermengung der Teilchen stattfindet. Außerdem ist es äußerst wünschenswert, in der Flüssigkeitssäule unterhalb des Uranylnitrats ein wasserentziehendes Lösungsmittel vorzusehen, das außerdem auch als Trennflüssigkeit dienen könnte, wie beispielsweise Tetrachlorkohlenbrennstoff oder Trichloräthylen (beide Azeton enthaltend). Beide sind mit Uranylnitrat nicht vermischbar und so einstellbar, daß sie eine höhere Dichte als dieses besitzen.

An der Trennfläche zwischen dem Uranylnitrat in wäßriger Form und dem wasserentziehenden Lösungsmittel könnte letzteres der Uranylnitratlösung Wasser entziehen, man sieht deshalb hier eine Einschnürung zweckmäßig vor, durch die die Berührungsfläche möglichst eng gemacht wird.

Eine Flüssigkeit, die exakt als Zwischenschicht von geringerer Dichte als die Berührungslösung und mit dieser nicht reagierend und mischbar, aber von größerer Dichte als ein ebenfalls mit ihm nicht reagierendes Lösungsmittel, um eine Wasserentziehung aus der Berührungslösung, z.B. von Uranylnitrat, gänzlich auszuschließen, dürfte zu ermitteln sein.

Bei Urania/Urania-Kernbrennstoffmaterial ist Uran U-238 das oxidische Material, während Uran U-235 oder U-233 — vorzugsweise ersteres — das Berührungsmaterial darstellt.

Zur Herstellung von Urania/Urania-Brennstoff geht man aus von einer wäßrigen Lösung von Uranylnitrat, wobei Uran zweckmäßig in sechswertiger Form vorliegt. Als ersten Schritt führt man das Uran in die vierwertige Form über, wobei die Reduktion über einen Platinkatalysator in einem Wasserstoff-Hochdruck-Autoklaven erfolgt. Das resultierende vierwertige Uraniumnitrat ist chemisch nicht stabil, das Uran muß vom Nitrat getrennt werden, weil es andernfalls schnell wieder zur sechswertigen Form reoxydiert wird. Die notwendige Trennung erfolgt durch Ausfällen des Urans mit wäßrigem Ammoniak, um U(OH₄) zu erzeugen, welches aus der Lösung ausgefiltert und gewaschen wird. Der gewaschene Filterkuchen wfrd sodann durch Kochen in verdünnter Salpetersäure in ein Kolloid oder Sol umgewandelt. Das so erhaltene Sol wird dann entweder in herkömmlichen Vorrichtungen zur langsamen Erwärmung zur Bildung von Splitterchen oder, wie oben abgehandelt, von kugelförmigen Teilchen getrocknet. Die Teilchen werden dann klassiert, eine Größengruppe, die das vierwertige Uran U-238 enthält, mit Lösung in sechswertiger Form (vorzugsweise U-235) in Berührung gebracht. Das In-Berührung-Bringen geschieht vorzugsweise mit einer Lösung, die in U-235-Uranylnitrat enthält. Die imprägnierten Gelpartikel werden dann kalziniert, um das vorstehend beschriebene, dichte und feuerfeste Material zu erhalten, das sich zur Verarbeitung zu Brennstoffelementen eignet.

Bei der Herstellung von Urania/Plutonia-Brennstoff werden die Urania U-238-Gelkügelchen auf die gleiche Weise hergestellt, wie vorstehend bei Herstellung von Urania/Urania-Brennstoff beschrieben. Das Urania-Sol wird getrocknet und bildet Gel-Splitter oder -Kügelchen; danach wird die erforderliche Größensortierung und Auswahl durchgeführt. Die gewählten Gelkügelchen werden dann mit Plutonium in sechswertiger Form, vorzugsweise als Plutonylnitrat, in Kontakt gebracht, um die Gelpartikel direkt mit dem spaltbaren Material zu imprägnieren. Die dergestalt imprägnierten Gelpartikel werden danach in Vorbereitung ihrer Kompaktierung wie oben beschrieben erhitzt.

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Claims (11)

1 2 nierten Teilchen verhinderndes Lösungsmittel ist, Patentansprüche: sowie ferner man die Flüssigkeitssäule auf den Meniskus der Flüssigkeiten zwecks Reduzierung

1. Sol-Gelverfahren zur Herstellung dichter der Grenzschicht zwischen beiden begrenzt.
Mischoxide als Kernbrennstoff, dadurch ge- 5

kennzeichnet, daß ein Gel eines Thoriumoder Uranoxides mit einer Uran- oder Plutoniumlösung unter Imprägnieren des Gels mit der

Lösung in Berührung gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- ίο
kennzeichnet, daß man zunächst ein Kolloid von

Thorium- oder Urandioxid herstellt, zur Bildung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein

eines Gels trocknet und das imprägnierte Gel Sol-Gelverfahren zur Herstellung dichter Mischoxide

durch Calcinieren verdichtet. als Kernbrennstoff.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und/oder 2, 15 Bekannt ist ein Sol-Gelverfahren für die Hersteldadurch gekennzeichnet, daß im Zeitpunkt der lung von feuerfesten Thorium-Uranoxid-Mischoxyd-Berührung Uran- oder Plutonium in sechswerti- partikeln, das sich zur Herstellung von Kernbrennger Form vorliegt. stoff-Elementen durch Vibrationsverdichtung oder

4. Verfahren nach einem oder mehreren der durch Kaltschmieden eignet. Bei diesem Verfahren Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß 20 wird kristallines Thoriumnitrat in einer Dampfatman als Uran- oder Plutoniumlösung Uranylni- mosphäre denitriert, um ein Thoriumoxidpulver zu trat oder Plutonylnitrat verwendet. erhalten, das durch Mischen mit verdünnter Salpeter-

5. Verfahren nach einem oder mehreren der säure Thoriumsol als Kolloid ergibt. Dem Sol setzt Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man Uranylnitrat zu, und bei Beachtung der erfordie Konzentration von Uran- oder Plutonium im 25 derlichen Bedingungen verbindet sich das Uran mit Berührungszeitpunkt einen vorbestimmten Grad dem kolloidalen Thorium. Um ein homogenes Sol zu besitzt und die Berührung auf vorherbestimmte, erhalten, mischt man mindestens über eine Stunde begrenzte Zeitdauer festgelegt ist. lang unter Erhitzen auf 80° C. Das fertige Sol

6. Verfahren nach einem oder mehreren der dampft man langsam zur Trockne und erhält als Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß 30 trockenen Rückstand Thordioxid aus Partikeln oder man beim Trocknen Tröpfchen des kolloidalen Splittern orientierter Größe und Form; die Partikel-Uran- oder Plutoniumoxides durch ein trocknen- größe reicht vom Feinst-Staub bis zu Körnchen von des Lösungsmittel passieren läßt mit der Maß- 1/4 Zoll. Zur Umbildung des Gels in die Form eines gäbe der Bildung von Tröpfchen im Gelzustand dichten Oxyds wird dieses durch etwa vierstündiges von im wesentlichen kugelförmiger Gestalt. 35 Kalzinieren bei etwa 1150° C in einer Argon-

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Wasserstoff-Atmosphäre behandelt. Das Produkt Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zeigt äußerst hohe Dichte (etwa 99 % der theoretiman aus einem Gel aus einer Vielzahl von Gel- sehen Dichte), wodurch es zur Verwendung als Kernpartikeln solche vorbestimmter Größenordnung brennstoff besonders geeignet ist. Zweckmäßig sorauswählt und nur diese für den Berührungsvor- 40 tiert man nach Teilchengrößen und verdichtet durch gang verwendet. Rütteln in einer Vibrationsverdichtung oder durch

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Kaltschmieden in die für das Brennstoffelement geAnsprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß wünschte Form.

Uran- oder Plutoniumlösung bei der Berührung Nach einem anderen bekannten Verfahren, einem

in flüssiger Form eine vorzugsweise wäßrige Lö- 45 sogenannten »modifizierten Sol-Gelverfahren«, wo-

sung ist, in der das Kolloid vorzugsweise als bei man in der Hauptsache in der vorstehend geschil-

wäßriges Kolloid bereitet wird. derten Weise vorgeht, trocknet man jedoch nicht,

9. Verfahren nach einem oder mehreren der sondern wandelt das fertige Sol in Gel-Kügelchen Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß um, indem man das flüssige Sol in einen Strahl von man Gelpartikel von Uran- oder Plutoniumoxid 50 vorbestimmtem Umfang in ein dehydrierendes orgadurch Lösungen von Uran oder Plutonium pas- nisches Lösungsmittel spritzt, wobei die Soltröpfchen siert und die Berührung beendet mittels Durch- in der Lösung frei absinken und durch entspreführen des imprägnierten Uran- oder Plutonium- chende Anordnung der Vorrichtung das Sol hinreigels direkt in eine Trennflüssigkeit. chend lange Zeit im Lösungsmittel verbleibt, die SoI-

10. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 9, da- 55 Tröpfchen als Gel-Kügelchen austreten, die nur gedurch gekennzeichnet, daß man zwecks Vermei- ringe Neigung zum Aneinanderhaften aufweisen. Die dung einer Vermengung der Gelpartikel bei der Dehydrierung erfolgt also durch Verdampfen da-Berührung die Gelpartikel durch eine Mehrstu- durch, daß das organische Lösungsmittel dem Sol fen-Flüssigkeitssäule nach unten laufen läßt, wo- Wasser entzieht. Die Gel-Kügelchen werden dann bei der obere Teil der Säule Uran- oder Pluto- 60 auf die gleiche Weise kalziniert wie nach vorher genium und der untere Teil die Trennflüssigkeit nanntem Verfahren. Der Vorteil ist, daß die kugelenthält und sämtliche Flüssigkeiten jeweils mit förmigen Teilchen leichter der Größe nach zu sortieden benachbarten unvermischbar sind. ren und zu verdichten sind als die in willkürlicher

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch ge- Orientierung gebildeten Splitterchen nach dem sogekennzeichnet, daß man die Bereiche des spaltba- 65 nannten »Sol-Gelverfahren«.

ren Materials auf ein zeitmäßig vorbestimmtes Nach beiden dieser vorbekannten Verfahren erhält Absinken bemißt, wobei die sich abscheidende man gleichförmig durchsetzte und hochdichte Teil-Flüssigkeit ein das Aneinanderhaften der impräg- chen bei einer bisher gegenüber 1800° C wesentlich