DE1911564A1

DE1911564A1 - Brennelement mit oxidischem Brennstoff fuer Kernreaktoren

Info

Publication number: DE1911564A1
Application number: DE19691911564
Authority: DE
Inventors: Muehling Dr Dipl-Chem Guenther; Kroll Dipl-Phys Hartmut
Original assignee: Nukem GmbH
Current assignee: Nukem GmbH
Priority date: 1969-03-07
Filing date: 1969-03-07
Publication date: 1970-09-24

Description

Brennelement mit oxidischem Brennstoff für Kernreaktoren Gegenstand des Patentes ist ein Verfahren zur IIerstellung von Kernbrennelementen mit gepresstem oxidischem Bronn- und Brutstoff.
In kontinuierlichen Fertigungsverfahren werden Brennelemente aus oxidischen Kernbrennstoffen auf dem klassischen eg der keramizehen Fertigung hergestellt. Bei diesem werden entsprechend vorbereitete feinteilige Pulver mit oder ohne Zusatz von Gleit-und Bindemitteln zu Tabletten gepresst und diese dann bei Temperaturen zwischen 150n und 1700°C zu keramischen Körpern gesintert. Die im Sinterprozess auftretenden Massabweichungen werden durch spitzenloses Rundsehleifen korrigiert und die entstandenen Tabletten nach Waschen und Trocknen in Rohe gefüllt, die dann verschweisst werden In einer interessanten Abwandlung dieses Verfahrens werden zunächst statt geformter Tabletten nur entsirecllende Partikelschüttungen hochdichter Partikeln mit Körnungslücken hergestellt und diese Pulver durch Vibration in den Hüllrohren verdichtet und die Hälirohre daraufhin verschlossen. Trotz der anfanglichen Aussichten hat sich dieses Verfahren wegen der mit der - Stabfertigung verbundenen Komplikation der Wechselwirkung zwischen Pulverschüttung und Hülle und der Dichteschwankungen bisher nicht durchsetzen können.
Es war ausserdem mehrfach versucht worden, geeignete keramische Pulver als Presslinge direkt in Hüllrohre zu füllen und diese in Reaktoren einzusetzen. Man musste diese Verfahren jedoch alle aufgeben, weil weder entsprechende Dichten erreicht wurden., noch die Gas- und- Wassergehalte der Pulver einen längeren Einsatz im Reaktor zuliessen.
Überraschenderweise ist es nun gelungen, in einer Kombination von Verfahrensschritten, die. sich sowohl aus der klassischen Sintertechnik wic aus der Vibrationstechnik herleiten, die aufgezeigten Nachteile zu vermeiden und trotzdem ohne das Sintern und die damit verbundenen verfahrens- und kostenmässigen Kompli kationen auszukommen.
Hierbei wird das Material durch einen Verdichtungsvorgang, der im Prinzip zwar das Sintern sein kann, wobei es nicht auf die exakte Geometrie der erzielten Körper ankommt, im besonderen Fall aber das Schmelzen der Kernbrennstoffoxide ist, in eine hoch verdichtete Form gebracht. Dichten über 95% der Theorie sind notwendig, werden beim Schmelzen auch leicht ersielt.
Die so hergestellten hochdichten keramischen Materialien werden in Brechern und Mühlen zerkleinert und ohne Bindemittel bei relativ hohen Drücken verpresst. Dabei entstehen keramische Körper von Dichten zwischen So und 92% d. Tore, , die gerade ausreichend zusammenhalten, damit sie in Rohre gefüllt werden können.
Da diese eine exakte Form haben, fallen alle aufwendigen S<hleif-, Wasch- und Prüfschritte weg. In besonders gelagerten Fällen kann höchstens noch die Trocknung der keramischen Körper mit oder ohne Angleichung der Stöchiometrie notwendig werden.
Die Vorteile des Verfahrens seien an folgendem Beispiel erläutert: Beispiel: Geschmolzenes U0>-PuO2-Pulver mit einer Körnung < 1,2 mm und mit einem PuO2-Gehalt von 15 Gew.% wird mittels einer hydraulischen, Presse unter hohem Druck zu Tabletten mit einer weitgehend konstanten Dichte von 90% der theoretischen Dichte gepresst. Die gepressten Tabletten jerden anschliessend in einem Ofon wärmcbehandelt, wobei die Tabletten nicht sintern und also keine Gcometrieänderung durch Schrumpfen erfahren. Nach diesem Trockntlngsprozess, bei dem gleichzeitig das Metall- zu Sauerstoffverhältnis auf den Wert 2,oo eingestellt werden kann, werden die getrockneten gepressten Tabletten in Hüllrohre gefüllt; die dann verschweisst und anschliessend zu Brennelementen weiterverarbeitet werden.
Zur Erfindung gehört alles, was in der Beschreibung enthalten ist, einschliesslich dessen, was abweichend von dem konkreten AusfUhrungsbeispiel für den Fachmann naheliegt.

Claims

Patentansprüche

Kernbrenne element, dadurch gekennzeichnet,. dass dieses nichtgesinterte Presskörper aus Kernbrennstoffoxiden enthält.
2. Verfahren zur Herstellung von Kernbrennelementen aus umhülltem oxidischem Kernbrennstoff nach Anspruch 1, dadurch gok nzeichnet, dass die Kernbrennstoffoxide als geformte oder ungeformte Körper mit Dichten über 95% der Theorie hergestellt, die Körper durch Brechen und Mahlen zerkleinert und die so entstandenen Pulver durch Pressen zu geformten Körpern verdichtet werden, die als solche in Hüllrohre eingefüllt und verschlossen werden.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ausschliesslich oder iiberwiegend geschmolzene Kernbrennstoffoxide bzw. Kernbrennstoffoxidgemische als Ausgangsstoffe verwendet werden.
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die fertigen geformten Körper vor dem Einbringen in die Hüllrohre einer Wärmebehandlung unterzogen werden.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z i c h n e t, dass die Wärmobehandlung bei 400 bis 1000° C stattfindet.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung in einer reduzierenden oder inerten Atmosphäre und unter vermindertem Druck stattfindet.

-7. Verfahren nach den Ansprechen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Kernbrennstoffoxide Urandioxid und Plutoniumdioxid verwendet werden.