DE1696687C - Process for coating nuclear fuel and / or nuclear fuel particles with carbon - Google Patents
Process for coating nuclear fuel and / or nuclear fuel particles with carbonInfo
- Publication number
- DE1696687C DE1696687C DE19651696687 DE1696687A DE1696687C DE 1696687 C DE1696687 C DE 1696687C DE 19651696687 DE19651696687 DE 19651696687 DE 1696687 A DE1696687 A DE 1696687A DE 1696687 C DE1696687 C DE 1696687C
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- nuclear fuel
- layer
- gas
- coating
- carbon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 15
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims description 11
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims description 11
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims description 11
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 10
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 title claims description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 20
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims description 8
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims description 4
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 2
- 238000003287 bathing Methods 0.000 claims 1
- 125000001183 hydrocarbyl group Chemical group 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 25
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000002430 hydrocarbons Chemical group 0.000 description 5
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 5
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 5
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon(0) Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000002296 pyrolytic carbon Substances 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 3
- 230000004992 fission Effects 0.000 description 3
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 3
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- JKNDTQVYGQBATP-UHFFFAOYSA-N argon;methane Chemical compound C.[Ar] JKNDTQVYGQBATP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000001427 coherent Effects 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- YZUCHPMXUOSLOJ-UHFFFAOYSA-N ethyne;thorium Chemical compound [Th].[C-]#[C] YZUCHPMXUOSLOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 1
- 238000009114 investigational therapy Methods 0.000 description 1
- 230000036012 kel Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 229910052756 noble gas Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011824 nuclear material Substances 0.000 description 1
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 1
Description
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur üeschichtung von Kernbrenn- und/oder Kembrutstoff-Partikeln mit Kohlenstoff im Wirbelbett durch thermische Zersetzung \on Kohlenwasserstoff, gegebenenfalls bei Anwesenheit von inertem Trägergas.The invention relates to a method for coating of nuclear fuel and / or nuclear material particles with carbon in the fluidized bed by thermal Decomposition of hydrocarbons, if necessary in the presence of an inert carrier gas.
Als Brenn- und Brutstoffe für Kernreaktoren werden in steigendem Maße beschichtete Partikeln -- sogenannte coated particles —eingesetzt. Diese Partikeln, meist handelt es sich dabei um Kügelchen mit einem Durchmesser zwischen 100 und 1000 um, werden zur Verhinderung des radioaktiven Spaltgasaustrittes mit dichten, festhaftenden, keramischen, metallischen Werkstoffen oder — besonders vorteilhaft — mit pyrolytischem Kohlenstoff umhüllt, d. h. beschichtet. Die Beschichtung mit Kohlenstoff erfolgt in den meisten Fällen im Wirbelbett mit einem Gemisch aus Kohlen-Wasserstoffen (z. B. Methan, Propan, Acetylen) und einem Trägergas, (z. B. Edelgas) und wird bei Tempera'uren zwischen 1200 und 2000 C durchgeführt.Coated particles - so-called coated particles - used. These particles, mostly they are globules with a Diameters between 100 and 1000 µm are used to prevent the radioactive fission gas from escaping dense, firmly adhering, ceramic, metallic Materials or - particularly advantageous - with pyrolytic Coated with carbon, d. H. coated. Coating with carbon takes place in most of them Felling in a fluidized bed with a mixture of hydrocarbons (e.g. methane, propane, acetylene) and a carrier gas (e.g. noble gas) and is at temperatures carried out between 1200 and 2000 C.
Dieses bisher geübte Verfahren hat jedoch eine Reihe von zum Teil grundsätzlichen Nachteilen:However, this previously practiced procedure has a number of disadvantages, some of which are fundamental:
1. Zur Aufrechterhaltung des Wirbelzustandes sind große Mengen an Trägergas erforderlich. Das ist von erheblichem Eünfluß auf die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens.1. Large amounts of carrier gas are required to maintain the vortex state. That is of considerable influence on the economic viability of the process.
2. Der Gesamtdruck im Reaktionsraum ist stets größer als der Atmosphärendruck, d. li., er beträgt immer mehr als 760 mm Quecksilbersäule. Auch dieses ist von Nachteil, da die Qualität der schicht sowohl vom Gesamtdruck als auch vom Partialdruck des Kohlcnwasserstoffgases abhängt.2. The total pressure in the reaction space is always greater than atmospheric pressure, i. li., it amounts to always more than 760 mm of mercury. This is also a disadvantage because of the quality of the layer depends on both the total pressure and the partial pressure of the hydrocarbon gas.
3. Mit der bisher geübten Verfahrensweise erhält man pyrolytische Kohlenstoffschichten, die erhebliche Gaseinschlur.se (herrührend vom Crack-Prozeü) enthalten.3. With the procedure practiced up to now, pyrolytic carbon layers are obtained which have considerable Gaseinschlur.se (originating from the cracking process) contain.
4. Die so hergestellten Schichten enthalten stets auch einen beträchtlichen Anteil Ruß.4. The layers produced in this way always contain a considerable proportion of soot.
Beides ist unerwünscht, da der Gasgehalt der Schicht beim Betrieb des Reaktors langsam entweicht, so daß eine poröse Schicht zurückbleibt, die nur ein geringes Rückhaltevermögen für Spaltgase besitzt. Hinzu kommt, daß der Rußanteil in der Schicht unter dem Einnuß der Bestrahlung stärker schrumpft als der pyrolitische Kohlenstoff, so daß auch in diesem Fall eine poröse Schicht zurückbleibt. Darüber hinaus brinet das bisherige Verfahren noch andere verfahrensrechnische Schwierigkeiten mit sich:Both are undesirable because the gas content of the layer slowly escapes when the reactor is in operation, so that a porous layer remains, which has only a low retention capacity for fission gases. In addition, the proportion of soot in the layer under the influence of the irradiation shrinks more than the pyrolytic carbon, so that in this case too a porous layer remains. Furthermore The previous procedure brings other procedural niches Difficulties with yourself:
5 Größere Methanaaskonzentrationen und höhere Abscheidungsgeschwindigkeiten führen zu Rußablaeeruneen in der Apparatur.5 Higher methanaase concentrations and higher deposition rates lead to soot launches in the apparatus.
6. Die "Abscheidung einer an sich gewünschten Schicht mit grobkörniger Struktur bereitet in der Reaktionsführung erhebliche Schwierigkeiten.6. The "deposition of a per se desired A layer with a coarse-grained structure causes considerable difficulties in carrying out the reaction.
Es wurde nun gefunden, daß die genannten Schwieriekeiten dadurch überwunden werden können, daß die Beschichtung im Wirbelbett durch thermische Zersetzung \on Kohlenwasserstoff gas. gegebenenfalls bei Anwesenheit von inertem Trägergas, bei einem Gesamtdruck von 10 bis 650Torr erfolgt.It has now been found that the difficulties mentioned can be overcome in that the coating in the fluidized bed by thermal decomposition \ on hydrocarbon gas. optionally in the presence of inert carrier gas, at a total pressure from 10 to 650 torr.
Es ist an sich bekannt (britische Patentschrift y43 719). eine Beschichtung von Kernbrennstoffteilchen bei I bis 200 Torr in einem Drehrohrofen vorzunehmen. Eine derartige Beschichtung in einem Drehrohrofen hat den Nachteil, daß die sich auf de;, Partikeln bildende Oberflächenschicht ungleichmäßig ist, insbesondere ist nicht gewährleistet, daß alk-Teilchen eine Oberflächenschicht mit einer gleichmäßigen Dicke besitzen.It is known per se (British patent specification y43 719). a coating of nuclear fuel particles at I to 200 Torr in a rotary kiln. Such a coating in a rotary kiln has the disadvantage that the de ;, Particle-forming surface layer is uneven, in particular it is not guaranteed that alk-particles have a surface layer with a uniform thickness.
In einem Wirbelbett ist die Isotropie der Oberflächenschicht eindeutig gewährleistet, da die Teilchen von dem Kohlenwasserstoff gas bzw. Trägergas völliy gleichmäßig durchströmt werden. Außerdem trete:, beim kontinuierlichen Abpumpen bei einem Drehrohrofen Abdichtungsproblcme auf.In a fluidized bed, the isotropy of the surface layer is clearly guaranteed because the particles from the hydrocarbon gas or carrier gas completely be flowed through evenly. Also step :, during continuous pumping in a rotary kiln Sealing problems.
Die Beschichtung kann sowohl in Wirbelbetten mit konischen Düsenböden als auch über Böden au-. Fritten, Sieben oder Glockenboden durchgefühn werden.The coating can be applied both in fluidized beds with conical nozzle bottoms and over bottoms. Frits, sieves or bell bottoms can be carried out.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet folgende Vorteile:The method according to the invention offers the following advantages:
1. Die erforderliche Menge an Trägergas wird erheblich reduziert.1. The required amount of carrier gas becomes considerable reduced.
2. Als Folge des verminderten Druckes enthäli: die Schicht aus pyrolytischem Kohlenstoff keine nennenswerte Gaseinschlüsse.2. As a result of the reduced pressure: the pyrolytic carbon layer does not contain any significant gas inclusions.
3. Rußablagerangen in der Schicht treten praktisch nicht mehr auf.3. Soot deposits in the layer practically no longer occur.
4. Das Rückhaltevermögen für Spaltgase wird erheblich besser.4. The retention capacity for fission gases is considerably better.
5. Die Einstellung bestimmter Schichtstrukturen - auch solche mit grobkörnigem Aufbau ·- ist ohne größere Schwierigkeiten möglich.5. The setting of certain layer structures - including those with a coarse-grained structure - is possible without major difficulties.
6. Der Rußanfall im Reaktionsraum wird erheblich reduziert, so daß keine Störungen während der Beschichtung auftreten.6. The amount of soot in the reaction chamber is significantly reduced, so that no disruptions during the Coating occur.
Folgende Beispiele sollen die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutern.The following examples are intended to explain the advantages of the method according to the invention.
(Vergleich beider Verfahren bei gleicher Gaszusammensetzung und gleicher BeschiclUungstemperatui)(Comparison of both methods with the same gas composition and same charging temperature)
1 kg UC2-Partikeln wurde im Wirbelbett bei einem Gcsamtdruck von 200 mm Hg mit einer Argon-Methan-Mischung von 65% Argon und 35% Methan bei einer Temperatur von 18(X)0C so lange beschichtet, bis die Schichtdicke an pyrolytischem Kohlenstoff 100 μΐη betrug. Die Untersuchung der Schicht ergab:1 kg of UC 2 particles was coated in a fluidized bed at a total pressure of 200 mm Hg with an argon-methane mixture of 65% argon and 35% methane at a temperature of 18 (X) 0 C until the layer thickness was pyrolytic Carbon was 100 μm. Examination of the layer revealed:
3 43 4
a) Dichte der Schicht 1.98 g/ccma) Density of the layer 1.98 g / ccm
V) Druckfestigkeit 2,4 kg/Part.kel V) Compressive strength 2.4 kg / part.kel
c) Oberflächenverunreinigung 2 · 10-% U vom Gesamt-U-Gehaltc) Surface contamination 2 · 10-% U of the total U-content
freigesetztes Xe _ , 1 „ β released Xe _, 1 " β
d) Xenon»»-Freisctzung Gesamtmenge Xed) Xenon »» release, total amount of Xe
e) Gasgehalt der Schicht 4 ppm H2 und 20 ppm COe) Gas content of the layer 4 ppm H 2 and 20 ppm CO
Demgegenüber wurden beim Normaldruckverfahren unter gleichen Bedingungen (Gaszusammensetzung, Temperatur) folgende Werte für die Schicht erhalten:In contrast, the normal pressure method under the same conditions (gas composition, temperature) get the following values for the shift:
a) Dichte der Schicht 1.5 g/ccma) Density of the layer 1.5 g / ccm
freigesetztes Xe_ = . , .„.,released Xe_ = . ,. ".,
d) Xenon»3-Freisetzung Gesamtmenge Xe 'd) Xenon »3 release total amount Xe '
e) Gasgehalt der Schicht 30 ppm H2 und 100 ppm COe) Gas content of the layer 30 ppm H 2 and 100 ppm CO
Man erkennt daraus, daß die Werte für die Dichte der Schicht, die Druckfestigkeit, die Oberfliichenve" nreinigung sowie für die Xenon-Freisetzungsrate und den Gasgehalt beim Beschichten unter vcrmmdcitem Druck erheblich besser sind als diejenigen, die beim Normaldruckverfahren erhalten wurden.It can be seen from this that the values for the density of the layer, the compressive strength, the surface curve cleaning as well as for the xenon release rate and the gas content during coating under vcrmmdcitem Pressure are considerably better than those obtained with the normal pressure process.
Beispiel 2
(Vergleich beider Verfahren bei der Herstellung einer Schicht mit gleicher kohmnarer [grobkörniger] Struktur)
1 ke ThCWUC, (Mischkristall aus 82% Thoriunicarbid und 18% Urancarbid) Partikeln wurde im Wirbelbett
bei einem Gesamtdruck von 10(1 mm Hg bei 18(MTC so lange beschichtet, b.s die Sch.chld.cke 100 α betrug.
Der Gesamtgas·-ibrauch betrug 0.91 m3 Argon und 1,2 m3 Methan.
Die Untersuchung der Schicht "rgab:Example 2
(Comparison of the two processes in the production of a layer with the same coherent [coarse-grained] structure) 1 ke ThCWUC, (mixed crystal of 82% thorium carbide and 18% uranium carbide) particles were in the fluidized bed at a total pressure of 10 (1 mm Hg at 18 (MTC so coated for a long time until the corner of the shaft was 100 α. The total gas consumption was 0.91 m 3 of argon and 1.2 m 3 of methane.
a) Struktur kolumnar (grobkörnig)a) Columnar structure (coarse-grained)
b) Dichte der Schicht W g/«™b) Density of the layer W g / «™
c) Druckfestigkeit 2.7 kg/Parkec) Compressive strength 2.7 kg / park
d) Oberflachenverunreinigung -·° iu /0 d) Surface contamination - · ° iu / 0
freigesetztes Xe ^ ^_5 released Xe ^ ^ _ 5
e) Xenon-Freisetzungsrate "Gesamtmenge Xe "" 'e) Xenon release rate "total amount Xe" "'
f) Gasgehalt der Schicht 4 ppm H2 und 15 pPm COf) Gas content of the layer 4 ppm H 2 and 15 p P m CO
Demgegenüber wurden beim Normaldruckverfahren zur Erzeugung einer Schicht mit gleicher Struktur beiIn contrast, in the normal printing process to produce a layer with the same structure,
aleicher'Temperatur ein Gasverbrauch ermittelt von:aleicher 'temperature a gas consumption determined by:
24,8 m3 Argon und 1,26 m3 Methan24.8 m 3 argon and 1.26 m 3 methane
Die Untersuchung dieser Schicht Tgab:The investigation of this layer T gave:
a) Struktur kolumnar (grobkörnig)a) Columnar structure (coarse-grained)
b) Dichte der Schicht 2,0 g/«^.^b) Density of the layer 2.0 g / g ^^ .^
c) Druckiestigke.t - f'10_30/ ö vom Gesamt-U-Gehaltc) Druckiestigke.t - f '10 _ 30 / ö of the total U-content
d) Oberflachenverunreinigung llvt lv" /0 d) surface contamination llvt lv " / 0
freigesetztes Xe = 1 ^ _ 1Q_4 released Xe = 1 ^ _ 1Q _ 4
e) Xenon-Freisetzungsrate Gesamtmenge Xee) Xenon release rate total amount Xe
f) Gasgehalt derf) gas content of the
Schichl 8 ppm H2 und 60 ppm CO Schichl 8 ppm H 2 and 60 ppm CO
Verfahren und 24,8 m3 Argon beim Normaldruck-Aus Beispiel 2 ist zu erkennen, daß man bei der Er- verfahren.)Process and 24.8 m 3 of argon at normal pressure from Example 2, it can be seen that the process.)
zeugung gleicher Schichtstrukturen im Falle des erfin- Weiterhin ist zu sehen, daß auch die Werte für diegeneration of the same layer structures in the case of the invention. Furthermore, it can be seen that the values for the
dungsgemäßen Verfahrens unter vermindertem Druck Dichte, für die Druckfestigkeit usw. beim erfindungserhebliche Mengen des Trägergases einspart. (Gas- 6o gemäßen Verfahren besser sind als beim bisher verbrauch 0,91 m;l Argon beim erfindungsgemäßen geübten Normaldruckverfahren.process according to the invention under reduced pressure density, for compressive strength, etc. when the invention saves considerable amounts of the carrier gas. (Gas-based processes are better than the previous consumption of 0.91 m ; l of argon in the normal-pressure process according to the invention.
Claims (3)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEN0026909 | 1965-06-18 | ||
DEN0026909 | 1965-06-18 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1696687B1 DE1696687B1 (en) | 1972-08-31 |
DE1696687C true DE1696687C (en) | 1973-04-05 |
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CH505034A (en) | Process for the production of pyrolytic carbon deposits | |
DE2617244C2 (en) | Process for coating objects with pyrolytic carbon | |
DE1696621C3 (en) | Process and device for the production of coatings of stoichiometric silicon carbide on wires | |
DE3630418C1 (en) | Process for coating workpieces with amorphous, hydrogen-containing carbon | |
DE3315971C2 (en) | ||
DE1205881B (en) | Method of making a nuclear fuel material | |
CH646126A5 (en) | GRAPHITE BODY WITH CORROSION-RESISTANT PROTECTIVE LAYER AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF. | |
DE1696687C (en) | Process for coating nuclear fuel and / or nuclear fuel particles with carbon | |
DE3035379A1 (en) | METHOD FOR CLEANING A REACTOR | |
DE1514994B2 (en) | Coated nuclear reactor fuel particle and method and apparatus for its manufacture | |
EP0291444B1 (en) | Production of polymer-metal compounds by precipitation in glow discharge areas | |
US2995471A (en) | Method for treating graphite product | |
EP1373593A2 (en) | Method and device for gas phase diffusion coating of metal components | |
US3736169A (en) | Pyrolytic deposition process for applying a multi-layer coating to a nuclear fuel kernel | |
DE1696687B1 (en) | PROCESS FOR COATING NUCLEAR FUEL AND / OR NUCLEAR BODY PARTICLES WITH CARBON | |
DE2040252A1 (en) | Process for the production of synthetic graphite and graphite-like materials | |
DE1671143A1 (en) | Process for the production of nuclear fuel particles from actinide oxides and articles made therefrom | |
DE2200742A1 (en) | Improved Processes for Making Silicon Carbide Coated Articles | |
DE2718142B2 (en) | Process for the production of shaped bodies formed from graphite or from a graphite-like material with a protective layer made of carbide | |
DE4407421A1 (en) | Forming layer having silicon carbide/carbon@ gradient profile | |
CH522745A (en) | Process for the production of a pyrolytic graphite layer | |
EP0015252B1 (en) | Method of depositing carbon layers | |
EP1626798A1 (en) | Composite membrane | |
US3284549A (en) | Nuclear reactor fuel elements | |
DE1946838C3 (en) | Use of a coated fissile material particle |