NO144734B

NO144734B - TRANSPORT TRUCK WITH SHELTER ARRANGEMENT AND WHEELS.

Info

Publication number: NO144734B
Application number: NO780021A
Authority: NO
Inventors: Arne Ingvartsen; Bent Jensen; Karl Lindberg
Original assignee: Variantsystemet As
Priority date: 1977-01-12
Filing date: 1978-01-03
Publication date: 1981-07-20
Also published as: DK11177A; DE2800575C2; SE423516B; FR2377313A1; NO144734C; FR2377313B1; DK139747C; DE2800575A1; NO780021L; DK139747B; SE7800324L; GB1569405A

Abstract

Transportvogn med hyllearrangement og hjul.Transport trolley with shelf arrangement and wheels.

Description

Varmefast kjernebrensel og fremgangsmåte og innretning til dets fremstilling. Heat-resistant nuclear fuel and method and device for its production.

Den foreliggende oppfinnelse angår The present invention concerns

nye varmefaste produkter som kan karak-teriseres ved den ene eller den annen av new heat-resistant products that can be characterized by one or the other of

formlene X02/XN og X02/YN, som beteg-ner det eutektikum som dannes mellom the formulas X02/XN and X02/YN, which denote the eutectic that is formed between

oxydet og nitridet av et element X, res-pektive mellom oxydet av et element X og the oxide and the nitride of an element X, respectively between the oxide of an element X and

nitridet av et element Y, og hvor elemen-tene X og Y tilhører actinide-gruppen. the nitride of an element Y, and where the elements X and Y belong to the actinide group.

Ifølge en foretrukken utførelsesform According to a preferred embodiment

av oppfinnelsen utgjøres eutektiket av of the invention the eutectic is constituted by

spaltbare elementer, f. eks. naturlig uran, fissile elements, e.g. natural uranium,

uran 233, plutonium, eller fertile elementer uranium 233, plutonium, or fertile elements

som f. eks. thorium. like for example. thorium.

Man får på denne måte nye kjerne-brensler som er av varmefast type og derfor egnet til å utholde høye driftstempe-raturer. De nye brensler har betydelige for-deler fremfor de hittil benyttede varmefaste brensler på grunn av sine bemerkel-sesverdige fysiske og kjemiske egenskaper. In this way, you get new core fuels that are heat-resistant and therefore suitable for enduring high operating temperatures. The new fuels have significant advantages over the previously used refractory fuels due to their remarkable physical and chemical properties.

Således har de fremfor alt høyere ter-misk og elektrisk ledningsevne enn de tilsvarende oxyder. F. eks. har eutektiket Thus, above all, they have higher thermal and electrical conductivity than the corresponding oxides. For example has the eutectic

U02/UN (hvis sammensetning tilsvarer 1 U02/UN (whose composition corresponds to 1

molekyl U02 for 1 molekyl UN) bedre var-meledningsevne enn oxydet U02. Herav molecule U02 for 1 molecule UN) better thermal conductivity than the oxide U02. Of this

følger dels at varmevekslingen mellom it partly follows that the heat exchange between

brenselet og kjølefluidet skjer under bedre the fuel and the cooling fluid happen during better

betingelser, og dels at brenselet byr bedre conditions, and partly that the fuel offers better

motstand mot plutselige temperaturfor-andringer (choc thermique) i tilfellet av resistance to sudden temperature changes (choc thermique) in the case of

variasjoner i driftsforholdene eller stans variations in operating conditions or downtime

av kjernereaktoren. of the nuclear reactor.

Likeledes har de nye brensler i mange Likewise, they have new fuels in many

tilfeller stor motstandsdyktighet overfor oxydasjon og kjemisk korrosjon. Således byr eutektiket U02/UN bedre motstand mot oxydasjon enn urancarbid UC. Dets gode kjemiske stabilitet selv ved høy temperatur setter det istand til i tilfellet av brudd på skjeden ikke å bli ødelagt raskt ved kontakten med kjølefluidet, f. eks. kull-syregass eller smeltet natrium. cases great resistance to oxidation and chemical corrosion. Thus, the eutectic U02/UN offers better resistance to oxidation than uranium carbide UC. Its good chemical stability even at high temperature enables it not to be destroyed quickly in contact with the cooling fluid, e.g. carbon dioxide or molten sodium.

Som det vil fremgå senere, fås de nye brensler lett i form av massive stykker som ikke i sin struktur inneholder tallrike po-rer, som kan være skadelige både for bren-selets mekaniske fasthet og for neutron-strømmens stabilitet (stabilité du régime neutronique). As will be seen later, the new fuels are easily obtained in the form of massive pieces that do not contain numerous pores in their structure, which can be harmful both to the mechanical strength of the fuel and to the stability of the neutron flow (stabilité du régime neutronique) .

Denne kombinasjon av egenskaper som hittil ikke har latt seg forene, viser den store betydning av disse nye varmefaste brensler sammenholdt med varmefaste brensler som det har vært vanlig å bruke hittil, særlig f. eks. oxyder og carbider. This combination of properties which so far have not allowed themselves to be reconciled, shows the great importance of these new heat-resistant fuels compared to heat-resistant fuels which have been commonly used until now, especially e.g. oxides and carbides.

I forhold til nitrider har de nye brensler først og fremst fordelen av et mindre neutroninnfangnings-tverrsnitt (section de capture neutronique). Compared to nitrides, the new fuels primarily have the advantage of a smaller neutron capture cross-section (section de capture neutronique).

Det bør dog bemerkes at neutroninn-fangningstverrsnittet for disse nye brensler er større enn for de tilsvarende oxyder However, it should be noted that the neutron capture cross section for these new fuels is larger than for the corresponding oxides

(på grunn av nitridmengden i eutektiket) (due to the amount of nitride in the eutectic)

og man derfor bør ta sikte på enten å an-vende de nye brensler i reaktorer med hur-tige neutroner eller å anrike dem i tilfellet av reaktorer med langsomme neutroner. and one should therefore aim to either use the new fuels in reactors with fast neutrons or to enrich them in the case of reactors with slow neutrons.

Hvis det anvendte brensel i det sist-nevnte tilfelle f. eks. utgjøres av eutektiket UO../UN, er det hensiktsmessig å anrike uranet til et innhold av U 235 mellom 1 og 5 vektprosent alt efter de egenskaper som er fastlagt for reaktoren. If the fuel used in the last-mentioned case, e.g. is made up of the eutectic UO../UN, it is appropriate to enrich the uranium to a content of U 235 between 1 and 5 percent by weight, depending on the properties that have been determined for the reactor.

En annen løsning, som likeledes er mulig for reaktorer med langsomme neutroner, består i å benytte et brensel som inneholder både uran og plutonium, og som har formelen UO^/PuN og en sammensetning nær den eutektiske, og hvor innholdet av molekyler av UO, er 65—75 pst. Another solution, which is also possible for reactors with slow neutrons, consists in using a fuel that contains both uranium and plutonium, and which has the formula UO^/PuN and a composition close to the eutectic, and where the content of molecules of UO, is 65-75 per cent.

Man finner i virkeligheten at disse nye varmefaste produkter kan fås på grunnlag av sammensetninger som ikke svarer nøyaktig til eutektikum, men ligger i nærheten av dette og har lignende egenskaper, særlig som de nettopp nevnte. One finds in reality that these new heat-resistant products can be obtained on the basis of compositions which do not exactly correspond to the eutectic, but are close to it and have similar properties, especially those just mentioned.

Generelt inneholder det eutektikum som dannes på grunnlag av de to bestanddeler XO? på den ene side og XN eller YN på den annen side, n, molekyler av XO=, og nn molekyler av XN eller YN. Forholdet In general, the eutectic formed on the basis of the two components contains XO? on the one hand and XN or YN on the other, n, molecules of XO=, and nn molecules of XN or YN. The relationship

— er spesifikt for arten av vedkommende n2— is specific to the species in question n2

bestanddeler (oxyd eller nitrid), men er forskjellig når man skifter oxyd eller nitrid. Det kan være lik 1, f. eks. i tilfellet av eutektiket UO.?/UN, som har 1 molekyl UO» for 1 molekyl UN. I hvert spesielt tilfelle gjør en mikrografisk undersøkelse av den faste fase som fås ved kjøling av et smeltebad av de to bestanddeler, og en efterfølgende analyse av den sone som inneholder eutektiket, det mulig lettvint å bestemme eutektikets sammensetning. constituents (oxide or nitride), but is different when changing oxide or nitride. It can be equal to 1, e.g. in the case of the eutectic UO.?/UN, which has 1 molecule UO» for 1 molecule UN. In each particular case, a micrographic examination of the solid phase obtained by cooling a molten bath of the two constituents, and a subsequent analysis of the zone containing the eutectic, makes it possible to easily determine the composition of the eutectic.

Hvis man vil oppnå et eutektikum dannet på grunnlag av to forskjellige metaller, altså svarende til formelen XO„/YN, kan man bestemme hvilket metall som skal foreligge som oxyd og hvilket som nitrid i det dannede eutektikum, ved å basere seg på dannelsesvarmen (chaleurs de for-mation) for henholdsvis oxydene og nitri-dene av de to metaller, idet det dannede eutektikum alltid svarer til den største mulige dannelsesvarme. Denne teori er be-kreftet av erfaringen, og man får således alltid eutektiket Th02/UN (inneholdende 25 molekyler ThO, til" 75 molekyler UN), men det er ikke mulig å få eutektiket U02/ThN, noe som skyldes at det er eutektiket ThO„/UN som tilsvarer den maksi-male dannelsesvarme. If you want to obtain a eutectic formed on the basis of two different metals, i.e. corresponding to the formula XO„/YN, you can determine which metal is to be present as oxide and which as nitride in the formed eutectic, by basing it on the heat of formation (chaleurs de formation) for the oxides and nitrides of the two metals, respectively, as the formed eutectic always corresponds to the greatest possible heat of formation. This theory is confirmed by experience, and one thus always obtains the eutectic Th02/UN (containing 25 molecules of ThO, to" 75 molecules of UN), but it is not possible to obtain the eutectic U02/ThN, which is due to the eutectic ThO„/UN which corresponds to the maximum heat of formation.

På grunn av sin eutektiske sammensetning har de nye varmefaste produkter et bestemt smeltepunkt likedan som de rene forbindelser og lavere enn smelte-punktene for deres bestanddeler. Således har eutektiket U02/UN et smeltepunkt av størrelsesordene 2200°C, mens smeltepunk-tet for U02 er av størrelsesordene 2850°C og for UN av størrelsesordene 2600°C. Men det er viktig å merke seg at smeltning av U02 er ledsaget av en betydelig fordamp-ning, og at smeltning av UN medfører en dissosiasjon av denne forbindelse. Derimot skjer der under smeltning av eutektiket UO,/UN ingen spaltning av dette eutektikum hvis man iakttar den forsiktighets-regel å arbeide i nitrogenatmosfære. Denne meget viktige egenskap gjør det mulig å få de nye varmefaste produkter i massiv form og med den teoretiske tetthet, noe som er av en viss interesse for mange anvendelser. Mens de hittil benyttede varmefaste brensler måtte behandles ved kostbare pulver-metallurgiske prosesser (fordi det nesten var umulig å få dem i smeltet tilstand) blir det mulig å lage de nye varmefaste legemer i en hvilken som helst ønsket geometrisk form rett og slett ved å støpe dem i en passende form og under nitrogenatmosfære. Denne forenkling represente-rer et meget betydelig teknisk fremskritt og gjør det mulig i høy grad å påskynde produksjonen og samtidig å redusere an-skaffelsesprisen påtagelig. Due to their eutectic composition, the new heat-resistant products have a specific melting point similar to the pure compounds and lower than the melting points of their constituents. Thus, the eutectic U02/UN has a melting point of the order of magnitude 2200°C, while the melting point for U02 is of the order of magnitude 2850°C and for UN of the order of magnitude 2600°C. But it is important to note that melting of U02 is accompanied by considerable evaporation, and that melting of UN entails a dissociation of this compound. In contrast, during melting of the eutectic UO,/UN, no splitting of this eutectic occurs if the precautionary rule of working in a nitrogen atmosphere is observed. This very important property makes it possible to obtain the new heat-resistant products in massive form and with the theoretical density, which is of some interest for many applications. While the heat-resistant fuels used until now had to be processed by expensive powder-metallurgical processes (because it was almost impossible to get them in a molten state), it becomes possible to make the new heat-resistant bodies in any desired geometric shape simply by casting them in a suitable form and under nitrogen atmosphere. This simplification represents a very significant technical advance and makes it possible to speed up production to a great extent and at the same time to significantly reduce the purchase price.

Oppfinnelsen går videre ut på en fremgangsmåte til fremstilling av de ovenfor angitte nye varmefaste produkter. Denne fremgangsmåte er karakterisert ved at man går ut fra en blanding som inneholder et metalloxyd X02 og et metall X eller Y og med molekylære prosentinnhold av oxyd og metall stort sett svarende til det molekylære prosentinnhold av det samme oxyd og av nitridet av det samme metall i det tilsvarende eutektikum, og man bevirker smeltning av blandingen og nitrering av metallet ved oppvarmning til høy temperatur under nitrogenatmosfære, hvorefter en påfølgende avkjøling av det oppnådde flytende bad til stivning gir den eutektiske sammensetning XO„/XN eller X02/YN. The invention further relates to a method for producing the above-mentioned new heat-resistant products. This method is characterized by starting from a mixture containing a metal oxide X02 and a metal X or Y and with molecular percentages of oxide and metal largely corresponding to the molecular percentages of the same oxide and of the nitride of the same metal in the corresponding eutectic, and melting of the mixture and nitration of the metal is effected by heating to a high temperature under a nitrogen atmosphere, after which a subsequent cooling of the obtained liquid bath to solidification gives the eutectic composition XO„/XN or X02/YN.

Ifølge en utførelsesvariant går man for å fremstille et eutektikum X02/XN ut fra en blanding som inneholder et metalloxyd XO„ og carbon, og hvor det molekylære innhold av carbon er stort sett det dobbelte av det molekylære innhold av nitrid i det tilsvarende eutektikum, og man bevirker smeltning av blandingen såvel som reduksjon av en del av oxydet til me-tallisk tilstand samt nitrering av det metall som fås ved denne reduksjon, ved en oppvarmning til høy temperatur under nitrogenatmosfære, hvorefter en avkjøling av det oppnådde flytende bad til stivning gir den eutektiske sammensetning X02/XN. According to one embodiment, a eutectic X02/XN is prepared from a mixture containing a metal oxide XO„ and carbon, and where the molecular content of carbon is roughly twice the molecular content of nitride in the corresponding eutectic, and melting of the mixture is effected as well as reduction of part of the oxide to a metallic state as well as nitration of the metal obtained by this reduction, by heating to a high temperature under a nitrogen atmosphere, after which a cooling of the obtained liquid bath to solidification gives it eutectic composition X02/XN.

Ifølge en foretrukken utførelsesform av fremgangsmåten ligger det nitrogen-trykk som anvendes under oppvarmningen mellom 50 og 760 mm kvikksølvsøyle, og nitrogenet kan være fortynnet med en inert gass, hvorunder det samlede trykk av gassene holdes under eller lik 760 mm kvikksølvsøyle. Oppvarmningen foretas ved induksjon eller ved hjelp av en lysbueovn. According to a preferred embodiment of the method, the nitrogen pressure used during the heating is between 50 and 760 mm mercury column, and the nitrogen can be diluted with an inert gas, during which the total pressure of the gases is kept below or equal to 760 mm mercury column. The heating is done by induction or with the help of an electric arc furnace.

Under oppvarmningen av blandingen av utgangsstoffer dannes der raskt en flytende fase som sikrer god kontakt mellom disse. During the heating of the mixture of starting substances, a liquid phase is quickly formed which ensures good contact between them.

Går man ut fra en blanding av oxyd og metall, skyldes den raske dannelse av den flytende fase først og fremst smelt-ningen av metallet, som lettes av den høye temperatur (f. eks. 2500°C) som man ar-beider ved, og dernest den oppløsende virk-ning av det smeltede metall på oxydet. If one assumes a mixture of oxide and metal, the rapid formation of the liquid phase is primarily due to the melting of the metal, which is facilitated by the high temperature (e.g. 2500°C) at which one works, and secondly the dissolving effect of the molten metal on the oxide.

Går man ut fra en blandling av oxyd og carbon, vil dette redusere oxydet og fri-gjøre metallet ved reaksjonen Assuming a mixture of oxide and carbon, this will reduce the oxide and release the metal during the reaction

og man får dermed de samme forhold som i det foregående tilfelle. and you thus get the same conditions as in the previous case.

I begge tilfeller nitreres det smeltede metall i kontakt med nitrogenet, og man får dermed i det samme flytende bad en blanding av metalloxyd og -nitrid. Sammensetningen av væskebadet er bestemt ved utgangsblandingens sammensetning, som blir å velge passende for hvert tilfelle slik at den flytende fase får stort sett samme sammensetning som det eutektikum som fås i fast tilstand ved kjøling av badet. Under disse forhold blir sammensetningen av den faste fase den samme i alle punkter, og den blir - likeledes til enhver tid den samme som i den flytende fase som står over den stivnede del. M.a.o. det faste pro-dukt blir fullstendig homogent og dets sammensetning uforanderlig. In both cases, the molten metal is nitrated in contact with the nitrogen, and a mixture of metal oxide and nitride is thus obtained in the same liquid bath. The composition of the liquid bath is determined by the composition of the starting mixture, which has to be chosen appropriately for each case so that the liquid phase has largely the same composition as the eutectic which is obtained in a solid state when cooling the bath. Under these conditions, the composition of the solid phase becomes the same at all points, and it becomes - likewise at all times - the same as in the liquid phase that stands above the solidified part. m.a.o. the solid product becomes completely homogeneous and its composition unchanging.

Vil man gjennomføre en kontinuerlig produksjon, er det fordelaktig å innføre ut-gangsstoffene i form av små agglomerater eller pressbiter (pastilles) med den øns-kede sammensetning, noe som særlig er av interesse når man går ut fra en blanding av metalloxyd og carbon. Går man ut fra en blanding av metalloxyd og metall, kan man innføre oxydet i form av små korn f. eks. på noen mm og metallet som små spon. I alle tilfeller får man som følge av dannelsen av den flytende fase raskt en intim blanding av bestanddelene. If continuous production is to be carried out, it is advantageous to introduce the starting materials in the form of small agglomerates or pressed pieces (pastilles) with the desired composition, which is of particular interest when starting from a mixture of metal oxide and carbon. If you start from a mixture of metal oxide and metal, you can introduce the oxide in the form of small grains, e.g. of a few mm and the metal as small shavings. In all cases, as a result of the formation of the liquid phase, an intimate mixture of the components is quickly obtained.

I alle tilfeller hvor der arbeides med et metalloxyd som lett kan reduseres med carbon under frigjøring av metallet, er det særlig fordelaktig på denne måte å fremstille metallet in situ, for fremstilling av metalloxydet skjer i alminnelighet under langt mer økonomiske betingelser enn fremstillingen av det tilsvarende metall. In all cases where one works with a metal oxide that can easily be reduced with carbon while liberating the metal, it is particularly advantageous to produce the metal in situ in this way, because the production of the metal oxide generally takes place under far more economic conditions than the production of the corresponding metal.

Således kan man f. eks. ha interesse av å fremstille eutektiket U02/UN ved å gå ut fra en ekvimolekylær blanding av urandioxyd og carbon. Thus, one can e.g. have an interest in producing the eutectic U02/UN by starting from an equimolecular mixture of uranium dioxide and carbon.

Oppvarmningen som skal sikre smelt-ningen, kan foregå enten ved hjelp av en lysbue eller ved induksjon, og begge disse metoder har fordelen av å fremkalle en intern omrøring som bedrer homogenise-ringen ytterligere. The heating which is to ensure the melting can take place either by means of an electric arc or by induction, and both of these methods have the advantage of inducing an internal stirring which further improves the homogenisation.

Hvis man foretar en smeltning med lysbue, bruker man en elektrode som ikke forbrukes, og hvis aktive del utgjøres av et materiale som ikke reagerer med nitrogen ved høy temperatur, f. eks. wolfram. Man lar lysbuen arbeide med en strøm-styrke f. eks. av størrelsesordene 500—2000 ampere og en belastningsspenning av stør-relsesordene 15—20 volt, faktorer som i første rekke avhenger av mengden av anvendte utgangsstoffer. If you perform arc melting, you use an electrode that is not consumed, and whose active part is made of a material that does not react with nitrogen at high temperature, e.g. tungsten. The arc is allowed to work with a current of e.g. of the order of 500-2000 amperes and a load voltage of the order of 15-20 volts, factors which primarily depend on the amount of starting materials used.

Reaksjonsbeholderen fylles før oppvarmningen med nitrogen, som eventuelt kan være spedd opp med en inert gass, f. eks. argon eller helium. Nitrogentrykket bør fortrinsvis være over 50 mm kvikk-sølvsøyle. Ut fra hva som er hensiktsmessig med hensyn til driften av lysbuen, er det å foretrekke å la det totale gasstrykk (av nitrogen alene eller av nitrogen pluss inert gass) være under 760 mm kvikksølv-søyle. I dette trykkintervall har partial-trykket av nitrogen ingen påtagelig innfly-delse på nitreringsreaksjonen, som såsnart metallet er smeltet, foregår meget raskt. På grunn av denne nitreringsreaksjon skjer der et fall i nitrogentrykket, og det blir derfor nødvendig å føre in ferskt nitrogen til stadighet under hele operasjonen. The reaction vessel is filled before heating with nitrogen, which can optionally be spiked with an inert gas, e.g. argon or helium. The nitrogen pressure should preferably be above 50 mm Hg. Based on what is appropriate with regard to the operation of the arc, it is preferable to let the total gas pressure (of nitrogen alone or of nitrogen plus inert gas) be below 760 mm mercury column. In this pressure interval, the partial pressure of nitrogen has no perceptible influence on the nitriding reaction, which takes place very quickly as soon as the metal is melted. Because of this nitration reaction, there is a drop in the nitrogen pressure, and it is therefore necessary to introduce fresh nitrogen continuously throughout the operation.

I tilfellet av at metallet fremstilles in situ ved reduksjon av et metalloxyd ved hjelp av carbon, skjer der en dannelse av carbonoxyd, og man anordner derfor for-uten tilførlselsledningen for nitrogen en ledning hvorigjennom carbonoxydet fjer-nes efterhvert som det dannes. In the event that the metal is produced in situ by reduction of a metal oxide with the help of carbon, a formation of carbon oxide takes place, and one therefore arranges, in addition to the supply line for nitrogen, a line through which the carbon oxide is removed as it is formed.

Utførelsen av fremgangsmåten til fremstilling av de nye varmefaste produkter kan skje diskontinuerlig ved hjelp av vilkårlig kjent apparatur, f. eks. idet man innfører chargen av utgangsmateriale i en digel forsynt med et kjølesystem og anbragt under nitrogenatmosfære i en be-holder. The process for producing the new heat-resistant products can be carried out discontinuously using any known apparatus, e.g. by introducing the charge of starting material into a crucible equipped with a cooling system and placed under a nitrogen atmosphere in a container.

Ifølge en foretrukken utførelsesform av oppfinnelsen kan man likeledes gjen-nomføre prosessen kontinuerlig under anr vendelse av en innretning som vil bli beskrevet i det følgende. According to a preferred embodiment of the invention, the process can also be carried out continuously using a device which will be described in the following.

Denne innretning er i første rekke karakterisert ved at den omfatter en lysbueovn, anordninger til kontinuerlig chargering av blandingen i ovnen, en tilførsels-ledning for nitrogen, en avløpsledning for nitrogen, anordninger til å regulere strøm-men av denne gass i avhengighet av trykket i ovnen, en digel som har en sylindrisk forlengelse nedentil, anordninger til kjø-ling av digelen, et bevegelig stempel i for-lengelsen samt manøvreringsanordninger til å forskyve stempelet efterhvert som støpestykket dannes. This device is primarily characterized by the fact that it comprises an electric arc furnace, devices for continuously charging the mixture in the furnace, a supply line for nitrogen, a drain line for nitrogen, devices for regulating the flow of this gas depending on the pressure in the furnace, a crucible which has a cylindrical extension below, devices for cooling the crucible, a movable piston in the extension and maneuvering devices for displacing the piston as the casting is formed.

Ifølge en foretrukken utførelsesform omfatter innretningen envidere anordninger til å samordne hastigheten av den fremadskridende innføring av chargen og hastigheten av den likeledes fremadskridende synkning av stempelet slik at overflaten av smeltebadet holdes på konstant nivå. According to a preferred embodiment, the device further comprises devices for coordinating the speed of the progressive introduction of the charge and the speed of the likewise progressive lowering of the piston so that the surface of the melt pool is kept at a constant level.

På tegningen er innretningen vist skjematisk i vertikalt snitt. In the drawing, the device is shown schematically in a vertical section.

Tegningen viser en kobberelektrode 1 som ikke forbrukes, og som rager ned i en tett ovn 2. Elektroden 1 er hul og kjøles med vann via et tilløp 3 og et avløp 4. Ved sin nedre ende er den forlenget med en wolframfinger 5. Under elektroden 1 er der anbragt en digel 6, som f. eks. består av kobber, og som kjøles med vann 7 som ankommer ved 8 og går ut ved 9. Digelen 6 og elektroden 1 er forbundet med hver sin pol for strømmen, idet der er anordnet midler (ikke vist på figuren) til å sikre deres isolasjon. Digelen 6 er nedentil forlenget med en sylinder 10 som er åpen ved sin nedre ende. I denne sylinder 10 kan der med liten friksjon gli et kobberstempel 11 som kjøles med vann ved 12, og hvis nedadgående bevegelse oppnås ved hjelp av vilkårlig egnede midler, f. eks. slike som er antydet skjematisk ved 13 (tannhjul og tannstang), med en synkningshastighet som kan reguleres efter ønske. The drawing shows a copper electrode 1 which is not consumed, and which protrudes into a closed furnace 2. The electrode 1 is hollow and is cooled with water via an inlet 3 and an outlet 4. At its lower end, it is extended with a tungsten finger 5. Below the electrode 1, a crucible 6 is placed there, which e.g. consists of copper, and which is cooled by water 7 which arrives at 8 and leaves at 9. The crucible 6 and the electrode 1 are connected to each pole for the current, means being arranged (not shown in the figure) to ensure their isolation . The crucible 6 is extended at the bottom with a cylinder 10 which is open at its lower end. In this cylinder 10 there can slide with little friction a copper piston 11 which is cooled by water at 12, and whose downward movement is achieved by means of any suitable means, e.g. such as are indicated schematically at 13 (gear and rack), with a lowering speed that can be regulated as desired.

Videre blir dette system kombinert med organer til å sikre hovedsakelig kontinuerlig chargering av reaksjonsblandin-gen, som f. eks. tilføres i form av småstykker 14. Således kan disse småstykker eller pressbiter innføres på forhånd i et magasin 15 hvorfra de suksessivt føres innover mot digelen 6 f. eks. med et stempel 16. Furthermore, this system is combined with means to ensure essentially continuous charging of the reaction mixture, such as e.g. supplied in the form of small pieces 14. Thus, these small pieces or press pieces can be introduced in advance into a magazine 15 from which they are successively fed in towards the crucible 6, e.g. with a stamp 16.

En særskilt apparatur kan. anordnes til å sikre automatisk oppveining av ut-gangsstoffene, blanding av disse og kom-presjon til pressbiter. A separate device can. arranged to ensure automatic weighing of the starting materials, mixing of these and compression into press pieces.

Innføringen av nitrogen, alene eller The introduction of nitrogen, alone or

oppspedd med en inert gass, i ovnen 2 skjer gjennom en ledning 17. Gassatmosfæren kan avsuges i vilkårlig regulerbar mengde ved hjelp av en ledning 18 som er forsynt med en ventil 19 og forbundet med en pumpe, som ikke er vist på figuren. Et manometer 20 viser til enhver tid trykket i beholderen. Ledningen 17 er forbundet med et reservoir (ikke vist) som inneholder nitrogen, alene eller blandet med en inert gass, under trykk. Denne ledning 17 har en ventil 21 som kan inngå i et system til automatisk styring (slik det er velkjent i praksis) som gjør det mulig å styre inn-føringen av nitrogenet, resp. gassblandin-gen, i avhengighet av trykket i beholderen slik at dette trykk blir holdt på en konstant og på forhånd fastlagt verdi. spiked with an inert gas, in the furnace 2 takes place through a line 17. The gas atmosphere can be extracted in an arbitrarily adjustable amount by means of a line 18 which is equipped with a valve 19 and connected to a pump, which is not shown in the figure. A manometer 20 shows the pressure in the container at all times. The line 17 is connected to a reservoir (not shown) which contains nitrogen, alone or mixed with an inert gas, under pressure. This line 17 has a valve 21 which can be included in a system for automatic control (as is well known in practice) which makes it possible to control the introduction of the nitrogen, resp. the gas mixture, depending on the pressure in the container so that this pressure is kept at a constant and predetermined value.

Som nevnt tidligere har nitrogentryk-get i og for seg ingen påtagelig innflydélse på nitreringsreaksjonen, men i praksis har man interesse av å holde trykket konstant for ikke å endre forholdene med hensyn til lysbuens virkemåte og for dermed å kunne holde driften under hovedsakelig konstante og reproduserende forhold. Det totale indre trykk blir, likeledes for å lette lysbuens arbeide, fortrinsvis holdt på en verdi lik eller under 760 mm kvikksølvsøyle. As mentioned earlier, the nitrogen pressure in and of itself has no perceptible influence on the nitration reaction, but in practice it is in the interest of keeping the pressure constant in order not to change the conditions with regard to the workings of the arc and thus to be able to keep the operation under mainly constant and reproducible relationship. The total internal pressure is also, in order to facilitate the work of the arc, preferably kept at a value equal to or below 760 mm mercury column.

Da manøvreringsanordningen for stempelet står under atmosfæretrykk, kan man, hvis der arbeides under redusert trykk, anordne midler som f. eks. en fjær 22 (eller hvilke som helst likeverdige midler) til automatisk å utbalansere trykket. As the maneuvering device for the piston is under atmospheric pressure, one can, if working under reduced pressure, arrange means such as e.g. a spring 22 (or any equivalent means) to automatically balance the pressure.

Såsnart de første biter 14 er bragt til smeltning ved 23 ved hjelp av lysbuen, foregår nitreringsreaksjonen raskt, og man får dermed en flytende fase som inneholder en eutektisk blanding av metalloxyd, og -nitrid. Dette eutektikum stivner ved 24 ovenfor det kj ølede stempel 11. Hvis man så samordner synkningshastigheten av stempelet 11 med innføringshastigheten for bitene 14 slik at overflaten av smeltebadet holder seg på et stort sett fast nivå, kommer man dermed frem til å holde lys-buespenningen mellom elektroden og badet på en konstant verdi og får samtidig et støpestykke som kan trekkes kontinuerlig ut av ovnen. As soon as the first pieces 14 are brought to melting at 23 by means of the electric arc, the nitriding reaction takes place quickly, and a liquid phase is thus obtained which contains a eutectic mixture of metal oxide and nitride. This eutectic solidifies at 24 above the cooled piston 11. If you then coordinate the sinking speed of the piston 11 with the insertion speed of the pieces 14 so that the surface of the molten pool remains at a largely fixed level, you thus arrive at keeping the arc voltage between the electrode and the bath at a constant value and at the same time obtain a casting that can be continuously pulled out of the furnace.

Man kan anordne organer til automatisk å sikre avbrytelse av lysbuen, stopp Devices can be arranged to automatically ensure interruption of the arc, stop

av chargen og av stempelets synkebeve-gelse når der er oppnådd en ønsket lengde av støpestykket i sylinderen 10. of the charge and of the sinking movement of the piston when a desired length of the casting in the cylinder 10 has been achieved.

Det er dermed mulig efter ønske og i en eneste operasjon å få et støpestykke med ønsket diameter og lengde. Enn videre vil det hvis ytterdiameteren skal fås med en meget nøyaktig fastlagt verdi, være mulig å bearbeide støpestykket ved metoder som er vanlig brukt for keramiske materialer. It is thus possible to obtain a casting with the desired diameter and length in a single operation as desired. Furthermore, if the outer diameter is to be obtained with a very precisely determined value, it will be possible to process the casting by methods that are commonly used for ceramic materials.

I det følgende vil der bli beskrevet forskjellige ikke-begrensende eksempler på utførelsen av den fremgangsmåte til fremstilling av nye varmefaste produkter som oppfinnelsen går ut på. De forholdsregler med hensyn til utførelsen som vil bli beskrevet i forbindelse med disse eksempler, er å betrakte som utgjørende deler av oppfinnelsen, dog selvsagt slik å forstå at hvilke som helst likeverdige forholdsregler like godt vil kunne benyttes uten at man over-skrider oppfinnelsens ramme. In the following, various non-limiting examples will be described of the execution of the method for producing new heat-resistant products which the invention is based on. The precautions with respect to the execution that will be described in connection with these examples are to be considered as constituting parts of the invention, although of course it is to be understood that any equivalent precautions can just as easily be used without exceeding the scope of the invention.

Eksempel 1. Example 1.

Dette eksempel gjelder fremstilling av et varmefast brensel som utgjøres av et eutektikum TJ02/UN. Fremstillingen skjer i et apparat i likhet med det som er beskrevet i forbindelse med figuren. Utgangs-materialene innføres i form av pressbiter inneholdende en ekvimolekylær blanding av urandioxyd og carbon. This example concerns the production of a heat-resistant fuel which consists of a eutectic TJ02/UN. The production takes place in an apparatus similar to that described in connection with the figure. The starting materials are introduced in the form of press pieces containing an equimolecular mixture of uranium dioxide and carbon.

Lysbueovnen fylles med nitrogen under et trykk av 200 mm kvikksølvsøyle, som holdes under hele operasjonen, og man sender en strøm gjennom apparatet med en styrke av 800 ampere og en spenning av 15 volt. Man får dermed eutektiket UO„/UN i form av støpestykker med diameter 30 mm og lengde 200 mm. The arc furnace is filled with nitrogen under a pressure of 200 mm of mercury, which is maintained throughout the operation, and a current of 800 amperes and a voltage of 15 volts is passed through the apparatus. You thus get the eutectic UO„/UN in the form of castings with a diameter of 30 mm and a length of 200 mm.

Eksempel 2. Example 2.

Dette eksempel gjelder fremstilling av et varmefast brensel dannet av et eutektikum Th02/UN. Fremstillingen av dette eutektikum svarer til 25 molekyler Th02 for 75 molekyler UN. I den samme lysbueovn som ble benyttet for eksempel 1, inn-fører man en blanding av Th02 og uran i molekylære andeler på henholdsvis 0,25 og 0,75. Der benyttes en blanding av nitrogen og argon, og man holder i beholderen under hele operasjonen et totaltrykk av 600 mm kvikksølvsøyle samtidig som partial-trykket av nitrogen er 200 mm kvikksølv-søyle. Man sender en strøm igjennom med en styrke av 1000 ampere under en spenning på 15 volt. Man får eutektiket ThO„/ UN i form av støpestykker med en diameter av 40 mm og en lengde av 300 mm. This example concerns the production of a heat-resistant fuel formed from a eutectic Th02/UN. The production of this eutectic corresponds to 25 molecules of Th02 for 75 molecules of UN. In the same arc furnace that was used for example 1, a mixture of Th02 and uranium is introduced in molecular proportions of 0.25 and 0.75 respectively. A mixture of nitrogen and argon is used, and a total pressure of 600 mm Hg is maintained in the container during the entire operation, while the partial pressure of nitrogen is 200 mm Hg. A current of 1000 amperes is sent through under a voltage of 15 volts. The eutectic ThO„/ UN is obtained in the form of castings with a diameter of 40 mm and a length of 300 mm.

Eksempel 3. Example 3.

Dette eksempel gjelder fremstilling av et varmefast brensel bestående av et eutektikum Th02/ThN hvis sammensetning svarer til 15 molekyler Th02 til 85 molekyler ThN. I den lysbueovn som ble benyttet for de foregående eksempler, innfører man pressbiter inneholdende en blanding av thoriumdioxyd og carbon. Blandingen inneholder 15 molekyler ThOa til 170 molekyler C. Lysbueovnen fylles med nitrogen under et trykk av 500 mm kvikksølvsøyle, som holdes under hele operasjonen. Man sender en strøm igjennom med en styrke av 800 ampere under en spenning på 15 volt. Man får eutektiket Th02/ThN i form av støpestykker med en diameter av 15 mm og en lengde av 150 mm. This example concerns the production of a heat-resistant fuel consisting of a Th02/ThN eutectic whose composition corresponds to 15 molecules of Th02 to 85 molecules of ThN. In the arc furnace that was used for the preceding examples, press pieces containing a mixture of thorium dioxide and carbon are introduced. The mixture contains 15 molecules of ThOa to 170 molecules of C. The arc furnace is filled with nitrogen under a pressure of 500 mm mercury column, which is maintained throughout the operation. A current is sent through with a strength of 800 amperes under a voltage of 15 volts. The eutectic Th02/ThN is obtained in the form of castings with a diameter of 15 mm and a length of 150 mm.

Som det sier seg selv og forøvrig alle-rede fremgår av det foregående, er det mulig å utføre oppfinnelsen på andre måter enn de beskrevne uten å overskride dens ramme. Spesielt kan oppfinnelsen således anvendes til fremstilling av eutektika XO,/ XN eller X02/YN hvor X og/eller Y kan betegne ikke ett eneste metall valgt fra actinidgruppen, men to eller flere metaller fra denne gruppe og med oxyder eller nitrider som er isomorfe og istand til å danne faste oppløsninger. As is self-evident and already evident from the foregoing, it is possible to carry out the invention in other ways than those described without exceeding its scope. In particular, the invention can thus be used for the production of eutectics XO,/XN or X02/YN where X and/or Y can denote not a single metal selected from the actinide group, but two or more metals from this group and with oxides or nitrides which are isomorphous and capable of forming solid solutions.

Claims

1. Heat-resistant nuclear fuel, characterized in that it is composed of an oxide of an element in the actinide group and a nitride of the same element or of another element in the actinide group in such proportions that they form a eutectic.

2. Process for producing a heat-resistant nuclear fuel as stated in claim 1, comprising mixing a metal oxide and a metal in such a ratio that the molecular ratio between oxide and metal in this mixture is equal to the molecular ratio between the same oxide and the nitride of the metal in the corresponding eutectic , melt the mixture and nitrate the metal by heating to a high temperature in a nitrogen atmosphere.

3. Process for the production of a heat-resistant nuclear fuel as stated in claim 1 and with the formula X02/XN, comprising mixing a metal oxide and carbon in such a quantity ratio that the percentage molecular content of carbon in the mixture is roughly twice the percentage molecular ratio of nitride in the corresponding eutectic, melt the mixture, reduce a part of the oxide to metallic form and nitrite the metal obtained by the reduction of said part of the oxide, by means of a heating to a high temperature under a nitrogen atmosphere.

4. Method as stated in claim 2 or 3, characterized in that the nitrogen pressure is kept between 50 and 760 mm Hg.

5. Method as stated in claim 4, characterized in that the nitrogen is diluted with an inert gas and the total pressure of the gases is kept below or equal to 760 mm Hg.

6. Method as stated in claim 2 or 3, characterized in that the heating takes place by induction.

7. Device for carrying out a method as stated in claim 2 or 3, characterized in that it consists of an electric arc furnace (2), devices (15, 16) for continuously charging the mixture in the furnace, a supply line (17) for nitrogen, a drain line (18) for nitrogen, devices (21) for regulating the flow rate of this gas depending on the pressure in the furnace, a crucible (6) having a cylindrical extension (10) below, devices (7-9) for cooling the crucible, a movable piston (11) in the interior of said extension (10), as well as maneuvering devices (13) for displacing the piston as the casting is formed .

8. Device as stated in claim 7, characterized in that it comprises devices to coordinate the speed of introduction of the charge (14) and the speed of sinking of the piston (11) so that the surface of the molten pool (23) is kept at a constant level.

9. Device as stated in claim 7, characterized in that the arc furnace (2) has an electrode (1, 5) which is not consumed.