DE3327921A1 - METHOD FOR PRODUCING CORE REACTOR FUELS - Google Patents
METHOD FOR PRODUCING CORE REACTOR FUELSInfo
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1OOO BERLIN-DAHLEM 33 ■ PODBIELSKIALLEE 68 8OOO MÜNCHEN 22 . Wl D EN M AYER STRASS E 4g1OOO BERLIN-DAHLEM 33 ■ PODBIELSKIALLEE 68 8OOO MUNICH 22. Wl D EN M AYER STRASS E 4g
BERLIN: DIPL.-INS. R. MÜLLER-BORN ER BERLIN: DIPL.-INS. R. MÜLLER-BORN ER
MÜNCHEN: D1PL.-ING. HANS-HEINRICH WEY MUNICH: D1PL.-ING. HANS-HEINRICH WEY
EUROPAISCHE ATOMGEMEINSCHAFT (EURATOM) EUROPEAN ATOMIC COMMUNITY (EURATOM)
Berlin, den 29. Juli 1983Berlin, July 29, 1983
Verfahren zur Herstellung von Kernreaktorbrennstoffen Process for the production of nuclear reactor fuels
(Priorität: Luxemburg, Nr. 84 367 v. 6.9.82)(Priority: Luxembourg, No. 84 367 of 6.9.82)
6 Seiten Beschreibung mit 2 Patentansprüchen 1 Verfahrensschema Zusammenfassung6 pages description with 2 claims 1 process scheme summary
MB/Ma - 27 933MB / Ma - 27,933
BERLIN: TELEFON (O3O) 8312O88 MÜNCHEN: TELEFON (08S) 225585BERLIN: TELEPHONE (O3O) 8312O88 MUNICH: TELEPHONE (08S) 225585
KABELrPROPINDUS-TELEX: 184057 KA B EL: P ROPI N DU S · TELEX: 524244KABELrPROPINDUS-TELEX: 184057 KA B EL: P ROPI N DU S TELEX: 524244
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kernreaktorbrennstoffen vom Typ MX, wobei M ein Actinidemetall und X Stickstoff und/oder Kohlenstoff darstellt, wobei das Äctinideoxid oder die Actinideoxide mit Kohlenstoff vermischt, verpreßt und !carbothermisch reduziert werden.The invention relates to a method for producing nuclear reactor fuels of the MX type, where M is a Actinide metal and X represents nitrogen and / or carbon, the actinide oxide or the actinide oxides mixed with carbon, pressed and! carbothermally reduced.
Für schnelle Brutreaktoren wird allgemein Brennstoff vom Typ MX (z. B. Uran-Plutoniumkarbide) wegen einer höheren Brutrate und kürzerer Verdoppelungszeit im Vergleich mit Oxidbrennstoff eine große Bedeutung beigemessen. Gemischte Carbonitride kommen ebenfalls in Frage.Type MX fuel (e.g. uranium-plutonium carbide) is generally used for fast breeder reactors because of its higher Great importance is attached to the breeding rate and shorter doubling time compared to oxide fuel. Mixed Carbonitrides are also possible.
Die technologische Herstellung geschieht hauptsächlich durch karbothermische Reduktion von Uranoxid-Plutoniurnoxid-Kohlenstoffgemischen. Diese Oxid-Kohlenstoffpulvergemisch^ werden zu Tabletten, Scheiben etc. verpreßt und unter Vakuum, Inertgas oder Stickstoff b ii Temperaturen von ca. 14000C bis 18000C mehrere Stunden erhitzt. Dabei entstehen Sinterkörper der gewünschten chemischen Zusammensetzung mit einer Dichte von 40 bis 60 % theoretischer Dichte (TD).The technological production takes place mainly through the carbothermal reduction of uranium oxide-plutonium oxide-carbon mixtures. This oxide-carbon powder mixture ^ be compressed into tablets, wafers, etc., and under vacuum, inert gas or nitrogen b ii temperatures of about 1400 0 C to 1800 0 C heated for several hours. This creates sintered bodies of the desired chemical composition with a density of 40 to 60% of the theoretical density (TD).
Für den Einsatz im Reaktor werden jedoch Tablettendichten > 80 % TD verlangt. Deshalb werden die Sinterkörper mit 40 bis 60 % TD zerkleinert und gemahlen (Hammermühlen, Kugelmühlen, Vibrationsmühlen etc.}. Durch das Mahlen wird die Oberfläche der Pulver vergrößert und die Reaktivität der Pulver erhöht. Diese Pulver werden anschließend in die gewünschte Form verpreßt und gesintert. Die Tablettendichten liegen zwischen 80 und 97 % TD.However, tablet densities> 80% TD are required for use in the reactor. The sintered bodies are therefore crushed and ground with 40 to 60% TD (hammer mills, ball mills, vibration mills, etc.). The grinding increases the surface area of the powder and increases the reactivity of the powder. These powders are then pressed into the desired shape and sintered The tablet densities are between 80 and 97 % TD.
Der Verfahrensschritt des Zerkleinerns und Mahlens führt neben einem gewissen Geräte- und Zeitaufwand zu einer starkenThe process step of comminuting and grinding leads to a large amount of equipment and time, in addition to a certain amount of time and equipment
Staubbildung innerhalb de^ produktberührten Arbeitsvolumens
(Handschuhkasten-Geräte). Der hohe Staubanteil innerhalb de; Arbeitsvolumens führt einmal zu einer beachtlichen Strahlen·
.belastung des Personals und beinhaltet zum anderen ein Sich« heitsrisiko, da feine Pulver von MX-Brennstoffen pyrophor
sind.Dust formation within the working volume in contact with the product (glove box devices). The high proportion of dust within de; On the one hand, the volume of work leads to considerable radiation exposure of the staff and, on the other hand, involves a safety risk, since fine powders of MX fuels are pyrophoric
are.
Außerdem muß dieser Verfahrensschritt wegen der hohen Affinität der erzeugten Pulver gegenüber Sauerstoff unter Inertgasatmosphäre
mit sehr geringen 0„- und H„O-Restgehalten
(im allgemeinen C50 ppm) ausgeführt werden.In addition, because of the high affinity of the powders produced for oxygen, this process step must be carried out under an inert gas atmosphere with very low residual 0 "and H" O contents
(generally C50 ppm).
Die meisten technologisch relevanten Verfahren beruhen auf dem Prinzip der karbothermischen Reduktion von Oxiden und
basieren auf Preß-Sinterteehnik (mischen von M0„ + C, presse
karbothermische Reduktion; brechen-mahlen des Reaktionsproduktes
MX; pressen; sintern).Most of the technologically relevant processes are based on the principle of carbothermal reduction of oxides and
are based on press-sintering technology (mixing M0 + C, press carbothermal reduction; crushing-grinding of the reaction product MX; pressing; sintering).
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß das Reaktionsprodukt
direkt, also ohne vorhergehendes Zerkleinern und Mahlen,
nachverdichtet und dann bei hoher Temperatur, z. B. 1400 bis 1800°C,thermisch behandelt wird.According to the invention it is proposed that the reaction product be used directly, that is to say without prior comminution and grinding,
recompressed and then at high temperature, e.g. B. 1400 to 1800 ° C, is thermally treated.
Das "Direkt-Preßverfahren" beruht, wie die meisten MX-Kern-'
brennstoff-Herstellungsverfahren, auf der karbothermisehen
Reduktion der Oxide bzw. deren Gemische. Die Oxid-Kohlenstoi
gemische werden in einer bestimmten, der Geometrie des Endproduktes
angepaßten Form verpreßt und thermisch behandelt (bei 1300 bis 18000C unter Vakuum oder Inertgas oder Stickstoff
bzw. Stickstoff—Inertgasgemischen). Nach der thermiscl·
Behandlung liegt das Reaktionsprodukt in der gewünschten
chemischen Zusammensetzung in Form von Tabletten mit vorge-The "direct pressing process" is based, like most of the MX core fuel production processes, on the carbothermic reduction of the oxides or their mixtures. The oxide Kohlenstofhechnik mixtures are in a particular geometry of the final product matched pressed mold, and thermally treated (at 1300 to 1800 0 C under vacuum or inert gas or nitrogen or nitrogen-inert gas mixtures). After the thermal treatment, the reaction product is in the desired one
chemical composition in the form of tablets with
gebenen Dimensionen und einer Materialdichte von 40 bis 60 % vor. Die einzelnen Tabletten werden in einer normalen Kaltpresse direkt, α. h. im Gegensatz zu üblichen Verfahren ohne vorhergehendes Zerkleinern und Mahlen, chargiert und nachverdichtet. Anschließend werden die Preßlinge durch Nachsintern bei 1400 bis 1800°C unter Vakuum oder Inertgas oder Stickstoff bzw. Inertgas-Stickstoffgemisch auf die gewünschte Dichte und Dimension gebracht.given dimensions and a material density of 40 to 60 % . The individual tablets are in a normal cold press directly, α. H. In contrast to the usual methods without prior crushing and grinding, batched and recompacted. The compacts are then brought to the desired density and dimensions by re-sintering at 1400 to 1800 ° C. under vacuum or inert gas or nitrogen or an inert gas-nitrogen mixture.
Durch dieses neue Verfahren entfällt der Verfahrensschritt "Zerkleinern-Mahlen", der in den bisherigen Verfahren verwendet wird. Näheres ist aus dem beigefügten Verfahrensschema ersichtlich. This new process eliminates the process step "Mincing-Grinding" used in previous methods. Further details can be found in the attached process diagram.
Dadurch ergeben sich gegenüber den bisherigen Herstellungsverfahren folgende Vorteile:This results in comparison to previous manufacturing processes the following advantages:
- geringerer Aufwand an Geräten und Zeit,- less equipment and time,
- die Handhabung von MX-Typ-Pulver mit ihrer großen Affinität gegenüber Sauerstoff entfällt,- the handling of MX-type powder with its great affinity not applicable to oxygen,
- ein auf praktisch Null reduzierter Staubanteil.- a dust content reduced to practically zero.
Die beiden vorhergehenden Punkte ergeben einen geringeren Aufwand für die zur Handhabung notwendige Schutzgasatmosphäre (die Affinität gegenüber Sauerstoff der MX-Brennstoffe ist abhängig von ihrer spezifischen Oberfläche). Das Risiko der Selbstentzündung durch Pulver bzw. Staub wird vermieden. Die Strahlenbelastung des Personals wird wesentlich reduziert. Die Spaltstoff-Flußkontrolle wird erleichtert.The two previous points result in less effort for the protective gas atmosphere required for handling (the affinity for oxygen of the MX fuels depends on their specific surface). The risk of self-ignition from powder or dust is avoided. The radiation exposure of the staff is significantly reduced. The flow of fissile materials is facilitated.
Weiter kann man die Matrizen der Pressen durch Preßlinge anstelle von Pulvern chargieren, d. h.Furthermore, the dies of the presses can be charged with compacts instead of powders; H.
- einfaches und schnelles Chargieren der Matrizen,- quick and easy charging of the matrices,
- einfacher und gut kontrollierbarer Materialfluß,- simple and easily controllable material flow,
- kurze und billigere Matrizen aufgrund des geringen Verdichtungsverhältnisses,- short and cheaper dies due to the low compression ratio,
- keine metallischen Verunreinigungen, die bei dem bisher üblichen Zerkleinern und Mahlen entstehen,- no metallic impurities, which were previously common crushing and grinding,
- große Variationsmöglichkeiten in bezug auf Brennstoffstruktur (z. B. Porengroße, Nachsinterverhalten) durch Wahl der entsprechenden Parameter der Ausgangsmaterialien. - Great possibilities for variation with regard to the fuel structure (e.g. pore size, post-sintering behavior) Choice of the appropriate parameters of the starting materials.
Das neue Verfahren wurde bereits praktisch erprobt. Es wurd z. B. Uran-Plutoniumkarbidbrennstoffe mit verschiedenen Brennstoffdichten und Sau^rstoffrestgehalten hergestellt und charakterisiert.The new process has already been tried out in practice. It was z. B. Uranium-plutonium carbide fuels are produced with different fuel densities and oxygen residues and characterized.
Pelletdichte: 78 % bis 86 % TD. Es liegen sogar Proben vor mit 90 % TD,Pellet density: 78% to 86 % TD. There are even samples with 90% TD,
Sauerstoffgehalt:<100 ppm und ca. 2000 ppm.Oxygen content: <100 ppm and approx. 2000 ppm.
Keramograühische Schliffe der Brennstoffe liegen ebenfalls vor.Ceramographic cuts of the fuels are also located before.
MB/Ma - 27 933MB / Ma - 27,933
933933
Int. Cl.3: G 21 C 3/58 Int. Cl. 3 : G 21 C 3/58
Anmeldetag: 29. Juli 1983Filing date: July 29, 1983
Offenlegungstag: 8. März 1984Disclosure date: March 8, 1984
Verfahrensschema "Herstellung von MX-Brennstoffen durch ltarbothermische Reduktion der Oxide"Process scheme "Production of MX fuels by ltarbothermal reduction of the oxides "
PRESSENPRESS
Uranoxyd Roh1en Uranium oxide raw materials
MISCHEN Plutonium- stüff oxydMIXING plutonium stiff oxide
Kaltpresse Tabletten, ScheibenCold press tablets, slices
VakuU!n> Inertgas I. μ bzw. Inertgas/N2 VacuU! N > inert gas I. μ or inert gas / N 2
REDUKTION 1300 . 18oo »cREDUCTION 1300 . 18 oo »c
-7rni/i γτμγπμ Hammermühle ZERKLEINERN Kugelmühle-7rni / i γτμγπμ hammer mill CRUSHING Ball Mill
VibrationsniUhleVibration level
PRESSENPRESS
Kaltpresse TablettenCold press tablets
Vakuum, Inertgas SMERN N2 bzw. Inertgas/NVacuum, inert gas SMERN N 2 or inert gas / N
HOO - 1800 "C MISCHENHOO - 1800 "C MIX
Uranoxyd Kohlen. Plutoniumoxyd Uranium oxide coals . Plutonium oxide
Stoffmaterial
PRESSENPRESS
Kaltpresse TablettenCold press tablets
i/ADDHTurDM Vakuum, Inertgas KARBOIHERM, n bzw. inertgas/N2 i / ADDHTurDM vacuum, inert gas KARBOIHERM, n or . inert gas / N 2
REDUKTION 1300 . 1800 oC REDUCTION 1300 . 1800 o C
NACHVERDICHTEN RECOMPRESSION
Kaltpresse TablettenCold press tablets
MACH-SINTERN MAKE SINTERING
Vakuum, Inertgas N2 bzw. Inertgas/N2 Vacuum, inert gas N 2 or inert gas / N 2
- 1800 0C- 1800 0 C
bisher übliches Verfahren neues Verfahrenpreviously common procedure new procedure
EUROPÄISCH!·: ATOMGKMKINSClIAFT (EURATOM)EUROPEAN! ·: ATOMGKMKINSClIAFT (EURATOM)
Claims (2)
KABEL: PROPINDUS · TELEX: 1Θ4Ο57BERLIN: TELEPHONE (O3O) 8312Ο88
CABLE: PROPINDUS TELEX: 1Θ4Ο57
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- 1983-09-06 FR FR8314206A patent/FR2532778B1/en not_active Expired
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JPH0415920B2 (en) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: MUELLER-BOERNER, R., DIPL.-ING., 1000 BERLIN WEY, |
|
8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: WEINMILLER, J., DIPL.-ING., PAT.-ANW., 8133 FELDAF |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8131 | Rejection |