DE1939442B2

DE1939442B2 - Verfahren zur Herstellung von rest gasfreien und den Reaktorkuhlkreislauf wenig verunreinigenden und aktivierenden Brennelementen und Brennstoffeinsatzen fur Hochtemperaturreaktoren

Info

Publication number: DE1939442B2
Application number: DE19691939442
Authority: DE
Inventors: Karl Gerhard D-pl Chem Dr 6450 Hanau Herrmann Franz Josef Dipl Chem Dr 6451 Niederrodenbach Huschka Hans Dipl Chem Dr Warzawa Wolfgang 6454 Großauheim Hackstein
Original assignee: Nukem GmbH
Current assignee: Nukem GmbH
Priority date: 1969-08-02
Filing date: 1969-08-02
Publication date: 1972-09-07
Also published as: DE1939442A1; FR2056947B1; BE754068A; FR2056947A1; GB1313931A

Description

H₂O ₊ C = H_{2 +} CObZW-H₂O ^^L> ^ ₊ V₂O₂; V₂O₂₊ = CO

Bei der obenerwähnten Temperaturbehandlung dekontamination durch Behandlung der Brennwird selbst bei 1800° C im Vakuum nur ein Teil elemente oder Brennstoff einsätze durch Chlorgas und/ dieser Verunreinigungen verflüchtigt, so daß kein oder Chlorwasserstoffgas bei erhöhter Temperatur genügender Reinigungseffekt erzielt wird. 40 in einem Arbeitsschritt erfolgt.

Andererseits tritt bei Temperaturen oberhalb Die geschilderten Nachteile — unbefriedigendes

1700° C schon eine merkliche, mit zunehmender Korrosionsverhalten und Kontamination der Brerm-

Temperatur relativ steil ansteigende Spaltstoff diffusion, elemente bzw. der Brennstoff einsätze — werden nach

z. B. von Uran und Thorium, durch die pyrolytisch dem erfindungsgemäßen Verfahren beseitigt,

abgeschiedenen Kohlenstoffschichten der beschichte- 45 Die mit Pyrokohlenstoff beschichteten Brennstoff-

ten Teilchen in die umgebende Kohlenstoffmatrix ein. teilchen werden bei einer Behandlung mit Chlor oder

Dieses Uran bzw. Thorium — im folgenden als freies Chlorwasserstoffgas selbst bei hohen Temperaturen, Uran bzw. Thorium bezeichnet — bestimmt dann im z. B. 1900° C, nicht angegriffen, weil der dichte,

wesentlichen die Kühlgasaktivität des Reaktors, die porenfreie Pyrolytkohlenstoff eine Reaktion mit den

so gering wie möglich sein sollte. 50 in den Partikeln vorhandenen Spaltstoffverbindungen

Diese Verfahrensweise hat den Nachteil, daß das verhindert.

in den beschädigten Brennstoffpartikeln enthaltene Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein

Uran (größenordnungsmäßig l°/o des Gesamturans dreifacher Effekt erzielt.

im Brennelement) zwar weitgehend, aber nicht völlig _h Verbesserte Entfernung von Korrosionskataly-

beseiügtwird. 55 _satoren

Weiterhin wurden Verfahren ausgearbeitet, um ent- „ „ , ' , , ,, . ,

weder Hochtemperaturbrennelemente mit brennstoff- ²- Entfernung von korrosionsbeschleumgenden

freier Schalung herzustellen, so daß eine Oberflächen- Restgasen,

bearbeitung ohne Partikelbeschädigung möglich ist, ³· Beseitigung von Uran oder Thorium, welches bei

oder aber die Elemente so exakt zu fertigen, daß eine 60 der Behandlungstemperatur eventuell aus den

Bearbeitung fortfallen kann. beschichteten Brennstoffteilchen herausdiffun-

Erfmdungsgemäß erfolgt die Herstellung von rest- diert, also sozusagen im status nascendi.
gasfreien und den Reaktorkühlkreislauf wenig verun- Graphit kann schon bei Temperaturen ab 1600° C reinigenden und aktivierenden Brennelementen da- in an sich bekannter Weise mit Halogengas, z. B. durch, daß die Abtrennung der die Korrosion beein- 65 Chlorgas, gereinigt werden. Wesentlicher Inhalt der flussenden und Kühlkreislauf verunreinigenden Rest- vorliegenden Erfindung ist demgegenüber die gleichgas und der die Korrosion katalytisch beeinflussenden zeitige Abtrennung des Restgases und der Verunreini-Verunreinigungen und die gleichzetige Spaltstoff- gungen, insbesondere durch Verflüchtigung der die

Korrosion katalytisch beeinflussenden Elemente und Erzielen einer Dekontamination, d. h. Herabsetzung des freien Urans im Brennelement in einer Verfahrensstufe durch chlorierende Behandlung in einer Apparatur bei erhöhter Temperatur.

Bei geeigneter Auslegung der öfen kann sogar die zunächst notwendige Zersetzung, d. h. die Verkokung des Binders, in der gleichen Ofeneinheit durchgeführt werden.

Beispiel

Fünf kugelförmig gepreßte Brennelementgrünlinge von 60 mm Außendurchmesser aus Graphit und Binder-Matrix mit einem Urangehalt von IgU 235 und einem Thoriumgehalt von 5 g in Form von beschichteten Brennstoffteilchen wurden in einem Röhrenofen zunächst auf 800° C, dann auf 1700° C aufgeheizt und unter Durchleiten von Chlorgas 2 Stunden bei dieser Temperatur gehalten.

Parallel dazu wurden fünf gleiche Brennelementgrünlinge nach dem gleichen Temperaturprogramm ohne Chlor im Argonstrom thermisch behandelt. Anschließend wurde die Korrosionsrate (Abtragung von Kohlenstoff) in Wasserdampf bei 1000° C sowie der Gehalt an freiem Uran in der Graphitmatrix gemessen.

Ergebnis, Mittelwerte

Mit CIt behandelt

ohne CU behandelt

Oxydationsrate

Urangehalt in Graphit

0,8 mgC/h · cm*

70-10-"TeUeU
pro Gesamturan
im Element

1,5 mgC/h · cm²

300-lO-o Teile U
pro Gesamturan
im Element

Die Werte, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht werden, lassen hinsichtlich der Korrosion und der Kühlgasaktivität ein einwandfreies Verhalten der Brennelemente im Reaktor erwarten.

Claims

fläche beschädigte Brennstoffpartikeln enthalten, mit Patentansprüche: Chlorwasserstoffgas bei 1600° C zu reinigen. Brennelemente oder Brennstoffeinsätze für Hoch-

1. Verfahren zur Herstellung von restgasfreien temperaturreaktoren bestehen im Prinzip aus mit und den Reaktorkühlkreislauf wenig verunreini- 5 pyrolytischem Kohlenstoff beschichteten Brennstoffgenden und aktivierenden Brennelementen und partikeln aus Uran- und/oder Thoriumcarbid bzw. Brennstoffeinsätzen für Hochtemperaturreaktoren -oxid, die entweder gemeinsam mit einem Binder, mit guter Korrosionsbeständigkeit gegen Wasser- eventuell unter Zusatz von Graphitpulver, in vorgedampf und Sauerstoff und niedriger Spaltstoff- fertigte Graphitkörper eingefüllt oder aber mit einem kontamination,dadurch gekennzeichnet, io geeigneten Graphitpulver unter Zusatz von Binden· daß die Abtrennung der die Korrosion beein- gemischt und dann direkt zu einem Brennelement flussenden und Kühlkreislauf verunreinigenden oder Brennstoffeinsätzen verpreßt werden. Restgase und der die Korrosion katalytisch be- Daran anschließend muß in jedem Fall eine Temeinflussenden Verunreinigungen und die gleich- peraturbehandlung, zuletzt unter Vakuum, bei Temzeitige Spaltstoffdekontamination durch Behänd- is peraturen bis zu 1800° C durchgeführt werden, damit lung der Brennelemente oder Brennstoffeinsätze einerseits der organische Binder verkokt und das Restdurch Chlorgas und/oder Chlorwasserstoffgas bei gas, beispielsweise Kohlenmonoxid, Wasserstoff, enterhöhter Temperatur in einem Arbeitsschritt er- femt wird, das das Korrosionsverhalten gegen Wasfolgt. serdampf bzw. Sauerstoff negativ beeinflußt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- ao Diese thermische Behandlung wird bis jetzt vorkennzeichnet, daß die Behandlung mit Chlor und/ wiegend in zwei Stufen durchgeführt:

oder Chlorwasserstoffgas bei Temperaturen zwi- ·, Zersetzung bzw. Verkoken des Binders und sehen 1500 und 1900° C, vorzugsweise jedoch um

1700° C erfolgt 2. Entgasung der Brennelemente bei Temperaturen

₉₅ bis zu 1800° C im Vakuum.

Das Restgas bestimmt jedoch nicht allein das

Korrosionsverhalten; die Anwesenheit der Elemente Eisen, Chrom, Vanadium, Molybdän und andere

Es ist bekannt (Nucl. Science Abstr., 20, S. 1857 führt infolge ihrer katalytischen Funktion zu einer [1966], Referat 15 002), Brennelementeinsätze, die 30 erhöhten Korrosion im Wasserdampf entsprechend nach der mechanischen Bearbeitung an ihrer Ober- den Gleichungen: