DE2049529A1

DE2049529A1 - Brennelement fur Kernreaktoren

Info

Publication number: DE2049529A1
Application number: DE19702049529
Authority: DE
Inventors: Walter van Poway Cahf Goeddel (V St A )
Original assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Current assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Priority date: 1969-10-09
Filing date: 1970-10-08
Publication date: 1971-05-13
Also published as: US3650896A; GB1254407A

Description

Anmelderin: United States Atomic Energy Commission Washington D. 0. 2054-5, USA

Brennelement für Kernreaktoren

Die Erfindung betrifft Brennelemente für Kernreaktoren, insbesondere Brennstoffρartikel, die zur Erhöhung der Temperatur- und Neutronenfestigkeit mit pyrolytischem Kohlenstoff und Siliziumkarbid beschichtet sind.

Es ist bekanntlich günstig, Teilchen oder Partikel aus spaltbarem oder brutfähigem Kernbrennstoff wie Uran, Plutonium, Thorium mit pyrolytischem Kohlenstoff zu beschichten, um während der Einsatzdauer der Brennelemente gasförmige und metallische Spaltprodukte zurückzuhalten. Hierzu müssen die Brennelemente ihre Strukturfestigkeit auch bei hoher Temperatur und längerer Bestrahlung im Reaktorbetrieb beibehalten.

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Die ζ. B. aus den USA Patentschriften 3,555,063, 3,298,921 und 3»361,638 bekannten, mit pyrolytischem Kohlenstoff überzogenen Brennstoffpartikel sind hinsichtlich ihrer Fähigkeit, auch nach längerem Reaktorbetrieb, insbesondere bei den Temperaturen und der starken Neutronenstrahlung neuerer Reaktoren, z. B. gasgekühlten Hochtemperaturreaktoren, die entstehenden Spaltprodukte zurückzuhalten, weiter verbesserungsbedürftig. Derartige Brennstoffpartikel bzw. Brennelemente sind Aufgabe der Erfindung.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, dass eine Schicht aus einem Puffermaterial niedriger Dichte zwischen dem Kern und einer dichten Karbidschale aus Siliziumkarbid, Zirkonkarbid, Niobiumkarbid oder Mischungen derselben angeordnet, und zwischen dieser Karbidschale und einer diese umgebenden Schale aus isotropem, pyrolytischem Kohlenstoff mit einer Dichte von 1,5 - 1,7 g/ccm eine mit beiden in Kontakt befindliche Zwischenschicht aus pyrolytischem Kohlenstoff mit einer Dichte von 0,7 - 1,2 g/ccm angeordnet ist.

In den der weiteren Erläuterung dienenden Zeichnungen zeigt die Figur 1 im Schnitt einen Brennstoffpartikel der Erfindung, und die Figur 2 und 3 als Schaubild die von der Neutronendosis abhängige Spannung in verschiedenen Schichten von zwei unterschiedlich aufgebauten Brennstoffpartikeln.

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Die Festigkeit der dichten Karbidschale einer Kernbrennstoffbeschichtung kann durch Druckspannung wesentlich erhöht werden. Zur Erzeugung einer Druckspannungsbelastung in&er Siliziumkarbidschale ist eine isotrope, pyrolytische Kohlenstoffschale gut geeignet, da dieser durch geeignete Niederschlagung eine Kristallstruktur erhält, durch die er bei hoher Temperatur und Strahlung mit der erforderlichen Geschwindigkeit auf die Siliziumkarbidschale aufschrumpft. Isotroper, pyoischer Kohlenstoff mit einer Dichte von 1,5 - etwa 1,7 g/ccm zeigt eine günstige Schrumpfgeschwindigkeit gerade in den späteren Bestrahlungsstadien, bei denen der.durch allmähliche Ansammlung von Spaltprodukten in der Karbidschale steigende Innendruck ausgeglichen werden muss. Gleichzeitig schru-mpft dieser Kohlenstoff aber während der frühen Bestrahlungsstadien ziemlich schnell. Dadurch können die Festigkeit beeinträchtigende Spannungsbelastungen in der Siliziumkarbidschicht oder der Kohlenstoffschicht selbst entstehen.

Dieses Problem lässt sich durch Anbringen einer Zwischenschicht aus kompressiblem, pyrolytischem Kohlenstoff zwischen der dichten Karbidschale und der isotropen, pyrolytischen Kohlenstoffschicht lösen. Die Zwischenschicht wird während der frühen Bestrahlungsstadien zusammengedrückt und soweit verdichtet, dass sie später die Druckspannungskräfte der

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schrumpfenden isotropen Kohlenstoffschale nach innen auf die dichte Karbidschale überträgt, bevor der Gasdruck in der • letzteren eine nennenswerte Höhe erreicht.

Die Figur 1 zeigt einen erfindungsgemässen Brennstoffpartikel 10 beliebiger Form mit einem Kern 12 aus spaltbarem oder brutfähigem Material, meist nicht grosser als etwa 1 mm. In vielen Fällen soll die Grosse sphäroidförmiger Brennstoffpartikel etwa 100 - 500 /U im Durchmesser nicht übersteigen, obwohl auch grössere oder kleinere Teilchen zum Einsatz gelangen. Das Kernmaterial besteht aus einem bei hoher Temperatur beständigen Karbid, Oxid, Nitrid oder Silizid der spaltbaren oder brutfähigen Isotope von Uran, Thorium oder Plutonium.

Nahe der Aussenflache des dichten Kerns 12 wird eine Schicht 15 aus einem Puffermaterial niedriger Dichte vorgesehen. Das Material muss mit'dem Kernmaterial und den Einsatzbedingungen verträglich sein. Bevorzugt wird eine Schicht aus pyrolytischem Kohlenstoff mit einer 60% der Theoretischen nicht übersteigenden Dichte. Besonders günstig ist schwammiger, pyrolytischer Kohlenstoff, d. h. ein russähnlicher, amorpher Kohlenstoff mit gestreutem Röntgenstrahlendiffraktionsmuster und einer Dichte von etwa 1,3 g/ccm oder darunter. Schwammiger Kohlenstoff dämpft die bei der Spaltung entstehenden Rück-

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stosskräfte besonders gut und verhindert eine Beschädigung der ein, die Spaltprodukte zurückhaltendes Druckgefäss bildenden Aussenschichten des Brennstoffpartikels 10. Zur Erfüllung dieser Aufgabe wird der schwammige Kohlenstoff in einer Dicke von 20 - 100, vorzugsweise und meist von 50 60 /U angebracht.

Besonders bei Verwendung von Oxiden als Kernmaterial kann die Anbringung einer dünnen Dichtungsschicht 15 unmittelbar über der Pufferschicht 13 vorteilhaft sein. Diese Dichtungsschicht 15 wird so dünn wie möglich gehalten, solange sie ihre Aufgabe als eine Gassperre während der Aufbringung der übrigen Schichten erfüllt. Geeignet ist dichter, laminarer oder isotroper, pyro^bischer Kohlenstoff. Dichter, laminarer Kohlenstoff wird bevorzugt, z. B. mit einer Dichte von wenigstens 1,7 g/ccm, die selbst bei einer Dicke von nur 1 Ai eine ausreichende Gassperre bildet. Da es bei sehr kleinen Brennstoffteilchen, z. B. mit Durchmessern von 100 - 500 /u sehr schwer festzustellen ist, ob die Beschichtung gleichmässig ist, wird bei Verwendung von Oxiden als Kernmaterial eine Dichtungsschicht 15 von etwa 2 - 5 /U bevorzugt. Da die schwammige Kohlenstoffschicht 13 leicht brüchig ist, dient die Dichtungsschicht 15 gleichzeitig als mechanischer Schutz für die Pufferschicht 13» die dann ohne Beschädigung zur weiteren Beschichtung in eine andere Vorrichtung gebracht werden

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kann. Aus diesem Grunde wird die Dichtungsschicht am besten in der gleichen Vorrichtung angebracht, wie die Pufferschicht IJ, die dann sofort geschützt ist.

Für die Zurückhaltung der entstehenden Spaltprodukte durch die Schale 17 sind an sich die verschiedensten temperaturfesten Metall- oder Metalloidkarbide geeignet. Unter dem Gesichtspunkt der Neutronenökonomie sind aber Silizium, Niobium oder Zirkoniumkarbide wegen ihres verhältnismässig niedrigen Neutroneneinfangquerschnitts vorzuziehen. Praktisch wird man meist Siliziumkarbid wählen, weil es nicht nur billig ist, sondern auch am meisten erforscht ist; insbesondere sind die Umsetzungsbedingungen zur Niederschlagung von Siliziumkarbid aus der Dampfphase und die Pyrolyse von Methyltrichlorsilan in Gegenwart eines Überschusses von Wasserst off gas im einzelnen bestens bekannt.

Die Abdichtungsschicht 15 oder eine Innenschicht 21 aus isotropem, pyrolytischem Kohlenstoff bildet eine Gassperre, die eine Umsetzung des Wasserstoffchloridgases als Nebenprodukt der erwähnten Pyrolyse mit Uran im Kern 12 verhindert. Die Dicke der Karbidschale 17 wird meist 20 - 30 /u betragen. Dadurch ist die Gewähr für die Zurückhaltung der Spaltprodukte und die erforderliche Festigkeit bei der Handhabung und im Reaktorbetrieb während der Gesamtlebensdauer gegeben.

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Wegen der erforderlichen Neutronenökonomie kommen Siliziumkarbidschalen von mehr als etwa 4-0 /u. Dicke kaum in Frage. Die Dichte soll in diesem Falle wenigstens 90% der theoretischen Maximaldichte "betragen.

Um einen Bruch der dichten Karbidschale 17 zu vermeiden, muss sich die Betriebsbelastung in bestimmten Grenzen halten. Dies wird durch die. die Karbidschale 17 umgebende Kohlenstoff schale 19 erreicht, die bei Neutronenbestrahlung infolge ihrer Kristallstruktur in geregelter Weise schrumpft und an die dichte Karbidschale 17 eine die durch Ansammlung von Spaltprodukten entstehende Innenbelastung ausgleichende Druckspannung legt. Dies wird mit zunehmender Betriebsdauer und steigendem Innendruck durch zunehmende Spaltproduktmengen zunehmend wichtig. Zur Vermeidung einer chemischen Umsetzung zwischen dem Kernmaterial 12 und dem Siliziumkarbid infolge der durch Wärmeeinwirkung einsetzenden Wanderung

/kann während der Gesamtbetriebsdauer des Brennelements zwischen die Siliziumkarbidschicht 17 und den Kern eine dichte, isotrope, pyrolytisch^ Kohlenstoff schicht 21 gelegt werden. Eine Wanderung von Metallatomen aus dem Kern 12 zu der Pufferschicht 13 kann unter dem Einfluss starker Neutronenbestrahlung eintreten und eine Umsetzung von Uran und Spaltprodukten mit dem Siliziumkarbid verursachen. Dies wird durch die Zwischenschicht 21 verhindert. Hierzu soll die Schicht in der Regel 15 - 25 /U dick sein und eine Dichte von etwa 1,7 - 1,95 g/ccm besitzen.

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Die Isotropie von Kohlenstoff wird zweckmässig nach dem Bacon¹sehen Anisotropiefaktor gemessen (vgl. G. E. Bacon, in Journal of Applied Chemistry, Bd. 6, S. 477, 1956). Vollkommen isotroper Kohlenstoff besitzt hiernach einen Anisotropiefaktor von 1. Für den pyrolytischen Kohlenstoff der Schicht 21 soll dieser Faktor vorzugsweise 1,2 oder weniger betragen.

Die äussere pyrolytische Kohlenstoffschale 19 ist vorzugsweise gasundurchlässig und so beschaffen, dass sie die Metallkarbidschale 17 trotz Aufbau eines Innendrucks während längerer Bestrahlung unter einer leichten Druckspannung hält, Die Schale 19 verstärkt somit die Siliziumkarbidschale, schützt die Schale 17 gegen äussere Beschädigung und dient gleichzeitig als zweite Gassperre.

Isotroper, pyrolytischer Kohlenstoff mit einer Dichte von etwa 1,5 - 1»7 g/cem schrumpft in dem erforderlichen Ausmass parallel zur Niederschlagsebene und hält somit die während längerer Bestrahlung erforderliche Druckspannung aufrecht. Die Dicke der Schale sollte zu diesem Zweck mindestens 20 /U betragen und liegt meist zwischen 20 und 40 /U. Vorzugsweise beträgt der Anisotropiefaktor 1,2 oder weniger, während die durchschnittliche Kristallitengrösse etwa 35 150 Ü beträgt.

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Die zuvor erwähnte, !compressible, pyrolytische Kohlenstoffschicht besteht ζ. B. aus der zwischen der Karbidschale 17 und der äusseren pyrolytisehen Kohlenstoffschale angeordneten Schicht 23.

Die Figur 2 zeigt die Belastung in psi als Funktion der Gesamtneutronendosis, gemessen als N/qcm als Faktor von Neutronenfluss und Zeit, wobei der Neutronenfluss in qcm/Sek. für schnelle Neutronen mit einer etwa 0,18 MeV übersteigenden Energie errechnet ist. Das Spannungsprofil der Figur 2 wurde für die Karbidschale und die äussere, isotrope, pyrolytische Kohlenstoffschale 19 eines Brennelements ähnlich dom der Figur 2 bestimmt. Hierbei fehlt eine Zwischenschicht 23 und die isotrope, pyrolytische Kohlenstoffschicht 19 wurde unmittelbar auf die Siliziumkarbidschale 17 niedergeschlagen. In den Figuren 2 und 3 zeigt der Bereich über der Abszisse die Spannungsbelastung und der darunter liegende Bereich die Druckbelastung· Die obere, mit A bezeichnete Kurve der Figur 2 stellt die tangentiale Zugspannungsbelastung an der Innenfläche der isotropen, pyrolytischen äusseren Kohlenstoff schale 19 und die untere, mit B bezeichnete Kurve stellt die tangentiale Druckspannungsbelastung in der Siliziumkarbidschale dar. Wie diese Kennlinien zeigen, erfolgt in den frühen Stadien der Bestrahlung, also bis zu einer Dosis von

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etwa 2 χ ΙΟ²¹ N/cm² (Ε>0,18 MeV) die Schrumpfung bzw. Verdichtung der pyrolytischen Kohlenstoffschicht ziemlich rasch und legt an die Siliziumkarbidschale 17 eine ziemlich hohe Druckspannung, während gleichzeitig eine'Zugspannung annähernd gleicher GrossenOrdnung zum Ausgleich in der isotropen, pyrolytisehen Kohlenstoffschale erzeugt wird. Bei steigender Zunahme der Neutronendosis fällt die Zugspannungskurve infolge der durch strahlungsverursachte Kriechwirkung in dem Kohlenstoff und der verminderten Schrumpfung des prolytischen Kohlenstoffs bedingten Spannungsentlastung ab.

21 Nach Erreichen einer Strahlungshöhe von etwa 2 - 3 x 10 N/qcm flacht die Kurve A ab, und die parallel zur Niederschlagsebene wirkende Schrumpfung der isotropen, pyrolytischen Kohlenstoffschale 19 reicht gerade aus, um die durch zunehmenden Aufbau von Spaltprodukten in deySiliziumkarbidschale 17 verursachte Belastung auszugleichen. Infolgedessen bleibt die Zugspannung in der isotropen Kohlenstoffschale und die Druckspannung in der Karbidschale auf der gleichen Höhe.

Es ist möglich, dass die isotrope, pyrolytische Kohlenstoffschale 19 den Aufbau der Zugspannung während der frühen Bestrahlungsstadien infolge sehr rascher Verdichtung nicht

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ganz aushält und Mikrorisse entstehen können. Legt man aber zwischen die Karbidschale 17 und die äussere Kohlenstoffschale 19 eine pyrolytisch^ Kohlenstoffschicht 23, so erhält man eine günstige Abflachung der Belastungskennlinien der Schalen 17 und 19. Dicke, Dichte und kristalline Merkmale der Zwischenschicht 23 werden dabei so gewählt, dass die Schicht während der frühen BestrahlungsStadien zusammengedrückt wird und einen freien Raum schafft, in den die pyrolytische Kohlenstoff schale 19 hineinschrumpfen kann, ohne die Karbidschale 17 merklich zu belasten. Gleichzeitig werden die Kennmerkmale der Schicht 23 aber auch so gewählt, dass die Kompression bei Erreichen einer Neutronendosis von

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2 - 3 x 10 N/qcm im wesentlichen abgeschlossen ist.

In der Figur 3 stellt die Kurve A¹ die Zugspannungsbelastung einer isotropen, pyrolytxschen Kohlenstoffschale eines Brennelements mit einer solchen Zwischenschicht 23 dar. Die Kurve B¹ entspricht dabei der in der Karbidschale entstehenden Druckspannung.

Wie aus dem Schaubild hervorgeht, entsteht die Zugspannung in der Schale 19 und die Druckspannung in der Schale 17 zur gleichen Zeit und mit der gleichen Geschwindigkeit. Für die erforderliche Kompressibilität soll die Dichte der Zwischenschicht 23 etwa 0,7 - 1»2 g/ccm betragen. Die Dicke der

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Zwischenschicht schwankt von IO - 30 /U. Bei Verwendung von Kohlenstoff mit einer Dichte von etwa 1,2 g/ccm (am oberen Ende des angegebenen Bereichs) verwendet man eine Schicht mit einer Dicke von etwa 30 /U, während am unteren Ende des Dichtebereichs (ca. 0,7) eine Dicke näher an 10 /U gewählt wird.

Der für die Zwischenschicht 23 verwendete pyrolytische Kohlenstoff entspricht etwa dem schwammigen Kohlenstoff der Pufferschicht 13. Unabhängig von der Jeweiligen Kristallstruktur soll dieser Kohlenstoff während der anfänglichen Neutronenbestrahlung kompressibel sein und damit die Kräfteübertragung auf die innere Karbidschale 17 verzögern. Vorzugsweise besteht die Zwischenschicht aus schwammigem, pyrolytischem Kohlenstoff mit einer durchschnittlichen Kristallitengrösse (Lc) unter ca. 50 Ä.

Die erfindungsgemässen Brennelemente bzw. Brennstoffpartikel sind beispielsweise und besonders günstig in Hochtemperaturgasgekühlten Kernreaktoren einsetzbar, z. B. in dem bereits in Betrieb befindlichen Reaktor in Peach Bottom, Pennsylvania, USA. Die beschichteten Brennstofpartikel zeigen ausgezeichnete Zurückhaltung der anfallenden Spaltprodukte, selbst bei Temperaturen von 800 - 1350° (E>0,18 NeV) im Gore dieses fleaktors.

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Das folgende Ausführungsbeispiel dient der weiteren Erläuterung der Erfindung ohne Beschränkung.

Es wurde Thorium-Urandikarbid mit einer Teilchengrösse von etwa 200 /u. und Sphäroidform mit einem Thorium-äUran, Molverhältnis von 3:1, hergestellt. Ein Graphitrohr mit einer lichten Weite von 2,5 inch wurde auf 1100° erhitzt und dabei mit Helium durchströmt. 100 g Kernmaterial in Form von Thorium-Urandikarbid wurde von oben in das Rohr gefüllt und der Heliumfluss von unten nach oben durch das Rohr aufrechterhalten, so dass das Kernmaterial ein fluides Bett bildete.

Sobald die Temperatur des Kernmaterials 1100° erreicht hatte, wurde dem Helium Azetylengas zugemiecht, so dass ein nach oben fliessender Gasstrom mit einem Durchfluss von etwa 10,000 ccm/Min. und einem Azetylenteildruck: von etwa 0,8 (Gesamtdruck 1 atü) entstand. Das sich zersetzende Azetylen bewirkte einen Niederschlag von schwammigem Kohlenstoff geringer Dichte auf dem Kernmaterial. Der Azetylenfluss wurde solange aufrechterhalten, bis auf dem Kernmaterial eine 50 /u. dicke Schicht von schwammigem pyrolytischem Kohlenstoff mit einer Dichte von etwa 1 g/ccm niedergeschlagen war. Dann wurde die Azetylenzufuhr unterbrochen, die Temperatur auf 2000° erhöht und der Gaafluas auf 2000 ccm/Min. Methan und 8000 ccm/Min. Helium umgestellt. Nach etwa 20 Min. wurde die

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Methanzufuhr eingestellt. Zu diesem Zeitpunkt hatte sich auf jedem Teilchen eine annähernd 20 Ai dicke Schicht von isotropem, pyrolytischem Kohlenstoff einer Dichte von etwa 1,9 g/ccm und einem Bacon'sehen Anisotropiefaktor von etwa 1,05 gebildet. Die Temperatur wurde dann auf etwa 1500° gesenkt und Wasserstoff als fluidierendes Gas mit einem Durchfluss von etwa 10.000 ccm/Min. eingesetzt. Etwa 10% des Wasserstoffs wurde durch ein Bad von Methyltrichlorsilat auf Zimmertemperatur durchperlt. Diese Bedingungen wurden für etwa 1 Std. aufrechterhalten, bis sich auf jedem der mit Kohlenstoff überzogenen Sphäroide eine gleichmässige Siliziumkarbidschicht einer Dicke von 20 /u gebildet hatte. Die anschliessende Untersuchung zeigte ein Beta-phasiges Siliziumkarbid mit einer Dichte von etwa 3,19 g/ccm, also etwa 99% der theoretischen Dichte von Siliziumkarbid (3,2 15 g/ccm).

Die mit Siliziumkarbid überzogenen Kernteilchen wurden mit Heliumgas in fluider Phase gehalten, und die Temperatur auf etwa 1000° eingestellt. Bei dieser Temperatur wurde der Gasstrom auf eine Mischung von Azetylen mit einem Durchfluss von 9000 ccm/Min. und Helium mit einem Durchfluss von 1000 ccm/Min. umgestellt. Die Beschichtung wurde etwa 3 Min. fortgesetzt, bis sich eine etwa 20 Ax. dicke Schicht von schwammigem, pyrolytischem Kohlenstoff auf Jedem der mit Siliziumkarbid überzogenen Sphäroidteilchen niedergeschlagen hatte.

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Der Kohlenstoff hatte eine Dichte von etwa 1,1 g/coiQ und eine durchschnittliche Kristallitengrösse von etwa 20 £.

Die Temperatur wurde nun auf 1400° erhöht und der Gasstrom auf eine Mischung von Propan mit 4000 ccm/Min. und Helium mit 6000 ccm/Min. umgestellt. Die Beschichtung wurde etwa 5 ^i-A* fortgesetzt, Ms sich eine etwa 50 /U dicke Schicht von isotropem Kohlenstoff auf jedem der Sphäroidteilchen gebildet; hatte* Die Teilchen wurden sodann langsam auf Zimmertemperatur abgekühlt und untersucht. Der isotrope Kohlenstoff besass eine Dichte von etwa 1,9 g/ccm und einen Bacon¹ sehen Anisotropiefaktor von etwa 1,04.

Di e Prüfung der überzogenen 'leuchen wurde durch Einfüllen in eine Kapsel und Neutronenbestrahlung bei einer durchschnittlichen Temperatur von etwa 1325° durchgeführt. Während der Bestrahlung wurde die gesamte schnelle Heutronen-

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dosis auf etwa 8 χ 10 Neutronen/qcm unter Verwendung von Neutronen mit einer etwa 0,18 MeV übersteigenden Energie geschätzt. Während dieses Zeitraums brennen über 20% der Metallatome in den Brennstoffkernen ab. Beschädigung der Beschichtunger: waren nicht festzustellen und die AbmessungsstabiIität eier Schichten war in jeder Hinsicht zufriedenstellend· Die ilurückhalsung von Spaltprodukten hält sich in, abnehmbaren 'i-enzen, und die Brennst off teilchen sind ζ,πγ Verwendung in r.-v:ritemperatur-gasp;i^-^:-ühlten LeiGtungsker-iireatetoi'un bestens ree::.;:;riet ■

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Dieses Beispiel wurde wiederholt, jedoch mit dem Unterschied, dass die Zwischenschicht von pyrolytischem Kohlenstoff weggelassen und die 50 /U dicke Aussenschicht von pyrolytischem, isotropem Kohlenstoff unmittelbar auf die Siliziumkarbidschale niedergeschlagen wurde. Die Teilchen wurden wie im

21 vorigen Beispiel mit einer Bestrahlungsdosis von 4- χ 10 Neutronen/qcm (E>0,18 MeV) geprüft. Die Untersuchung der Teilchen zeigte zahlreiche Schäden der Beschichtungen, die wohl auf den bei der anfänglichen Bestrahlung und der einsetzenden, raschen Verdichtung der isotropen, pyrolytischen Kohlenstoffschale auftretenden Spannungen in der isotropen, pyrolytischen Kohlenstoffschale beruhen.

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Claims

Pat ent an sprüche

" 1.J Brennelement oder Brennstoffpartikel für Kernreaktoren mit einem Kern aus spalt "barem oder brutfähigem Material, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schicht aus einem Puffermaterial niedriger Dichte zwischen dem Kern und einer dichten Karbidschale aus Siliziumkarbid, Zirkonkarbid, Niobiumkarbid oder Mischungen derselben angeordnet, und zwischen dieser Karbidschale und einer diese umgebenden Schale aus isotropem, pyrolytischem Kohlenstoff mit einer Dichte von 1,5 - 1,7 g/ccm eine mit beiden in Kontakt befindliche Zwischenschicht aus pyrolytischem Kohlenstoff mit einer Dichte von 0,7 1,2 g/ccm angeordnet ist.
2. Brennelement gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht 10 - JO al dick ist.
3· Brennelement gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Karbidschale aus Siliziumkarbid mit einer Dichte von 3*17 - 3»2 g/ccm besteht.
4·. Brennelement gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Karbidschale wenigstens 20 /α dick ist.

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5. Brennelement gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die isotrope Kohlenstoffschale wenigstens 20 /U dick ist.
6. Brennelement gemäss Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass der Bacon'sehe Anisotropiefaktor des Kohlenstoffs 1-1,2 beträgt.
7 Brennelement gemäss irgend einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Karbidschale eine Schicht aus isotropem Kohlenstoff vorgesehen ist.
8. Brennelement gemäss Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass die innere isotrope Kohlenstoffschicht wenigstens 15 /U dick mit einer Dichte von 1,7 - 1»95 g/ccm ist.

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