DE2063720C3 - Oxidic nuclear fuel or nuclear fuel for fuel and / or breeding elements - Google Patents
Oxidic nuclear fuel or nuclear fuel for fuel and / or breeding elementsInfo
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Description
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Die Erfindung geht von der überraschenden Erkenntnis aus, daß einige Metalloxide wie Aluminiumoxid Nioboxid od. dgl. bei gleichmäßiger Verteilung im Brenn- und/oder Brutstoff die Eigenschaft haben, mit den bei der Kernspaltung gebildeten festen Spaitprodukten stabile und nicht flüchtige komplexe Metalloxide zu bilden und somit die Spaltprodukte im Brenn- und/oder Brutstoff zurückhalten.The invention is based on the surprising finding from the fact that some metal oxides such as aluminum oxide or niobium oxide. The like. With uniform distribution in the fuel and / or breeding material have the property of the solid split products formed during nuclear fission to form stable and non-volatile complex metal oxides and thus the cleavage products in the Hold back fuel and / or breeding material.
Von dieser Erkenntnis ausgehend wird die Aufgabe der Erfindung bei einem Kernbrenn- oder Kcrnbrutstoff der oben genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß dem Kernbrenn- oder Kernbrutstoff bis zu 10 Atomprozentsich mit den bei der Kernspaltungbildenden festen Spaltprodukten bei Temperaturen oberhalb von 800° C zu komplexen Metalloxiden, die bis zu einer Temperatur von 1500° Cnicht flüchtig sind, verbindende Metalloxide mit niedrigem Neutroneneinfangquerschnitt - wie Aluminiumoxid, Nioboxid od. dgl. - in fein verteilter Form zugesetztOn the basis of this knowledge, the object of the invention is achieved in the case of a nuclear fuel or granular material of the type mentioned above according to the invention in that the nuclear fuel or nuclear fuel up to 10 atomic percent differs from those formed during nuclear fission solid fission products at temperatures above 800 ° C to form complex metal oxides, which are non-volatile up to a temperature of 1500 ° C, binding metal oxides with low Neutron capture cross-section - such as aluminum oxide, niobium oxide or the like - added in finely divided form
Durch die Verwendung von feinverteilten Metalloxiden im Kernbrenn- oder Kernbrutstoff gemäß der Erfindung wird erreicht, daß die beim Spaltprozeß entstehenden festen Spaltprodukte innerhalb der Brenn- und/oder Brutstoffteilchen abgebunden werden. Wird z. B. als Metalloxid Aluminiumoxid benutzt, entstehen komplexe Metalloxide wie SrAl2O4, SrAl4O7, SrAl12O19, BaAl2O4, BaAl12O19, deren Schmelzpunkte zwischen 1800° C und 1900° C liegen. In gleicher Weise wie mit Aluminiumoxid läßt sich auch mit feinverteiltem Nioboxid die erwünschte Bindung der festen Spaltprodukte erreichen. Einsetzen läßt sich beispielsweise auch Siliziumoxid, insbesondere zum Abbinden der Caesiumisotope. Es sind auch Mischungen von Metalloxiden, z. B. eine Mischung, die Siliziumoxid und Aluminiumoxid enthält, verwendbar, wobei die für die Bindung der festen Spaltprodukte vorteilhaften Eigenschaften der einzelnen Metalloxide jede für sich ausgenutzt werden. By using finely divided metal oxides in the nuclear fuel or nuclear fuel according to the invention it is achieved that the solid fission products formed during the fission process are bound within the fuel and / or debris particles. Is z. If, for example, aluminum oxide is used as the metal oxide, complex metal oxides such as SrAl 2 O 4 , SrAl 4 O 7 , SrAl 12 O 19 , BaAl 2 O 4 , BaAl 12 O 19 , whose melting points are between 1800 ° C and 1900 ° C are formed. In the same way as with aluminum oxide, the desired binding of the solid cleavage products can also be achieved with finely divided niobium oxide. For example, silicon oxide can also be used, in particular for binding the cesium isotopes. Mixtures of metal oxides, e.g. B. a mixture containing silicon oxide and aluminum oxide can be used, the advantageous properties of the individual metal oxides for binding the solid cleavage products being used for themselves.
Die Metalloxide können als Pulver dem pulverförmigen Brenn- und/oder Brutstoff beigemischt werden, doch ist es selbstverständlich auch möglich, in den Fällen, in denen der Brenn- und/oder Brutstoff ausgehend von einer wäßrigen Lösung hergestellt wird, den zur Bindung der festen Spaltprodukte verwendeten Werkstoff als wäßrige Lösung zuzugeben, wobei er während des Sintervorganges in ein im Brenn- und/oder Brutstoff gleichmäßig verteiltes Oxid übergeht.The metal oxides can be powdered or powdered Fuel and / or breeding material are added, but it is of course also possible in those cases in which the fuel and / or breeding material is produced from an aqueous solution is to add the material used to bind the solid fission products as an aqueous solution, during the sintering process in a uniformly distributed in the fuel and / or breeding material Oxide passes over.
Ein Ausführungsbeispiel zur Herstellung eines Brenn- und Brutstoffes gemäß der Erfindung, bei dem bei der Herstellung von einer wäßrigen Lösung ausgegangen wird, ist im folgenden näher beschrieben.An embodiment for the production of a fuel and breeding material according to the invention, in which an aqueous solution is assumed in the preparation is described in more detail below.
AusführungsbeispielEmbodiment
Eine Lösung aus 256 g (TH) (NO3J4 5H2O und 28,5 g UO2(NO3)2 · 6H2O in 500 ml Wasser wurde unter Rühren zu 500 ml 25%iger Ammoniaklösung gegeben. Der dabei entstandene Niederschlag wurde durch Absaugen von der überstehenden Lösung getrennt und mit insgesamt 10 1 Wasser ionenfrei gewaschen In einer weiteren Verfahrensstufe wurde derA solution of 256 g of (TH) (NO 3 J 4 5H 2 O and 28.5 g of UO 2 (NO 3 ) 2 · 6H 2 O in 500 ml of water was added to 500 ml of 25% ammonia solution with stirring The resulting precipitate was separated from the supernatant solution by suction and washed free of ions with a total of 10 1 of water
Niederschlag mit 1,5 1 Wasser aufgerührt und nach Zugabe von 9,4 g A1(NO3)3 9H2O und 125 ml IMHNO3 zum Sieden erhitzt. Die dabei entstandene kolloidale Lösung (Sol) wurde auf 167 ml eingedampft, wobei eine Konzentration von etwa 600 g Th/1 erreicht wurde. Das Sol wurde anschließend bei 10° C mit 1M(CH2)6N4-Lösung (0,5 bis 1 ml/10 g Sol) gemischt und in 90 bis 95° C heißes Paraffinöl eingetropft. Die dabei gebildeten Partikeln wurden mit Petroläther von dem ihnen anhaftenden Paraffinöl befreit. Um das bei der Gelierung der Soltropfen entstandene NH4NO3 zu entfernen, wurden die Partikeln in einem Glasgefäß 5 Stunden unter konzentrierter Ammoniaklösung aufbewahrt. Die Lösung wurde dann abgesaugt und die Partikeln an Luft bei 50 bis 70° C so weit vorgetrocknet, bis sie frei rollten. Nach dieser Behandlung wurden die Partikeln in einem wasserstoffgespülten Rohrofen mit Silitstabheizung 5 Stunden bei 1300° C zu dichten Brennstoff kernen gesintert. Die Brennstoffkerne wurden anschließend in einem aus Graphit bestehender« Fließbett bei 1550" C durch Zersetzung von Acetylen mit einer porösen Pyrokohlenstoffschicht und bei 1300° C durch Zersetzung von Propylen mit einer dichten Pyrokohleostoffschicht umhüllt.The precipitate was stirred up with 1.5 l of water and, after addition of 9.4 g of A1 (NO 3 ) 3 9H 2 O and 125 ml of IMHNO 3, heated to the boil. The resulting colloidal solution (sol) was evaporated to 167 ml, a concentration of about 600 g Th / 1 being reached. The sol was then mixed with 1M (CH 2 ) 6 N 4 solution (0.5 to 1 ml / 10 g sol) at 10 ° C. and added dropwise to paraffin oil at 90 to 95 ° C. The particles formed in the process were freed from the paraffin oil adhering to them with petroleum ether. In order to remove the NH 4 NO 3 formed during the gelation of the sol droplets, the particles were kept in a glass vessel under concentrated ammonia solution for 5 hours. The solution was then suctioned off and the particles were predried in air at 50 to 70 ° C. until they rolled freely. After this treatment, the particles were sintered in a hydrogen-flushed tubular furnace with silicon rod heating for 5 hours at 1300 ° C to form dense fuel cores. The fuel cores were then encased in a fluidized bed made of graphite at 1550 "C by decomposing acetylene with a porous pyrocarbon layer and at 1300 ° C by decomposing propylene with a dense pyrocarbon layer.
ίο Eine vergleichende Untersuchung der Freisetzung der wichtigen Spaltprodukte Sr-90 und Ba-140 aus derartigen beschichteten Teilchen unter Reaktorbedingungen ergab, daß im Gegensatz zu Teilchen mit Al2O3-freien Brennstoffkernen aus den hier beschrie-ίο A comparative study of the release of the important fission products Sr-90 and Ba-140 from such coated particles under reactor conditions showed that, in contrast to particles with Al 2 O 3 -free fuel cores from the here described
benen Teilchen nach 21 Tagen bei 1200° C keine Freisetzung von Sr-90 und Ba-140 erfolgte.beneath particles after 21 days at 1200 ° C no release of Sr-90 and Ba-140 took place.
Claims (1)
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19702063720 DE2063720C3 (en) | 1970-12-24 | Oxidic nuclear fuel or nuclear fuel for fuel and / or breeding elements | |
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GB5830671A GB1370928A (en) | 1970-12-24 | 1971-12-15 | Fuel and/or fertile material for nuclear reactors |
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US05/326,823 US4006096A (en) | 1970-12-24 | 1973-01-26 | Method of making fissionable-fuel and fertile breeder materials for nuclear reactors |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (3)
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DE2063720A1 DE2063720A1 (en) | 1972-06-29 |
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