DE2049566C3 - Process for the production of a nuclear fuel from uranium-plutonium-monocarbide or uranium-plutonium-mononitride - Google Patents

Process for the production of a nuclear fuel from uranium-plutonium-monocarbide or uranium-plutonium-mononitride

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kernbrennstoffes aus Uran-Plutonium-Monokarbid bzw. Uran-Plutonium-Mononitrid durch Kaltpressen eines Uran- und Plutoniumverbindungen enthaltenden Ausgangspulvers mit Kohlenstoff zu Formkörpern und Reaktionssintern dieser Formkörper.The invention relates to a method for producing a nuclear fuel from uranium plutonium monocarbide or uranium-plutonium-mononitride by cold-pressing a containing uranium and plutonium compounds Starting powder with carbon to form moldings and reaction sintering of these moldings.

Heute werden in den meisten Kernreaktoren Brennstoffoxide eingesetzt. Trotz guter Korrosionsstabilität und hoher Temperaturbeständigkeit (Schmelzpunkt 285O0C) ist dieser Brennstoff für bestimmte Reaktorkonzepte nicht besonders geeignet. Dies gilt insbesondere in allen Fällen, in denen eine hohe Leistungsdichte im Brennstab notwendig wird, wie z. B. bei den »Schnellen Brütern« oder bei »Schnellen Hochflußtestreaktoren«. Hier macht sich die schlechte Wärmeleitfähigkeit des Uranoxids unangenehm bemerkbar. Bei der Suche nach geeigneten Brennstoffen scheint insbesondere das Brennstoffmonokarbid bzw. das Brennstoffmononitrid mit seiner hohen Wärmeleitfähigkeit und seinem noch relativ hohen Schmelzpunkt von 24000C bzw. 280O0C geeignet. Die hohe Korrosionsanfälligkeit, z. B. gegen Wasser, schließt jedoch das Karbid als Brennstoff bei Wasser- oder Dampfkühlung aus. Außerdem wird durch diese Eigenschaften die Herstellung des Karbidbrennstoffes erschwert und verteuert, da weitgehend in Boxsystemen mit extrem reiner Atmosphäre gearbeitet werden muß. Da bei den natriumgekühlten Schnellen Brütern nicht das reine Urankarbid bzw. Urannitrid, sondern ein Mischkarbid bzw. Mischnitrid aus Uran und Plutonium im Vordergrund lies Interesses steht, das Plutonium jedoch wegen seiner Strahlungsgefährdung und seiner Giftigkeit unter besonderen Sicherheitsvorkehrungen gehandhabt werden muß, werden die Brennstoffkosten durch diese zusätzlichen Vorkehrungen nochmals verteuert.Today, most nuclear reactors use fuel oxides. Despite good corrosion resistance and high temperature resistance (melting point 285O 0 C), this fuel is not particularly suitable for certain reactor designs. This is especially true in all cases in which a high power density in the fuel rod is necessary, such as. B. with the "fast breeders" or with "fast high-flow test reactors". Here the poor thermal conductivity of uranium oxide makes itself unpleasantly noticeable. When searching for suitable fuels in particular the Brennstoffmonokarbid or the Brennstoffmononitrid with its high thermal conductivity and its relatively high melting point of 2400 0 C or 280O 0 C seems appropriate. The high susceptibility to corrosion, e.g. B. against water, but excludes the carbide as a fuel for water or steam cooling. In addition, these properties make the production of the carbide fuel more difficult and expensive, since it is largely necessary to work in box systems with an extremely clean atmosphere. Since the sodium-cooled fast breeders do not focus on pure uranium carbide or uranium nitride, but rather a mixed carbide or mixed nitride of uranium and plutonium, the fuel costs are reduced because of its radiation hazard and toxicity these additional precautions made even more expensive.

Aus diesen Gründen fand das Brennstoffmonokarbid bzw. Brennstoffmononitrid, obwohl seit vielen Jahren bekannt und für spezielle Anwendungszwecke auch schon in Mengen von vielen Tonnen hergestellt, bisher noch keinen verbreiteten Einsatz.It is for these reasons that fuel monocarbide has been found, albeit for many years known and already produced for special purposes in quantities of many tons, so far not yet widespread use.

Die Herstellung von Urankarbid-Plutoniumkarbid-Sinterkörpern ist bekannt (Zeitschrift »atomwirtschaft«, Februar 1969, S. 79 und 80; US-PS 32 36 922). Bei diesen Verfahren wird entweder eine Mischung von Uranoxid- und Plutoniumoxid-Pulver oder eine Mischung von Uranmetallpulver und Plutonium-Karbid-Pulver mit Graphitpulver vermischt, gegebenenfalls zu Formkörpern gepreßt und bei Temperaturen oberhalb 1000° C zu einem Uran-Plutonium-Mischkarbid umgewandelt. Diese Verfahren haben jedoch den Nachteil, daß sie in sehr reiner Atmosphäre durchgeführt werden müssen und durch den Plutoniumeinsatz bereits zu Beginn des Prozesses wegen der besonderen Sicherheitsbedingungen sehr umständlich und teuer sind.The production of uranium carbide-plutonium carbide sintered bodies is known (magazine "atomwirtschaft", February 1969, pp. 79 and 80; US-PS 32 36 922). With these Process will either use a mixture of uranium oxide and plutonia powder or a mixture of Uranium metal powder and plutonium carbide powder mixed with graphite powder, optionally to form shaped bodies pressed and at temperatures above 1000 ° C converted to a uranium-plutonium mixed carbide. However, these methods have the disadvantage that they are very must be carried out in a pure atmosphere and due to the use of plutonium at the beginning of the Process are very cumbersome and expensive because of the special security conditions.

Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Uran-Plutonium-Monokarbid bzw. Uran-Plutonium-Mononitrid zu finden, bei dem zu einem möglichst spaten Prozeßzeitpunkt erst unter Plutoniumsicherheitsbedingungen gearbeitet werden muß.It was therefore the object of the present invention to provide a process for the production of uranium-plutonium monocarbide or uranium-plutonium-mononitride to be found, with the process time as late as possible work must first be carried out under plutonium safety conditions.

Diese Aufgabe wurde gelöst durch Kaltpressen eines Uran- und Plutoniumverbindungen enthaltenden Ausgangspulvers mit Kohlenstoff zu Formkörpern und Reaktionssintern dieser Formkörper, wobei erfindungsgemäß als .Ausgangspulver reines Urankarbidpulver bzw. Urannitridpulver und Plutoniumoxid eingesetzt wird.This object was achieved by cold pressing a starting powder containing uranium and plutonium compounds with carbon to form shaped bodies and reaction sintering of these shaped bodies, according to the invention pure uranium carbide powder or uranium nitride powder and plutonium oxide are used as the starting powder will.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird zunächst ein reines Urankarbid- bzw. Urannitrid-Pulver hergestellt und erst dieses mit Plutoniumoxid- und Graphit-Pulver vermischt und weiterverarbeitet. Dadurch können die Herstellkosten von Uran-Plutonium-Karbid bzw. Uran-Plutonium-Nitrid-Brennstoff wesentlich herabgesetzt werden, da nur diejenigen Verfahrensschritte, die die Komponente Plutonium enthalten, unter den das Endprodukt stark verteuernden Sicherheitsbedingungen in Handschuhboxen mii Unterdruck ablaufen müssen. Die Urankarbid- bzw. Urannitrid-Synthese kann sogar außerhalb irgendwelcher Boxensysteme und die Herstellung der sinterfähigen Pulver daraus unter normaler Schutzgasatmosphäre, d. h. in einem wesentlich billigeren Überdruck-Boxsystem, durchgeführt werden. Plutoniumspezifische Schutzmaßnahmen können für diese Verfahrensschntte ganz entfallen.According to the present invention, a pure uranium carbide or uranium nitride powder is first produced and only this is mixed with plutonium oxide and graphite powder and processed further. This allows the Manufacturing costs of uranium-plutonium-carbide or uranium-plutonium-nitride fuel are significantly reduced because only those process steps that contain the component plutonium are included in the End product which increases the cost of safety conditions in glove boxes with negative pressure have to. The uranium carbide or uranium nitride synthesis can even outside of any box systems and the production of the sinterable powder therefrom under a normal protective gas atmosphere, d. H. in one essential cheaper overpressure box system. Plutonium-specific protective measures can completely omitted for this procedural step.

Erst das sinterfähige Urankarbid- bzw. Urannitrid-Pulver wird jetzt in die Plutoniumlinie eingeführt, mit Plutoniumoxid und Kohlenstoff vermischt, gepreßt und gesintert. Für Brennstofftabletten mit Dichten zwischen 75 und 85% der theoretischen Dichte kann das Plutonium in Form eines Gemisches von Plutoniumoxid und Kohlenstoff eingeführt werden, für Brennstofftabletten mit Dichten zwischen 85 und 95% der theoretischen Dichte wird ein bei Temperaturen zwischen 1300 und 1400°C vorreagiertes Gemisch ausOnly the sinterable uranium carbide or uranium nitride powder is now introduced into the plutonium line, with Plutonia and carbon mixed, pressed and sintered. For fuel pellets with densities between 75 and 85% of the theoretical density can be plutonium in the form of a mixture of plutonium oxide and carbon are introduced for fuel pellets with densities between 85 and 95% of the theoretical density is a mixture prereacted at temperatures between 1300 and 1400 ° C

Plutoniumoxid und Kohlenstoff verwendet. Während des eigentlichen Sintervorganges findet dann die Synthese des Plutoniumkarbides bzw. Plutoniumnitrides statt. Durch Mischung der Komponenten und geeignete Sinterführung wird eine homogene Verteilung des Plutoniumkarbides bzw. Plutoniumnitriiies im Urankarbid bzw. Urannitrid bzw. eine ausreichende Mischkristallbildung gewährleistet Ein weiterer, die Fabrikationskosten senkender Vorteil dieser Erfindung liegt darin, daß t'ie Verdampfungsverluste an Plutonium geringer sind als bei der normalen Herstellung von Uran-Plutonium-Karbid- bzw. Uran-Plutonium-Nitrid-Brennstofftabletten, wo die Synthese und die Sinterung in zwei verschiedenen Fertigungsschritten bei jeweils 1600 bis 1650° C durchgeführt werden. '5Plutonia and carbon used. During the actual sintering process, the Synthesis of plutonium carbide or plutonium nitride takes place. By mixing the components and appropriate Sintering results in a homogeneous distribution of the plutonium carbide or plutonium nitride in the uranium carbide or uranium nitride or sufficient mixed crystal formation ensures another, the manufacturing costs The lowering advantage of this invention is that the evaporation losses of plutonium are lower than in the normal production of uranium-plutonium-carbide or uranium-plutonium-nitride fuel tablets, where the synthesis and sintering in two different manufacturing steps at each 1600 to 1650 ° C can be carried out. '5

Um eine weitere Senkung der Fabrikationskosten zu erreichen, kann das Urankarbidpulver granuliert oder ungranuliert mit Plastifizierungsmitteln umhüllt werden. Das so behandelte Karbidpulver kann dann ohne Schutzgas — wie beschrieben — zu Grünlingen verarbeitet werden.To achieve a further reduction in manufacturing costs, the uranium carbide powder can be granulated or ungranulated be coated with plasticizers. The carbide powder treated in this way can then be used without Protective gas - as described - can be processed into green compacts.

Durch die hohe Korrosionsanfälligkeit des Uran-Plutonium-Karbid-Mischkristalls ist es sehr schwierig, den Karbidbrennstoff in Hüllrohre einzufüllen und dabei den Gehalt an adsorbierten Gasen und an Sauerstoff an der Oberfläche des Brenn,loffes niedrig zu halten. Dies gilt insbesondere dann, wenn — wie bei den Sch iellen Brütern — nur eine geringe Brennstoffdichte zwischen 80 und 90% der theoretischen maximak-n Dichte zulässig ist und damit ein Brennstoff von hoher spezifischer Oberfläche in Form von porösen Sinterkörpern vorliegt. Allgemein bekannt sind Versuche, durch Zusätze von z. B. Stickstoff ein Urankarbonitrid bzw. Uran-Plutonium-Karbonitrid herzustellen, welches stabiler gegen Korrosionsangriff ist. Dies führte bei Stickstoff-Kohlenstoff-Verhältnissen von ca. 1:4 und höher auch zu einem weitgehenden Erfolg, jedoch ist diese Menge Stickstoff neutronenphysikalisch für die in Frage kommenden Reaktorkonzepte möglicherweise zu hoch.Due to the high susceptibility of the uranium-plutonium-carbide mixed crystal to corrosion it is very difficult to fill the carbide fuel into cladding tubes and thereby the To keep the content of adsorbed gases and oxygen on the surface of the fuel low. this applies especially when - as with the Sch elles breeders - there is only a low fuel density between 80 and 90% of the theoretical maximak-n density is permissible and thus a fuel of high specific surface in the form of porous sintered bodies. Attempts by Additions of z. B. nitrogen to produce a uranium carbonitride or uranium plutonium carbonitride, which is more stable against corrosion attack. This resulted in nitrogen-carbon ratios of approx. 1: 4 and higher also to an extensive success, however, this amount of nitrogen is neutron-physically for the in The question of upcoming reactor concepts may be too high.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es nun, den stabilisierenden Einfluß von Fremdzusä'zen, wie z. B. Stickstoff, schon bei so geringen Zusatzmengen zu erhalten, daß sie neutronenphysikalisch noch erträglich sind. Dies wird dadurch erreicht, daß die Fremdzusätze als eine Art Hülle um die Uran-Plutonium-Karbidkörner gelegt werden und dadurch das Karbid nach außen weitgehend abschirmen.The present invention now enables the stabilizing influence of Fremdzusä'zen such. B. Nitrogen can be obtained even with such small amounts that it is still tolerable from a neutron point of view are. This is achieved by using the foreign additives as a kind of shell around the uranium-plutonium-carbide grains and thereby largely shield the carbide from the outside.

Als Zusätze kommen vor allem Stickstoff, Schwefel bzw. Phosphor in Frage. Diese Stoffe bilden als so Brennstoffnitrid, -sulfid bzw. -phosphid mit dem Monokarbid lückenlose Mischkristalle, wodurch es zusätzlich noch möglich ist, einen einphasigen Kernbrennstoff in Form eines modifizierten Monokarbides herzustellen, der besonders günstiges Reaktorverhalten verspricht. Die Aufgabe dieser Hüllschicht aus z. B. Brennstoffnitrid ist dabei nicht, wie dies von den »coated particles« bekannt ist, die Verhinderung des Spaltgasaustritts.Particularly suitable additives are nitrogen, sulfur or phosphorus. These substances form as so Fuel nitride, sulfide or phosphide with the monocarbide complete mixed crystals, whereby it it is also possible to use a single-phase nuclear fuel in the form of a modified monocarbide produce that promises particularly favorable reactor behavior. The task of this cladding layer made of z. B. Fuel nitride is not, as is known from the "coated particles", the prevention of the Cracked gas outlet.

Der erfindungsgemäß umhüllte Brennstoff hat viel- *° mehr den Vorteil, daß bei sehr geringen Stickstoff-, Schwefel- oder Phosphorgehalten sowohl eine stabilisierende Wirkung gegenüber dem Wasser- und Sauerstoffgehalt der Atmosphäre als auch die Einphasigkeit des Brennstoffes erreicht wird. Der Gehalt an Zusatzelementen kann dabei weniger als 1 Gew.-%, bezogen auf den Plutoniumkarbidgehalt, die Dicke der Schutzschicht zwischen 2 und 20 um betraeen. Das RiIrI zeigt den beispielsweisen Aufbau eines derart behandelten Plutoniumkarbidkerns.The fuel encased according to the invention has many- * ° more the advantage that with very low nitrogen, sulfur or phosphorus contents both a stabilizing Effect on the water and oxygen content of the atmosphere as well as the single-phase nature of the fuel is reached. The content of additional elements can be less than 1% by weight, based on the plutonium carbide content, the thickness of the protective layer is between 2 and 20 µm. The RiIrI shows the exemplary structure of a plutonium carbide core treated in this way.

Beispiel 1example 1

Urankarbidpulver mit einer Oberfläche von 1,0 bis 2,0 m2/g wird mit einem Gemisch aus Plutoniumoxid und Kohlenstoff (20 Gew.-%) in einem Mischer homogenisiert. Wegen des Kohlenstoffanteils können die Brennstofftabletten dann ohne Gleitmittel bei Preßdrücken zwischen 2 und 5 t/cm2 zu Preßlingen zwischen 50 und 80% der theoretischen Dichte verpreßt werden. Das Sintern dieser Preßlinge erfolgt bei Temperaturen von ca. 1600cC unter Vakuum oder ArgonUranium carbide powder with a surface area of 1.0 to 2.0 m 2 / g is homogenized in a mixer with a mixture of plutonia and carbon (20% by weight). Because of the carbon content, the fuel tablets can then be pressed without lubricant at pressing pressures between 2 and 5 t / cm 2 to form tablets between 50 and 80% of the theoretical density. The sintering of these compacts is carried out at temperatures of about 1600 c C under vacuum or argon

Beispiel 2Example 2

Urankarbidpulver mit einer Oberfläche von 0,6 bis I,2m2/g wird mit einem bei 1300 bis 14000C vorreagierten und anschließend auf eine Oberfläche von 0,6 bis Um-Vg gemahlenem Gemisch aus Plutoniumoxid und Kohlenstoff (15 Gew.-%) in einem Mischer homogenisiert. Die Brennstofftabletten werden bei Preßdrücken zwischen 2 und 5 t/cm- zu Preßlingen mit Dichten zwischen 50 und 80% der theoretischen Dichte verpreßt. Das Sintern dieser Preßlinge erfolgt bei Temperaturen zwischen 1600 und 1700°C unier Vakuum oder Argon.Urankarbidpulver having a surface area of from 0.6 to I, 2m 2 / g is a pre-reacted and at 1300-1400 0 C then ground to a surface area of 0.6 to Um-Vg mixture of plutonium oxide and carbon (15 wt .-% ) homogenized in a mixer. The fuel tablets are compressed at compression pressures between 2 and 5 t / cm to form pellets with densities between 50 and 80% of the theoretical density. These compacts are sintered at temperatures between 1600 and 1700 ° C in a vacuum or argon.

Beispiel 3Example 3

Urankarbidpuiver mit einer Oberfläche von 1,0 bis 2,0 m2/g wird zu Sekundärteilchen mit Durchmessern zwischen 100 und ΙΟΟΟΟμΓη agglomeriert. Dieses Agglomerat wird mit einem Gemisch aus Plutoniumoxid und Kohlenstoff in einem Mischer homogenisiert. Die Brennstofftabletten werden ohne Gleitmittel bei Drükken zwischen 1 und 5 t/cm2 zu Grünlingen mit Dichten zwischen 50 und 80% der theoretischen Dichte verpreßt. Das Sintern erfolgt bei Temperaturen zwischen 1600 und 1700°C unter Vakuum oder Argon.Uranium carbide powder with a surface area of 1.0 to 2.0 m 2 / g is agglomerated to form secondary particles with diameters between 100 and ΙΟΟΟΟμΓη. This agglomerate is homogenized in a mixer with a mixture of plutonia and carbon. The fuel tablets are pressed without lubricant at pressures between 1 and 5 t / cm 2 to form green compacts with densities between 50 and 80% of the theoretical density. Sintering takes place at temperatures between 1600 and 1700 ° C under vacuum or argon.

Beispiel 4Example 4

Urankarbidpulver mit einer Oberfläche von 1,0 bis 2,0 m2/g wird mit einem Gemisch aus Plutoniumoxid und Kohlenstoff (20 Gew.-%) in einem Mischei homogenisiert. Das Gemisch aus Plutoniumoxid und Kohlenstoff wird dabei so eingestellt, daß ein unterstöchiometrisches Produkt mit einem Metallanteil von ca. 5 Gew.-% entsteht. Das Gemisch aus Urankarbidpulver. Plutoniumoxid und Kohlenstoff wird dann bei Drücken zwischen 1 und 5 t/cm2 zu Grünlingen mit Dichten zwischen 50 und 80% der theoretischen Dichte verpreßt. Das Sintern erfolgt bei Temperaturen zwischen 1600 und 1700°C unter Vakuum. Gegen Ende der Sinterung wird der entstandene Metallanteil, welcher bevorzugt an den Korngrenzen des Plutoniumkarbides angereichert ist, in einem Stickstoffstrom zwischen 700 und 18000C nitriert.Uranium carbide powder with a surface area of 1.0 to 2.0 m 2 / g is homogenized with a mixture of plutonia and carbon (20% by weight) in a mixing egg. The mixture of plutonium oxide and carbon is adjusted in such a way that a substoichiometric product with a metal content of approx. 5% by weight is formed. The mixture of uranium carbide powder. Plutonium oxide and carbon are then pressed at pressures between 1 and 5 t / cm 2 to form green compacts with densities between 50 and 80% of the theoretical density. Sintering takes place at temperatures between 1600 and 1700 ° C under vacuum. Towards the end of the sintering, the resulting metal portion, which is preferably enriched at the grain boundaries of the plutonium carbide, is nitrided in a nitrogen stream between 700 and 1800 ° C.

Beispiel 5Example 5

Urankarbidpulver mit einer Oberfläche von 1,0 bis 2,0 m2/g wird durch Mahlen in einer Vibrationskugelmühle mit Dekalin als Mahlflüssigkeit hergestellt. Stearinsäure wird in Mengen von 0,2 bis 1,0 Gew.-% des trockenen Mahlgutes bereits in der Mühle zugegeben. Durch Vakuumdestillationstrocknung wird die Mahlflüssigkeit entfernt. Das so hergestellte Pulver kann an Luft gehandhabt werden. Dieses Pulver wird mit einem Gemisch ans Plutoniurn^xid und Kohlenstoff in einemUranium carbide powder with a surface area of 1.0 to 2.0 m 2 / g is produced by grinding in a vibrating ball mill with decalin as the grinding liquid. Stearic acid is already added in the mill in amounts of 0.2 to 1.0% by weight of the dry grist. The grinding liquid is removed by vacuum distillation drying. The powder produced in this way can be handled in air. This powder is combined with a mixture of plutonium oxide and carbon in one

Mischer homogenisiert. Die Brennstofftabletten werden bei Drücken zwischen 1 und 5 t/cm2 zu Grünlingen mit Dichten zwischen 50 und 80% der theoretischen Dichte verpreßt. Das Austreiben der Stearinsäure erfolgt bei Temperaturen zwischen 400 und 8000C, das Sintern bei Temperaturen zwischen 1600 und 17000C unter Vakuum oder Argon.Mixer homogenized. The fuel tablets are pressed at pressures between 1 and 5 t / cm 2 to form green compacts with densities between 50 and 80% of the theoretical density. The stearic acid is driven off at temperatures between 400 and 800 ° C., the sintering at temperatures between 1600 and 1700 ° C. under vacuum or argon.

Beispiel 6Example 6

Granuliertes Urankarbidpulver mit einer Oberfläche von 1,0 bis 2,0 m2/g, hergestellt durch trockenes Mahlen in einer Attritormühle, wird in einem Rotationsverdampfer mit Hilfe von Stearinsäure inaktiviert. Hierbei wird Dekalin mit einem Zusatz von 5 bis i0 Gew.-% Stearinsäure in das, das Urankarbidpulver enthaltende, evakuierte und rotierende Gefäß eingespritzt. Während das Dekalin verdampft und sofort aus dem Gefäß entfernt wird, überzieht die Stearinsäure die Urankarbidgranulate mit einer Schutzschicht. Das so präparierte Pulver wird an Luft mit einem Gemisch aus Plutoniumoxid und Kohlenstoff in einem Mischer homogenisiert. Die Brennstofftabletten werden bei Drücken zwischen 1 und 5 t/cm2 zu Grünlingen mit Dichten zwischen 50 und 80% der theoretischen Dichte verpreßt. Das Austreiben der Stearinsäure erfolgt bei Temperaturen zwischen 300 und 8000C, das Sintern bei Temperaturen zwischen 1600 und 17000C unter Vakuum oder Argon.Granulated uranium carbide powder with a surface area of 1.0 to 2.0 m 2 / g, produced by dry grinding in an attritor mill, is inactivated in a rotary evaporator with the aid of stearic acid. Here, decalin with an addition of 5 to 10% by weight of stearic acid is injected into the evacuated and rotating vessel containing the uranium carbide powder. While the decalin evaporates and is immediately removed from the vessel, the stearic acid covers the uranium carbide granules with a protective layer. The powder prepared in this way is homogenized in air with a mixture of plutonium oxide and carbon in a mixer. The fuel tablets are pressed at pressures between 1 and 5 t / cm 2 to form green compacts with densities between 50 and 80% of the theoretical density. The stearic acid is driven out at temperatures between 300 and 800 ° C., the sintering at temperatures between 1600 and 1700 ° C. under vacuum or argon.

Beispiel 7Example 7

Urannitridpulver mit einer Oberfläche von 1,0 bis 2,0 m2/g wird mit einem Gemisch aus Plutoniumoxid und Kohlenstoff (20 Gew.-%) in einem Mischer homogenisiert. Das Verhältnis an Plutoniumoxid undUranium nitride powder with a surface area of 1.0 to 2.0 m 2 / g is homogenized in a mixer with a mixture of plutonia and carbon (20% by weight). The ratio of plutonia and

Kohlenstoff wird dabei so eingestellt, daß bei der Reaktion unter Stickstoff Plutoniumnitrid entstehen würde. Die Brennstofftablctten werden bei Prcßdrükken zwischen 2 und 5 t/cm2 zu Preßlingen mit Dichten zwischen 50 und 80% der theoretischen Dichte verpreßt. Das Sintern dieser Preßlinge erfolgt bei Temperaturen zwischen 1600 und 17000C unter Stickstoff. Die Abkühlung erfolgt unterhalb 1450 C unter Vakuum oder Argon.Carbon is adjusted in such a way that the reaction under nitrogen would produce plutonium nitride. The fuel tablets are pressed at pressures between 2 and 5 t / cm 2 to form compacts with densities between 50 and 80% of the theoretical density. The sintering of these compacts carried out at temperatures from 1600 to 1700 0 C under nitrogen. The cooling takes place below 1450 C under vacuum or argon.

Beispiel 8Example 8

Urannitridpulver mit einer Oberfläche von 1,0 bis 2,0 m2/g wird durch Mahlen in einer Attritormühle mit Dekalin ais Mahiiiüssigkeit hergestellt. Stearinsäure wird in Mengen von 0,2 bis 1,0 Gew.-% des trockenen Mahlgutes in der Mühle zugegeben. Durch Vakuumdestillation wird die Mahlflüssigkeit entfernt. Das so hergestellte Pulver kann an Luft gehandhabt werden. Dieses Pulver wird mit einem bei 1300 bis 14000C vorreagierten und anschließend auf eine Oberfläche von 0,6 bis I,2m2/g gemahlenem Gemisch aus Plutoniumoxid und Kohlenstoff (20 Gew.-%) in einem Mischer homogenisiert. Das Gemisch aus Plutoniumoxid und Kohlenstoff wurde dabei so eingestellt, daß bei der Reaktion unter Stickstoff Plutoniumnitrid entsteht. Die Brennstofftabletten werden bei Preßdrücken zwischen 2 und 5 t/cm2 zu Preßlingen mit Dichten zwischen 50 und 80% der theoretischen Dichte verpreBt. Das Sintern dieser Preßlinge erfolgt bei Temperaturen zwischen 1600 und 17000C unter Stickstoff. Die Abkühlung erfolgt bei Temperaturen unterhalb von 14500C unter Vakuum oder Argon.Uranium nitride powder with a surface area of 1.0 to 2.0 m 2 / g is produced by grinding in an attritor mill with decalin as a grinding liquid. Stearic acid is added in the mill in amounts of 0.2 to 1.0% by weight of the dry grist. The grinding liquid is removed by vacuum distillation. The powder produced in this way can be handled in air. This powder is pre-reacted with an at 1300-1400 0 C and then homogenized on a surface area of 0.6 to I, 2m 2 / g of ground mixture of plutonium oxide and carbon (20 wt .-%) in a mixer. The mixture of plutonium oxide and carbon was adjusted so that plutonium nitride is formed during the reaction under nitrogen. The fuel tablets are compressed at compression pressures between 2 and 5 t / cm 2 to form pellets with densities between 50 and 80% of the theoretical density. The sintering of these compacts carried out at temperatures from 1600 to 1700 0 C under nitrogen. The cooling takes place at temperatures below 1450 ° C. under vacuum or argon.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (6)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Herstellungeines Kernbrennstoffes aus Uran-Plutonium-Monokarbid bzw. Uran-Plutonium-Mononitrid durch Kaltpressen eines Uran- und Plutonium-Verbindungen enthaltenden Ausgangspulvers mit Kohlenstoff zu Formkörpern und Reaktionssintern dieser Formkörper, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangspulver reines Urankarbidpulver bzw. Uran-Nitridpulver und Plutoniumoxid eingesetzt wird.1. Process for the production of a nuclear fuel from uranium-plutonium-monocarbide or uranium-plutonium-mononitride by cold pressing a starting powder containing uranium and plutonium compounds with carbon to form shaped bodies and reaction sintering of these shaped bodies, thereby characterized in that the starting powder is pure uranium carbide powder or uranium nitride powder and plutonia is used. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das reine Uran-Karbidpulver bzw. Uran-Nitridpulver mit Hilfe chemischer Substanzen '5 inaktiviert wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the pure uranium carbide powder or Uranium nitride powder is inactivated with the aid of chemical substances' 5. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das reine Uran-Karbidpulver bzw. Uran-Nitridpulver hergestellt und anschließend mii einem Gemisch aus vorreagiertem Plutoniumoxid und Kohlenstoff gemischt wird.3. The method according to claim 1, characterized in that that first the pure uranium carbide powder or uranium nitride powder is produced and then with a mixture of pre-reacted plutonia and carbon is mixed. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das reine Uran-Karbidpulver bzw. Uran-Nitridpulver granuliert hergestellt wird.4. The method according to claim 1, characterized in that first the pure uranium carbide powder or granulated uranium nitride powder is produced. 5. Verfahren zur Herstellung eines Kembrennstof- 2S fes aus Uran-Plutonium-Monokarbid nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das zunächst hergestellte reine Uran-Karbidpulver mit einer reagierten, gemahlenen, unterstöchiometrisch eingestellten Mischung aus Plutoniumoxid und Kohlenstoff gemischt, bindemittelfrei zu Brennstofftabletten gepreßt und das bei der Reaktionssinterung entstandene Brennstoffmetall gegen Ende der Sinterung nitriert wird.5. A method for producing a nuclear fuel 2 S fes from uranium plutonium monocarbide according to claim I, characterized in that the initially produced pure uranium carbide powder mixed with a reacted, ground, sub-stoichiometric mixture of plutonium oxide and carbon, binder-free to fuel tablets pressed and the fuel metal formed during the reaction sintering is nitrided towards the end of the sintering. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die unterstöchiometrisch eingestellte Mischung aus Plutoniumoxid und Kohlenstoff vorreagiert wird.6. The method according to claim 5, characterized in that the substoichiometric set Mixture of plutonia and carbon is prereacted.
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