DE2401294A1 - Keramische kernbrennstoff-pellets und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Keramische kernbrennstoff-pellets und verfahren zu ihrer herstellung

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Ronald Henry Watson
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British Nuclear Fuels Ltd
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Description

DR. 3ERG DI=3L-ING. STAPF
PATENTANWÄLTE
8 MÜNCHEN 8O. MAUERiURCHERSTR. 45
Anwaltsakte 24 663 n. Januar 1974
Be/Ro
British Nuclear luels Limited London / Großbritannien
"Keramische Kernbrennstoff-Pellets und Verfahren zu ihrer Herstellung"
Diese Erfindung betrifft die Herstellung von keramischen Kernbrennstoffpellets, im nachfolgenden allgemein als Tabletten bezeichnet.
Pur die Herstellung von Kernbrennstofftabletten geringer· Dichte aus Urandioxid, Plutoniumdioxid oder Gemischen von Urandioxid und Plutoniumdioxid stehen zwei grundsätzliche Verfahren zum Erreichen geringer Dichten zur Verfügung,, Nach dem ersten Verfahren stellt man ein Oxid her, das die
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genaue Menge an potentieller Energie enthält, so daß die gewünschte Dichte nach dem Sintern "bei dem ausgevrählten Zeit- und Temperaturprofil in dem Sinterungsofen erreicht wird, lach dem zweiten Verfahren verwendet man ein Dioxidpulver in Standardqualität, das zu einer höheren Dichte als gewünscht versintert und bringt in die Tabletten des Dioxidpulvers die erforderliche Menge eines entfernbaren Additivs ein, wodurch das genaue Ausmaß an Porosität in den Pellets nach dem Sintern erreicht wird»
Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Kernbrennstoff-Tabletten, wozu man in ein Pulvergemisch Ammoniumoxalatpulver und entweder Urandioxidpulver' oder Plutoniumdioxidpulver oder sowohl Urandioxid- als auch Plutoniumdioxidpulver einbringt, das Gemisch in Tabletten verformt und die Tabletten zur Versinterung bringt.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Pulvergemisch und Tabletten von Ammoniumoxalat und entweder Urandioxid oder Plutoniumdioxid oder sowohl Urandioxid als auch. Plutoniumdioxidο
Bs wurden bisher verschiedene Materialien als entfernbare Additive zur Beeinflussung der Dichte von Urandioxidbrennstoff-Tabletten vorgesehene Die Torteile der Verwendung von Ammoniumoxalat bestehen darin, daß es bei der Herstellung von Porengrößen im großen Umfang über einen breiten Dichtebereich wirksam ist, daß sein Verhalten voraussehbar ist, weil
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seine Gegenwart die Sinterungseigenschaften der Kernbrennstoff-Tablette nicht ändern, seine Handhabungseigenschaften gut sind und es leicht zu entfernen ist, und die Gasbildungsgeschwindigkeit bei der Zerfallstemperatur so ist, daß keine Rißbildung oder Zerbrechen der Tablette eintritt, wenn die Tabletten, die das Additiv enthalten, unter den üblicherweise verwendeten Bedingungen der Kernbrennstoffherstellung verarbeitet werden. Weiterhin ist kein Verfahren zur Entfernung des Bindemittels erforderlich, um die vollständige Entfernung des Additivs zu bewirken, noch liefert selbst unter ungünstigen Verfahrensbedingungen das Additiv Zerfallsprodukte, die die Entfernung von Verunreinigungen, wie iluor, die normalerweise bei der Sinterung entfernt werden, inhibieren.
Die Verwendung von Ammoniumoxalat als entfernbares Additiv für Urandioxidtabletten wird in beispielhafterweise durch die nachfolgenden Versuche erläutert, wobei die Ergebnisse aus den begleitenden graphischen Zeichnungen (Figuren 1 und 2) zu entnehmen sind.
Urandioxid wurde eine Stunde in einer Laboratoriums-Kugelmühle gemahlen und dann mit 63 - 75 /um oder 75 - 105 /um Ammoniurnoxalat gemischt. Es wurden 13 Gemische mit wechselnden Mengen an Ammoniumoxalat zwischen 1,76 und 60 Vol-$ hergestellt. Ähnliche Gemische aus Urandioxidpulver und 7,1 Yo±-fo Ammoniumoxalat wurden hergestellt, wobei das Ammoniumoxalat in 11 Größenbereichen zwischen 10 und 300 /um verwendet wurde.
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Die Tabletten wurden mit den gesamten oben angegebenen Gemischen hergestellt, ohne daß ein Bindemittel verwendet wurde. Die Granulierung der Pulver wurde mittels Yorverdichtung
("bei 0,75 te/cm ) erreicht und die Tabletten wurden bei
4 te/cm verpreßt. Die Tabletten wurden versintert, wobei ein Temperaturprofil verwendet wurde, durch das man nach 1 Stunde eine Spitzentemperatur von 1625 C erreichte, und sie wurden im Kreislauf durch die Sinterungsstufe zurückgeführt, wodurch man weitere stündliche Perioden bei Spitzentemperatur erreichte.
Die Dichten der gesamten hergestellten Tabletten wurden gemessen. Es wurden dabei sowohl die Eintauch- als auch die geometrischen Dichten erhalten, und es wurde festgestellt, daß sie in Übereinstimmung waren, woraus sich ergibt, daß die Tabletten keine verbundene Porosität aufwiesen» Die Ergebnisse sind den begleitenden grafischen Darstellungen zu entnehmen.
Dabei zeigt Figur 1 die Wirkung der Menge der Ammoniumoxalatzugabe auf die Dichte, und Figur 2 die Wirkung der Partikelgröße des Ammoniumoxalats auf die Dichte.
Kernbrennstoff-Tabletten gesteuerter Dichte können in der gleichen Weise mit Plutoniumdioxid erhalten werden, wozu man das gesamte oder einen Teil des TJrandioxids ersetzt.
Es folgt nunmehr ein Beispiel einer Ausführungsforiii der Er-
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findung zur Herstellung von gemischten Urandioxid/Plutoniumdioxidta"bletten.
Urandioxidpulver und Plutοniumdioxidpulver wurden trocken in einer Kugelmühle gemischt. Das erhaltene Gemisch wurde mit 1,7 Gewo^o Ainmoniumoxalat im Größenbereich von 20 - 50 /um handgemischt und dann mit einem Bindemittel granuliert und zu Tabletten verdichtet. ^Ie Tabletten wurden in Kohlendioxid bei 800°Ο von dem Bindemittel befreit und in einem 4?oigen Wasserstoff /Argongemisch bei 165O0O gesintert. Die Dichte der gesinterten Tabletten betrug 91»5$ der theoretischen Dichte und die mittlere Porengröße etwa 30/um.
Die mit der Verwendung von Ammoniumoxalat als entfernbarem Additiv nach der vorliegenden Erfindung verbundenen Vorteile sind aus den beiden folgenden Beispielen zu erkennen«.
1. Dextrin, Stärke, Saccharose und Ammoniumoxalat wurden in ein gemahlenes Urandioxid in solchen Mengen eingemischt, daß man eine Dichte von 9,8 g/cm erhielt, wenn das Gemisch auf dem Bindemittelweg granuliert, mit 6,4 g/om verpreßt, in Kohlendioxid bei 8GO0G von dem Bindemittel befreit, und 4 Stunden bei 1625°G versintert wurde.
Die Tabletten unter Verwendung von Saccharose enthielten bedeutende Mengen an verbundener Porosität und hatten einen Dichtegradienten, wobei die geringste Dichte im Zentrum lag. Die Pellets unter Verwendung von Dextrin und Stärke hatten
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zwar keine verbundene Porosität, wiesen aber viele Hisse bis zu 1 mm Länge auf, die von der verursachten Porosität · herrührten, wobei sie in einer Ebene parallel au der Tablettenendoberfläche verliefen.
Die Tabletten unter Verwendung von Ammoniumoxalat wiesen keine Rißbildung, verbundene Porosität oder Inhomogenität auf, wenn sie unter den gleichen Bedingungen verarbeitet wurden.
2. Es wurden die für das erste Beispiel ausgewählten Additive und das Oxid verwendet, um Tabletten ohne Bindemittel
■ζ ρ
nach Sinterung auf 8 g/cm nach Vorpressen, bei 6 te/cm und 4-stündiger Sinterung bei 1625°C ohne eine Entfernung des Bindemittels herzustellen. Die Saccharose enthaltenden Tabletten zerbrachen und zeigten starke Rißbildung und etwas verbundene Porosität. Die ütärke enthaltenden Tabletten zeigten breite Risse und Schichtbildung der Tabletten (wobei unter Schichtbildung eine Diskontinuität zu verstehen ist, die im wesentlichen parallel zu einer Endoberfläche einer Tablette verläuft). Die Tabletten mit Dextrinadditiv blieben intakt, zeigten jedoch ebenso Rißbildung und Inhomogenität, mit einigen Bereichen sehr geringer Dichte. Die Tabletten, die Ammoniumoxalat enthielten, waren demgegenüber homogen und ohne Rißbildung und wiesen keine verbundene Porosität auf.
Patentansprüche:
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Claims (6)

  1. Patentansprüche :
    χ-Ι.; Verfahren zur Herstellung von Kernbrennstoffpellets durch Mischen von Urandioxidpulver und/oder Plutoniumdioxidpulver mit einem entfernbaren Additiv, Verformen des Gemischs in Tabletten und Sintern der Tabletten, dadurch gekennzeichnet, daß man als entfernbares Additiv Ammoniumoxalat verwendet.
  2. 2. Kernbrennstoffpellets mit dem Gehalt von Ilrandioxid oder Plutoniumdioxid oder sowohl Urandioxid als auch Plutoniumdioxid, wobei die Pellets weiterhin Ammoniumoxalat enthalten.
  3. 3. Pulvergemisch mit dem Gehalt von Ammoniumoxalat und entweder Urandioxid oder Plutoniumdioxid oder ^owohl Urandioxid als auch Plutoniumdioxid.
  4. 4. Gesinterte Kernbrennstoffpellets von Urandioxid oder Plutoniumdioxid oder gemischtem Urandioxid und Plutoniumdioxid, dadurch gekennzeichnet, daß sie keine verbundene Porosität aufweisen.
  5. 5. Gesinterte Kernbrennstoffpellets von Urandioxid oder Plutoniumdioxid oder gemischtem Urandioxid und Plutoniumdioxid, dadurch gekennzeichnet, daß sie frei von Rissen sind.
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  6. 6. Gesinterte Kernbrennstoffpellets von Urandioxid oder Plutoniumdioxid oder gemischtem Urandioxid und Plutoniumdioxid, dadurch gekennzeichnet, daß sie frei -von Schichtbildung sindo
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    Leerseite
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JPS49101795A (de) 1974-09-26
US3995000A (en) 1976-11-30
IT1004686B (it) 1976-07-20
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