DE3871671T2 - Verfahren zum herstellen von uran- und/oder plutoniumnitrid, verwendbar als kernbrennstoffmaterial. - Google Patents

Verfahren zum herstellen von uran- und/oder plutoniumnitrid, verwendbar als kernbrennstoffmaterial.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Uran- und/oder Plutoniumnitrid, Verbindungen, die insbesondere als Brennstoff in Kernreaktoren verwendbar sind.
  • Genauer gesagt betrifft sie ein Verfahren zur Herstellung von Uran- und/oder Plutoniumnitrid aus dem oder den entsprechenden Oxyden durch Nitridierung in Gegenwart von Kohlenstoff.
  • Die Mononitride von Uran und/oder Plutonium sind feste, temperaturbeständige Verbindungen hoher Wärmeleitfähigkeit, die sich zur Verwendung als Brennstoffe in Kernreaktoren eignen. Man kann sie insbesondere in Form einer homogenen Mischung von Urannitrid und Plutoniumnitrid verwenden, was soweit wie möglich einem Mischoxyd in den Schnellen Reaktoren nahekommt. Um eine gute chemische Verträglichkeit des Brennstoffs mit den Komponenten des Reaktorkerns sicherzustellen, ist es jedoch wichtig, die Verunreinigung des Nitrids duch Kohlenstoff und Sauerstoff möglichst gering zu halten.
  • Die bekannten Herstellungsverfahren für die Mononitride von Uran und/oder Plutonium durch Nitridierung des oder der Oxyde in Gegenwart von Kohlenstoff haben aber Nachteile, sei es, daß sie zu einer Verunreinigung des Nitrids mit Kohlenstoff und Sauerstoff führen, sei es, daß sie mit Plutonium schwierig durchzuführen sind.
  • Herstellungsverfahren für Uran- und/oder Plutonium, die diese Nitridierungsreaktion benutzen, werden insbesondere im Patent DE-A-1928525 (United States Atomic Energy Commission), im deutschen Patent DE-A-2725206 (Japan Atomic Energy Research Institute) und im japanischen Patent JP-A-79-32198 (Japan Atomic Energy Research Institute) beschrieben.
  • Das deutsche Patent DE-A-1928525 beschreibt ein Verfahren, bei dem man eine Mischung von Kohlenstoff und Uran- und/oder Plutoniumoxyd, die 8,6 bis 10 Gewichtsprozent Kohlenstoff enthält, mit einem Stickstoffstrom bei einer Temperatur von 1500 bis 1700ºC reagieren läßt, dann den unverbrauchten Kohlenstoff durch Temperatursenkung und Halten des Produkts in einem Wasserstoffstrom bei 1000 -1200ºC entfernt, wobei man diese Operationen mehrere Male wiederholt, und schließlich das erhaltene Produkt in einem Inertgasstrom abkühlt. Dieses Verfahren erlaubt es also, in einer einzigen Phase die Reaktion durch Abkühlen unter Inertgas zu beenden, hat aber gewisse Nachteile.
  • Die Reaktion bei hoher Temperatur dauert nämlich sehr lang, weil die Reaktionsgeschwindigkeit im Verlauf und gegen Ende der Reakton deutlich langsamer wird. Außerdem ist es schwierig, das oder die Oxyde und den Kohlenstoff in chemisch äquivalenten Mengen zu mischen. Das gewonnene Uranund/oder Plutoniummononitrid enthalten deshalb im allgemeinen 3000 ppm Sauerstoff und 1500 ppm Kohlenstoff, was eine zu starke Verunreinigung für die Verwendung in einem Kernreaktor bedeutet.
  • Das deutsche Patent DE-A-2725206 und das japanische Patent 7932198 beschreiben ein zweites Herstellungsverfahren für Uranmononitrid, bei dem man von einer Mischung von Urandioxyd und Kohlenstoff, die einen Überschuß an Kohlenstoff enthält, ausgeht. Man läßt die Mischung in Stickstoff bei einer Temperatur von 1600 bis 1700ºC reagieren und entfernt dann den überschüssigen Kohlenstoff durch einen Wasserstoffstrom. Im allgemeinen geschieht das in 5 aufeinanderfolgenden Schritten, so daß das Verfahren sehr kompliziert durchzuführen ist. Dafür erlaubt es, die Gehalte an Sauerstoff und Kohlenstoff des erhaltenen Uranmononitrids auf ungefähr 1000 ppm für O&sub2; und 2000 ppm für C zu begrenzen.
  • Das deutsche Patent DE-A-275206 beschreibt ein drittes Verfahren zur Herstellung von Uranmononitrid aus einer Mischung aus Uranoxyd und Kohlenstoff im Überschuß über das chemische Äquivalentverhältnis, bei man gleichzeitig die Reaktion und die Beseitigung des Kohlenstoffs durchführt, indem man in einem Gasstrom, der Stickstoff und Wasserstoff enthält, eine Temperatur von mindestens 1400ºC überschreitet. Am Ende der Operation kühlt man das Produkt unter einem Inertgasstrom oder unter Vakuum ab. Der stickstoffund wasserstoffhaltige Gasstrom enthält 3 bis 75 Volumenprozent Wasserstoff.
  • Dieses Verfahren erlaubt es, Urannitrid mit sehr niedrigem Kohlenstoff- und Sauerstoffgehalt zu gewinnen, z.B. 310 ppm Sauerstoff und 260 ppm Kohlenstoff, wenn man bei einer Temperatur von 1550ºC arbeitet.
  • Es hat aber den Nachteil, daß in der Ausgangsmischung ein Kohlenstoffgehalt von wenigstens 13,4% erforderlich ist und daß ein wasserstoffhaltiges Gas, das mehr als 8% Wasserstoff enthält, verwendet werden muß, was nicht mit der Handhabung des Plutoniums verträglich ist, da diese in der Glove-Box und in abgeschlossener Atmosphäre geschehen muß.
  • Das japanische Patent JP-A-54321198 beschreibt ein viertes Herstellungsverfahren für Uranmononitrid, in dem man von einer Mischung von Uranoxyd und Kohlenstoff ausgeht, die einen Überschuß an Kohlenstoff enthält. Man läßt zunächst das Oxyd mit dem Kohlenstoff unter Bildung von Urancarbid reagieren, das man anschließend durch Erwärmen auf 1400 bis 1700ºC in einem Ammoniakstrom oder in einem gemischten Wasserstoff-Stickstoff-Strom zum Nitrid reagieren läßt. Dann läßt man das erhaltene Produkt unter Edelgasatmosphäre (z.B. Helium) oder unter Vakuum abkühlen. Unter diesen Bedingungen kann man den Gehalt an Kohlenstoff und Sauerstoff auf Werte von 90 bis 440 ppm für Kohlenstoff und von 230 bis 570 ppm für Sauerstoff senken. Das Verfahren erlaubt also, die Gehalte an Sauerstoff und Kohlenstoff niedrig zu halten, hat aber den Nachteil, daß es wie das dritte Verfahren einen erhöhten Kohlenstoffgehalt in der Ausgangsmischung und einen Wasserstoffgehalt im Gasstrom, der 8 Volumenprozent überschreitet, verlangt.
  • Die vorliegende Erfindung hat nun ein Herstellungsverfahren für Uran- und/oder Plutoniummononitrid durch Nitrifizierung einer Mischung des oder der entsprechenden Oxyde mit Kohlenstoff zum Gegenstand, das gerade diese Nachteile vermeidet, wobei es ein Nitrid liefert, das ebenfalls geringe Sauerstoff- und Kohlenstoffgehalte hat.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Mononitrids der Formel U1-xPuxN, wobei x eine Zahl zwischen 0 und 1 ist, besteht darin, Uranoxyd und/oder Plutoniumoxyd mit Kohlenstoff zu mischen und diese Mischung durch Erwärmen in Gegenwart von Stickstoff in das entsprechende Mononitrid umzuwandeln, und es ist dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mischung von Kohlenstoff, Uranoxyd und Plutoniumoxyd benutzt, die höchstens 10 Gewichtsprozent Kohlenstoff enthält und daß man die Mischung durch Erwärmen auf 1500 bis 1600ºC im Stickstoffstrom, dann in einem Strom von Stickstoff und wasserstoffhaltigem Edelgas, das weniger als 8 Volumenprozent Wasserstoff enthält, in das entsprechende Mononitrid umwandelt.
  • Die erfindungsgemäße Verwendung eines Stickstoffstroms, dem man anschließend ein wasserstoffhaltiges Edelgas hinzufügt, zur Umwandlung der Mischung in Mononitrid erlaubt es, bei einer Temperatur von höchstens 1600ºC zu arbeiten, wobei man eine gute Nitridierung erreicht, ohne daß es nötig ist, einen bedeutenden Überschuß an Kohlenstoff, bezogen auf die stöchiometrische Menge, zu verwenden, was bei den Verfahren der bisherigen Technik der Fall war.
  • Darüber hinaus erlaubt sie die Gewinnung eines Produktes mit sehr niedrigem Kohlenstoff- und Sauerstoffgehalt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erhitzt man zunächst die Mischung der Oxyde mit Kohlenstoff unter Feinvakuum, erwärmt dann weiter auf die gewünschte Temperatur in einem Strom von Stickstoff, dem man anschließend ein wasserstoffhaltiges Edelgas hinzufügt, und kühlt unter einem Strom wasserstoffhaltigen Edelgases ab.
  • In diesem Fall umfaßt das Verfahren die nachstehenden aufeinander abfolgenden Schritte:
  • a) Herstellung einer Mischung von Kohlenstoff und Uran- und/oder Plutoniumoxyd mit höchstens 10 Gewichtsprozent Kohlenstoff,
  • b) Erwärmen der Mischung auf eine Temperatur von 1350 bis 1450ºC unter Feinvakuum,
  • c) Erwärmen der Mischung auf eine Temperatur von 1500 bis 1600ºC im Stickstoffstrom und Halten der Mischung bei dieser Temperatur im Stickstoffstrom zur Bildung des Nitrids U1-xPuxN unter gleichzeitiger Freisetzung von CO,
  • d) Halten der Mischung bei einer Temperatur von 1500 bis 1600ºC und Hinzufügen eines wasserstoffhaltigen Edelgases, das weniger als 8 Volumenprozent Wasserstoff enthält, zum Stickstoffstrom, und
  • e) Abkühlen der Mischung im einem Strom wasserstoffhaltigen Edelgases, das weniger als 8 Volumenprozent Wasserstoff enthält.
  • Das Verfahren der vorliegenden Erfindung bietet somit den Vorteil der Benutzung:
  • -einer Ausgangsmischung mit einem Kohlenstoffgehalt, der unter dem molaren Verhältnis Kohlenstoff/Oxyd(e) liegt, wie er im dritten oder vierten Verfahren der bisherigen Technik benutzt wurde,
  • -von Temperaturen, die 1600ºC nicht überschreiten, und
  • -von Gasströmen, die weniger als 8 Volumenprozent Wasserstoff enthalten.
  • Man vermeidet also die Nachteile derjenigen Verfahren der bisherigen Technik, die zu niedrigen Gehalten an Sauerstoff und Kohlenstoff führen.
  • Nichtsdestoweniger erhält man mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sehr niedrige Gehalte an Sauerstoff und Kohlenstoff, so daß das erzeugt Urannitrid oder gemischte Uran- Plutoniumnitrid als Brennstoff in Kernreaktoren eingesetzt werden können.
  • Das Verfahren kann darüber hinaus leicht durchgeführt werden, denn es benötigt keine zahlreichen Änderungen in der Zusammensetzung des Gasstroms.
  • In Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt man eine Mischung von Uran- und/oder Plutoniumoxyd und Kohlenstoff her, die man im allgemeinen in Form von Tabletten einsetzt. Zu diesem Zweck mischt man Uranoxydpulver und/oder Plutoniumoxydpulver mit Graphitpulver und preßt dann die Pulvermischung mit einem Druck von 0,2 bis 0,5 MPa zu Tabletten.
  • Der Gewichtsanteil des Kohlenstoffs in der Mischung liegt vorteilhaft bei 8,8%. Wenn man Uranoxyd und Plutoniumoxyd verwendet, kann man diese Oxydpulver durch Mahlen von reduziertem Uranoxyd und calziniertem Plutoniumoxyd in einer geeigneten Vorrichtung gleichzeitig herstellen, beispielsweise in einer Kugelmühle, um feine Oxydpartikel zu erhalten, die beispielsweise eine spezifische Oberfläche von 2 bis 5 m²/g haben. Man fügt dann den Graphit in einem geeigneten Mischer zu.
  • Wenn man die Mischung in Tablettenform einsetzen will, preßt man die Pulvermischung, beispielsweise mit einer doppelt wirkenden hydraulischen Presse. Ein Bindemittel wie etwa Polyäthylenglykol ist dann, anders als bei dem ersten Verfahren der bisherigen Technik, nicht nötig.
  • Wenn man Uran- und Plutoniumoxyd verwendet, können sie in beliebigem Verhältnis eingesetzt werden. In Hinblick auf die Verwendung als Brennstoff in einem Reaktor mit schnellen Neutronen liegt das Gewichtsverhältnis UO&sub2;:PuO&sub2; im allgemeinen aber bei 10:1 bis 3:1, z.B. bei 4:1.
  • Im zweiten Schritt b) erwärmt man die Mischung, die man im ersten Schritt a) erhalten hat, unter Feinvakuum bis auf eine Temperatur von 1350 bis 1450ºC. Das erlaubt es, die Nitridierung durch die zuerst einsetzende Carbidbildung zu aktivieren.
  • Im folgenden Schritt c) setzt man die Erwärmung im Stickstoffstrom bis auf eine Temperatur von 1500 bis 1600ºC fort und hält die Mischung im Stickstoffstrom auf dieser Temperatur zur Bildung des Nitrids U1-xPuxN, wobei Kohlenmonoxyd CO freigesetzt wird. Im Fall des Urans entspricht das der Reaktion UO&sub2; + 2C + 1/2N&sub2; -> UN + 2CO. Dieser Schritt dauert so lange, bis die CO-Abspaltung stark nachgelassen hat. Im allgemeinen beendet man den Schritt, wenn die CO-Abspaltung weniger als 10% ihres Maximalwertes während dieses Verfahrensschritts beträgt.
  • Man führt nun Schritt d) durch, d.h. man hält die Mischung auf der Temperatur von 1500 bis 1600ºC, die im vorherigen Schritt verwendet wurde, fügt aber dem Stickstoffstrom ein wasserstoffhaltiges Edelgas zu, das weniger als 8 Volumenprozent Wasserstoff enthält. Unter diesen Bedingungen kommt es zu einer erneuten CO-Abspaltung, und man setzt diesen Verfahrensschritt solange fort, bis kein CO mehr freigesetzt wird.
  • Damit kommt man zu Schritt e), d.h. man unterbricht den Stickstoffstrom unter gleichzeiter Aufrechterhaltung des Stromes von wasserstoffhaltigem Edelgas, stellt dann die Heizung ab und läßt das Produkt unter dem Strom wasserstoffhaltigen Edelgases, das weniger als 8 Volumenprozente Wasserstoff enthält, abkühlen. Das erlaubt es, den Gehalt an Kohlenstoff zu verringern.
  • Das verwendete Edelgas kann Helium, Argon, Neon oder Krypton sein. Vorzugsweise nimmt man Argon. Der Wasserstoffgehalt des wasserstoffhaltigen Edelgases liegt im allgemeinen bei 5 bis 8 Volumenprozent, vorzugsweise bei 5 Volumenprozent.
  • In Schritt d) wird das wasserstoffhaltige Edelgas in der Weise zugeführt, daß der Strom aus wasserstoffhaltigem Edelgas und Stickstoff 25 bis 75 Volumenprozent Stickstoff enthält, z.B. 50 Volumenprozent Stickstoff und 50 Volumenprozent wasserstoffhaltiges Edelgas, was 2,5% Wasserstoff im Gasstrom bedeutet.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer Vorrichtung durchgeführt werden, die aus einem Reaktionsofen besteht, der mit einem Gaskreislauf verbunden ist, der einen Gasmischer am Eintritt und eine Kontrollvorrichtung für die Zusammensetzung der aus dem Ofen strömenden Gase, um ihren Gehalt an CO zu bestimmen, umfaßt. Diese Kontrolleinrichtung kann ein Gasanalysator vom Wärmleitfähigkeitstyp sein.
  • Man kann freilich jeden Apparat benutzen, der es erlaubt, eine geeignete Mischung der in den Ofen eintretenden Gase und eine Kontrolle des den Ofen verlassenden Gasstromes sicherzustellen.
  • Andere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der folgenden Beispiele für die Herstellung von Uran-Plutoniumnitrid der Formel U0,8Pu0,2N deutlich, die jedoch, ohne eine Einschränkung zu machen, nur zur Erläuterung gegeben werden.
    • Beispiel 1 Schritt a)
  • In einer Kugelmühle, die innen mit Kautschuk ausgekleidet ist und die sich mit etwa 30 Umdrehungen/min dreht, mahlt man das reduzierte Uranoxyd und das calcinierte Plutoniumoxyd, die im Gewichtsverhältnis UO&sub2;:PuO&sub2; von 4:1 vorhanden sind, zusammen. Man mahlt drei Stunden lang und erhält auf diese Weise eine zusammengemahlene Mischung von Uran- und Plutoniumoxyd mit einer spezifischen Oberfläche von 4,8 m²/g.
  • Dann fügt man Graphitpulver der spezifischen Oberfläche 3,2 m²/g in solcher Menge zu, daß der Kohlenstoffgehalt der Mischung von Uran- und Plutoniumoxyd und Kohlenstoff 8,8 Gewichtsprozente beträgt. Man mischt zwei Stunden lang in einem Würfel, der sich mit horizontaler Drehachse um eine seiner Hauptdiagonalen dreht.
  • Man preßt dann die Pulvermischung mit einer doppelt wirkenden hydraulischen Presse bei einem Druck von 30 MPa zu zylindrischen Tabletten von 14 mm Durchmesser und 3 mm Höhe. Die Dichte der rohen Tabletten beträgt 5,2 g/cm³.
    • Schritt b)
  • In diesem Schritt bringt man die Tabletten in einen Ofen, den man auf Feinvakuum von etwa 10&supmin;² mmHg (1,33 Pa) evakuiert und auf eine Temperatur von 1350 bis 1450ºC erwärmt.
    • Schritt c)
  • Das Erwärmen der Tabletten im Ofen wird bis zu einer Temperatur von 1550ºC fortgesetzt, wobei man Stickstoff mit einer Flußrate von 0,8 m³h&supmin;¹ und einem leicht über dem Atmosphärendruck liegenden Druck einströmen läßt. Man hält die Tabletten auf der gewählten Temperatur im Stickstoffstrom zur Bildung der Uran-Plutoniumnitrids. Man analysiert den aus dem Ofen tretenden Gasstrom, um den Maximalwert der CO-Abspaltung zu bestimmen. Man findet, daß dieser Wert 2,5 Volumenprozent beträgt. Wenn die Reaktionsgeschwindigkeit nachläßt und die CO-Abspaltung nicht mehr über 0,18 Volumenprozent liegt, führt man Schritt d) durch.
    • Schritt d)
  • Man hält die Mischung weiterhin bei der gleichen Temperatur, fügt aber dem Stickstoffstrom ein wasserstoffhaltiges Edelgas, das aus Argon, das 5 Volumenprozent Wasserstoff enthält, besteht, in der Weise zu, daß der in den Ofen geleitete Gasstrom 50 Volumenprozent Stickstoff und 50 Volumenprozent wasserstoffhaltiges Argon enthält, was 2,5 Volumenprozent Wasserstoff im Gasstrom entspricht, dessen Flußrate und Druck konstant bleiben. Diese Einleitung setzt man solange fort, bis in dem aus dem Reaktor austretenden Gasstrom kein Kohlenmonoxyd CO mehr enthalten ist.
  • Dann unterbricht man den Stickstoffstrom, während man den Strom wasserstoffhaltigen Argons weiter aufrecht erhält, und führt Schritt e) durch.
    • Schritt e)
  • Unter Aufrechterhalten des Stromes wasserstoffhaltigen Argons stellt man die Heizung ab und läßt die Mischung im Strom wasserstoffhaltigen Argons die Mischung auf Umgebungstemperatur abkühlen.
  • Nach dem Abkühlen nimmt man die Tabletten aus dem Ofen, bestimmt ihre Dichte und kontrolliert ihren Gehalt an Sauerstoff und Kohlenstoff.
  • Man erhält die folgenden Ergebnisse:
  • -Dichte: 6,2 g/cm³,
  • -Sauerstoffgehalt: 500 ppm,
  • -Kohlenstoffgehalt: 700 ppm.
  • Diese Gehalte sind etwas höher als die im dritten und vierten Verfahren der bisherigen Technik, aber weitaus besser als die mit dem ersten und zweiten Verfahren erhaltenen, ohne daß es nötig ist, einen Zyklus komplizierter Verfahrensschritte durchzuführen. Darüber hinaus verwendet man einen niedrigen Kohlenstoffgehalt in der Ausgangsmischung und einen besonders niedrigen Wasserstoffgehalt im Gasstrom.
    • Beispiel 2
  • Man befolgt die Arbeitsweise wie in Beispiel 1, außer daß man Schritt c) beendet, wenn der CO-Gehalt im aus dem Reaktor tretenden Gasstrom 0,2 Volumenprozent beträgt und daß man in Schritt d) Stickstoff, der 6 Volumenprozent Wasserstoff enthält, einströmen läßt.
  • Unter diesen Bedingungen sind die Kohlenstoff- und Sauerstoffgehalte des Nitrids die folgenden:
  • -Sauerstoffgehalt: 320 ppm,
  • -Kohlenstoffgehalt: 613 ppm.
  • Man bemerkt, daß die Sauerstoff- und Kohlenstoffgehalte abnehmen, wenn man den Wasserstoffgehalt des Gasstromes erhöht.
    • Beispiel 3
  • Man wiederholt die Arbeitsweise von Beispiel 1, außer daß man am Ende von Schritt d) einen 40 min dauernden Behandlungsabschnitt bei 1550ºC unter Argon mit 5% Wasserstoff durchführt.
  • Unter diesen Bedingungen werden die folgenden Ergebnisse erhalten:
  • -Sauerstoffgehalt: 430 ppm,
  • -Kohlenstoffgehalt: 1054 ppm.
    • Beispiel 4
  • Man befolgt die Arbeitsweise von Beispiel 3, aber der Behandlungsabschnitt dauert 10 min.
  • Unter diesen Bedingungen werden die folgenden Ergebnisse erhalten:
  • -Sauerstoffgehalt: 420 ppm,
  • -Kohlenstoffgehalt: 1366 ppm.
  • Man bemerkt, daß die reduzierende Wirkung des Wasserstoffs auf den Kohlenstoff verringert ist, der Sauerstoffgehalt dagegen fast nicht beeinflußt wird.

Claims (8)

1. Verfahren zum Herstellen eines Mononitrids der Formel U1-xPUxN, bei dem x eine Zahl zwischen 0 und 1 ist, das darin besteht, Uranoxid und/oder Plutoniumoxid mit Kohlenstoff zu mischen und diese Mischung durch Erwärmen in Anwesenheit von Stickstoff in das entsprechende Mononitrid umzuwandeln, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mischung von Kohlenstoff, Uranoxid und Plutoniumoxid mit höchstens 10 Gew.-% Kohlenstoff verwendet und daß man diese Mischung in das entsprechende Mononitrid durch Erwärmen auf eine Temperatur von 1500 bis 1600 ºC in einem Stickstoffstrom und dann in einem Strom von Stickstoff und wasserstoffhaltigem Edelgas mit weniger als 8 Vol.-% Wasserstoff umwandelt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden sukzessiven Verfahrensschritte umfaßt:
a) Vorbereiten einer Mischung aus Kohlenstoff und Uran und/oder Plutoniumoxid mit höchstens 10 Gew.-% Kohlenstoff,
b) Erwärmen der Mischung auf eine Temperatur von 1350 bis 1450 ºC unter einem Primärvakuum,
c) Erwärmen der Mischung auf eine Temperatur von 1500 bis 1600 ºC unter einem Stickstoffstrom und Halten der Mischung auf dieser Temperatur unter einem Stickstoffstrom, um das Nitrid U1-xPuxN unter Freisetzung von CO zu erzeugen,
d) Halten der Mischung auf der Temperatur von 1500 bis 1600 ºC und Zufügen eines wasserstoffhaltigen Edelgases mit wenigstens 8 Vol.-% Wasserstoff zu dem Stickstoffstrom und
e) Abkühlen der vorhandenen Mischung unter einem Strom aus wasserstoffhaltigem Edelgas mit weniger als 8 Vol.-% Wasserstoff.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man im Verfahrensschritt a) eine Mischung aus Uron- und/oder Plutoniumoxid und aus Kohlenstoff herstellt, indem man zunächst Uran- und/oder Plutoniumoxidpulver mit Graphitpulver vermischt und indem man dann die Pulvermischung unter einem Druck von 0,2 bis 0,5 MPa komprimiert.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Verfahrensschritt c) das Halten der Mischung bei der Temperatur von 1500 bis 1600 ºC in Gegenwart eines Stickstoffstroms während einer solchen Dauer durchgeführt wird, daß am Ende des Verfahrensschritts c) das Entweichen von CO weniger als 10 % des maximalen Entweichens von CO während dieses Verfahrensschrittes beträgt.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des Verfahrensschrittes d) derart ist, daß es am Ende dieses Verfahrensschritts kein Entweichen von CO mehr gibt.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Verfahrensschritt d) der hydrogenisierte Edelgas- und Stickstoffstrom 25 bis 75 Vol.-% Stickstoff enthält.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Edelgas Argon ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserstoffhaltige Edelgas 5 bis 8 Vol.-% Wasserstoff enthält.
DE8888402257T 1987-09-11 1988-09-08 Verfahren zum herstellen von uran- und/oder plutoniumnitrid, verwendbar als kernbrennstoffmaterial. Expired - Lifetime DE3871671T2 (de)

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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04153859A (ja) * 1990-10-18 1992-05-27 Fujitsu Ltd 自動取引装置
JPH07120580A (ja) * 1993-10-22 1995-05-12 Japan Atom Energy Res Inst 核燃料サイクル
RU2549829C1 (ru) * 2014-01-31 2015-04-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Активная зона реактора на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем, твэл и тепловыделяющая сборка для ее создания

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1084338A (de) * 1963-08-07
US3510434A (en) * 1968-06-06 1970-05-05 Atomic Energy Commission Method of preparing a nitride nuclear reactor fuel
JPS573058B2 (de) * 1972-07-14 1982-01-20
DE2725206C3 (de) * 1976-06-11 1980-06-04 Japan Atomic Energy Research Institute, Tokio Verfahren zum Herstellen von Uranmononitrid
JPS5368699A (en) * 1976-12-02 1978-06-19 Japan Atom Energy Res Inst Production of uranium mononitride
JPS5826012A (ja) * 1981-08-07 1983-02-16 Japan Atom Energy Res Inst 一窒化プルトニウムの製造法

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Publication number Publication date
FR2620438B1 (fr) 1989-12-01
JPH0196003A (ja) 1989-04-14
EP0307311B1 (de) 1992-06-03
FR2620438A1 (fr) 1989-03-17
JP2671265B2 (ja) 1997-10-29
DE3871671D1 (de) 1992-07-09
EP0307311A1 (de) 1989-03-15

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