WO1999042778A2 - Verfahren und vorrichtung zum mikrowellensintern von kernbrennstoff - Google Patents

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WO1999042778A2
WO1999042778A2 PCT/EP1999/001078 EP9901078W WO9942778A2 WO 1999042778 A2 WO1999042778 A2 WO 1999042778A2 EP 9901078 W EP9901078 W EP 9901078W WO 9942778 A2 WO9942778 A2 WO 9942778A2
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resonator chamber
microwave
nuclear fuel
oven according
antenna cavity
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Wolfgang Dörr
Bruno Schmitt
Monika Willert-Porada
Thorsten Gerdes
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • the invention relates to a method for sintering nuclear fuel in a microwave oven and a corresponding microwave oven.
  • microwave ovens Industrial use of microwave ovens is currently limited to drying bodies or materials, sterilizing (e.g. food), polymerizing rubber, curing plastics, and similar processes that take place at medium temperatures.
  • the ceramics industry is interested in the use of microwaves for sintering, which, however, has hitherto been practically limited to a laboratory scale, since according to previous experience, shorter sintering times are sufficient, but allegedly higher temperatures (ie higher wear of the furnaces) are necessary and overall higher energy losses occur, but possibly better material properties (eg a finer grain in the ceramic structure) could be achieved.
  • no products with satisfactory qualities with microwaves have been achieved at all.
  • the special peculiarity of the ceramic nuclear fuel is that it "couples" * sufficiently well to the microwaves, ie it can absorb energy from the microwave field without being electrically conductive at low temperatures.
  • the electrical conductivity increases and the Increasingly, fuel behaves like a metal, which leads to local overheating, arcing and distortion of the microwave field (for example, a well-sintered, conductive area can prevent microwaves from escaping into adjacent areas of the fuel.
  • the result is irregularly sintered , partially melted and deformed tablets, therefore the most homogeneous distribution of energy and temperature possible without sharp local maxima.
  • the microwaves are generated by a magnetron or a similar electrical component (e.g. a klystron) and passed through a waveguide m to the furnace space (work space), which is designed as a resonator, i.e. on all sides by microwave reflecting
  • a magnetron or a similar electrical component e.g. a klystron
  • the magnetron is regarded as the only source of the microwave field, the nuclear fuel only as a sink of the field and the waveguide with the resonator chamber only as a lossy transmission of the microwaves, the geometry of the resonator chamber and the waveguide should be chosen empirically in such a way that the war eitzs are minimized so that as much energy as possible is extracted from the field from the nuclear fuel.
  • the temperature distribution in the fuel is as uniform as possible.
  • magnetrons are each connected over a world lenleiter, which at its end with its full cross section into the resonator, provided, and the individual magnetrons are individually controlled in order to achieve the most homogeneous temperature distribution possible by superimposing the wave fields generated by them.
  • this document contains a wealth of suggestions which are also available for the present Invention are applicable.
  • the content of this document is therefore also part of the content of the present application, with which the radiation of the microwaves in the work space (resonator space) is improved.
  • the present invention is also based on the object of specifying a method and a microwave oven for sintering nuclear fuel which has the quality required for use in the reactor.
  • “Nuclear fuel *” means not only uranium oxide itself, but also mixtures with other oxides (especially transurans such as plutonium and thorium) and also absorber materials (such as gadolinium oxide).
  • the invention is preferred for the sintering of pressed molded articles of fuel (so-called “green compacts * ) into corresponding sintered molded articles (usually cylindrical tablets, so-called “pellets *), but it is also suitable for treating powders or granules at appropriate sintering temperatures. According to the experience with the present invention, a lowering of the sintering temperatures and of the heat losses can be expected at least in the case of the materials suitable for use in a nuclear reactor by using microwaves.
  • the invention is based on the fact that the increasing electrical conductivity of the nuclear fuel at high temperatures leads not only to a deterioration in the sintering result, but also to unstable conditions in the field. Because the fuel does not only become an inhomogeneous sink for microwave radiation due to its inhomogeneous heating, but because of its electrical properties it acts similarly to a "transmitter", so that there are unstable feedbacks on the magnetrons and the radiation they emit . These feedbacks cannot be reliably controlled with an arrangement that considers the furnace chamber (resonator chamber) merely as an intermediary for the radiation between the magnetron (source) and nuclear fuel (absorber), which can be optimized with regard to the losses.
  • the invention first uses an antenna cavity which is closed on all sides by means of microwave reflecting (metallic) walls and whose dimensions are matched to the microwave radiation used in order to generate a stable microwave field (standing wave).
  • a magnetron or a klystron is usually used in microwave technology to generate a frequency of 915 MHz or 2.45 GHz; a frequency between 0.4 and 30 GHz is generally suitable.
  • the dimensions of low-loss waveguides tuned to these frequencies have been investigated, known and described. Are these waveguides at their ends by reflecting walls (so-called "Short-circuit terminations *) completed, they become resonators in which such frequencies lead to standing wave fields.
  • an individual magnetron (or klystron) is preferably assigned to each such antenna cavity, which, however, is not arranged within the standing wave, but is located at the end of a corresponding waveguide which opens into the antenna cavity with its other end.
  • these openings which are preferably slits, are so small that they practically do not influence the formation of the standing wave in the antenna cavity, do not cause electrical flashovers, but do radiate sufficient power. This also minimizes the feedback of microwave radiation into the antenna cavity.
  • slot antennas have previously been proposed for communications technology in order to emit corresponding fields in practically an infinite environment from which only minor reflections come back. This is intended to create a stabilized, areal radiator with a radiation power evenly distributed over the radiator surface.
  • the invention provides an antenna cavity fed by a microwave radiator with a wall carrying at least one narrow opening (advantageously: several slots) for coupling microwaves into a resonator room containing the nuclear fuel.
  • the slots are designed so that the feedback to the antenna cavity due to reflections on the nuclear fuel no longer interfere.
  • the changed arrangement of the slots enables the temperature distribution in the nuclear fuel to be controlled and adjusted.
  • the resonator space advantageously has approximately the same length as the antenna cavity and the antenna cavity is arranged on a long side of the resonator space.
  • the antenna cavity sits directly on the resonator room, so that both rooms are separated by a common wall that supports the narrow openings or slots.
  • the sintered material becomes not only a strong absorber, but also a "transmitter * (or at least a reflector), the feedback of which on the standing wave in the antenna cavity must not be neglected. Rather, the resonance conditions in the antenna cavity are severely out of tune due to the feedback with the nuclear fuel.
  • the system must be viewed as a feedback system and the antenna cavity with the slots must be designed from the outset for the out of tune conditions.
  • This is empirically possible in a simple manner by changing the length of the antenna cavity by means of displaceable metallic terminations and by varying the position of the slots in the walls of the antenna cavity. It has been shown that such changes make it possible to achieve a much more homogeneous distribution of temperature and field in the resonator space and that the damage mentioned can be avoided.
  • IG 1 a first exemplary embodiment of a microwave oven according to the invention for carrying out the method according to the invention
  • FIG. 6 shows a cross section through the microwave oven according to FIG. 4,
  • a side wall 2 and the top wall 3 have broken away in order to make the interior of a cuboid resonator chamber 20 visible.
  • the resonator space is closed on the sides by the mentioned side wall 2, the parallel side wall 5, the top wall 3 and the corresponding bottom wall 6 and at the rear by the rear wall 4.
  • the corresponding front wall 7 is designed as a firmly screwable door, all of these walls being formed from sheet steel with a wall thickness of 3 mm.
  • any material in particular metal is suitable, provided that it reflects the microwaves and is temperature-resistant up to temperatures of up to 800 ° C.
  • the inner walls are advantageously polished or mirrored in order to facilitate the reflection of the microwaves.
  • the inner surfaces are lined with a thermal insulation 8, which is largely transparent to microwaves. Ceramic material, in particular aluminum oxide in a porous state, is suitable for this. In Figure 1, this thermal insulation has also largely broken away, so that (only partially shown) holders 10, 11, 12 become visible, on which three layers of the nuclear fuel can be introduced and held. Furthermore, a gas feed 15 and gas discharge 16 can be seen in order to introduce or extract sintered gas (for example dry hydrogen with an oxygen partial pressure of 10 8 atmospheres or below) into the chamber.
  • sintered gas for example dry hydrogen with an oxygen partial pressure of 10 8 atmospheres or below
  • the resonator chamber 20 shielded by means of the walls 2 to 7 is fed on its rear wall 4 with microwaves which are generated in corresponding antenna cavities 21 and 22.
  • These antenna cavities 21, 22 are also shielded on all sides by similar walls, a magnetron 23 projecting into the closed end of the antenna cavities.
  • a housing 25 can be seen for devices which are common in microwave technology, in order to measure the waves emanating from the magnetron and the reflected waves and to dampen the reflected waves by means of an aperture (for example a commercially available arrangement of three reflector rods arranged variably in the antenna cavity) .
  • the other end of the antenna cavity 21 is closed by a short-circuit slide 28 which projects into the antenna cavity with a variable length in order to change this cavity for adjustment.
  • the partition between the antenna cavities 21 and 22 and the resonator space 20 each has narrow openings 30 which only occupy a small fraction of the common area between the antenna cavities and the resonator space.
  • the cross-section perpendicular to the direction of entry of the microwaves into the resonator chamber is preferably edge lengths which are at least a quarter and at most 4 times the wavelength of the microwaves generated in air, a cylindrical resonator chamber also being possible (but more difficult to optimize) if it is one has approximately the same cross-section as a cuboid resonator chamber determined by these limit values.
  • FIG. 2 shows a section of a cuboid-shaped antenna cavity which is separated from the resonator space by a partition wall 43 which is composed of a plurality of metal sheets and has a width d '.
  • a window 40 is incorporated in the partition, which is largely covered by a slide 41 held in the wall. In this slide 41, an elongated slot 42 is incorporated, the distance d from the center line of the wall mentioned is thus variable.
  • a decrease in the energy radiating through the slot can also be achieved in accordance with FIG. 3, wherein in the wall a rotatable disk 44 is shown with a corresponding slot 45, the orientation of which can thus be changed within the corresponding window 48.
  • the radiated energy is practically proportional to the projection of the slot on the longitudinal direction, i.e. with an orientation in the longitudinal direction, the maximum energy is given off.
  • the slots can already be determined during the design of the furnace by appropriate empirical tests under operating conditions and then adopted in the furnace construction, but it may prove necessary to react to changes in the temperature profile during operation of the furnace by changing the slots accordingly.
  • a drive wheel 46 for the disk 44 is shown in FIG. 3, which is driven by a servo motor 47 in order to change the position of the slot depending on the operation.
  • FIG. 4 schematically shows a furnace which is designed, in particular, for the sintering of compression-molded green compacts made from nuclear fuel to form the fuel meter bodies which are suitable for use in the reactor.
  • the central part of this furnace 50 is the elongated, parallelepiped-shaped resonator chamber 51, with two opposite ones
  • an antenna cavity 53 which is separated by a common wall (partition)
  • a plurality of longitudinal slots 54 are machined into the common wall 52, the arrangement of which is initially shown arbitrarily here.
  • These antenna cavities 53 are also cuboid, but have a somewhat smaller cross section, which corresponds to the cross section of waveguides 55, which are angled and open into the resonator rooms.
  • the arrows indicate the electrical connections and the alignment of a magnetron 56, which projects into the closed end of the waveguide 55. Between the magnetron 56 and the opening of the waveguide in the antenna cavity, a base 57 for measuring instruments that detect the emerging and returning microwave separately, and for an aperture such as are used in the prior art in such waveguides.
  • Position 58 indicates that the cavities can be lined or largely filled with thermal insulation (not shown in the drawing), which is largely transparent to the microwaves used.
  • thermal insulation which is arranged within the space enclosed by reflecting walls, is in any case advantageous for the resonance room (at least its unslotted walls), since it protects the wall material from the thermal radiation of the heated nuclear fuel.
  • heat radiation is not to be feared for the antenna cavities and it may already be sufficient to polish or mirror the inner walls or in some other way to produce a high reflection and a low absorption; Since the usual materials for thermal insulation, for example aluminum oxide, begin to absorb microwaves even with increasing temperature, it can be advantageous to use materials in the antenna cavities which have a lower absorption for the microwaves than aluminum oxide, or towards thermal insulation dispense.
  • the 4 also shows a ceramic tube 59 which extends through the entire length of the resonance chamber.
  • This ceramic tube serves on the one hand to hold the sintered material (ie the green compacts) which is pushed through the tube.
  • the sintering gas is also passed through the ceramic tube 59, preferably in countercurrent to the direction of movement of the sintered material.
  • the ceramic tube 59 m passes over a gas lock outside the resonance chamber, which on the one hand enables the resonance chamber to be loaded and unloaded with the sintered material and the sintered gas.
  • gas locks are described in the aforementioned PCT / EP 97/04513.
  • the position of these gas locks is indicated by the arrows 60. It is advantageous if, before entering and after leaving the resonance chamber, the sintered material passes through a metal tube 61 which is formed on the end walls of the resonance chamber and which can be designed as an extension or concentric shell of the ceramic tube 59.
  • Such a metal tube has the result that the microwave field inside the tube, ie at the supply and discharge of the sintered material, is broken down without penetrating to the outside.
  • a radiation-free zone adjoining the end walls of the resonator chamber can advantageously serve as a warm-up or cooling section for the nuclear fuel. If the nuclear fuel is introduced into the furnace from the front wall, which can be seen at the front left, is demanded by the ceramic tube 59 and removed at the rear end, then a countercurrent indicated by the arrows 62, which initially has a low temperature, can be called the and emerging at the rear end sintered
  • the gas locks are each mounted in a housing 77 on the front and rear wall outside the resonator room.
  • the metallic walls of the resonator chamber are preferably not insulated on this front side and rear side, rather this insulation is first attached to the housing 77 of these gas locks, so that these housings 77 form a heating zone and cooling zone which are practically not exposed to microwaves.
  • This insulation according to FIG. 5 is preferably only provided if work is to be carried out in the upper range of the intended sintering temperatures (approximately at 1800 to 1850 ° C.) and it should turn out that commercially available, highly porous ceramic bodies made of aluminum oxide adhere too strongly to those directly from the Connect slits to emerging radiation and do not withstand the corresponding thermal loads for a long time. Alternatively, an attempt can also be made not to use highly porous solids at these points, but instead to use appropriate fiber material, for example.
  • FIG. 6 A cross section through the metallic walls of the resonance chamber 51 and the antenna cavities 53 of the furnace according to FIG. 4 is shown in FIG. 6.
  • the cross section of the resonance chamber is given by the dimensions known in microwave technology for corresponding waveguides and denoted by “R22 *” the cross section of the antenna cavities 53 corresponds to a waveguide cross section with the designation “R26 *.
  • the walls 80 which are welded together from steel parts with a thickness of 3 mm, are firmly clamped together by means of screw bolts 80 ', which also hold Inconel sheets with a thickness of 1 mm, in which the slots mentioned in the partition between the antenna cavities and the resonance space are incorporated.
  • FIG. 6 also shows that the cross section of the antenna cavity 51 is practically filled by two superporous ceramic blocks 80a, 80b made of aluminum oxide (A1 2 0 3 ), which only have a cutout 80c in their center for the already mentioned ceramic tube 59. In some of the positions, supports 80d for supporting the tube 59 can protrude into this recess 80c.
  • the cross section of the antenna cavities also corresponds to the cross section of the waveguide, which merges into an antenna cavity at one end and carries the microwave radiator assigned to this cavity at the other end.
  • the output of these radiators in FIG. 4 is 1.25 kW each.
  • pellets were at about 1200 ° C m C0 2 -Atmo- sphare sintered or 2 -Atmosphare 1300 ° C in H, wherein the pellets about 140 W recordings during sintering, from 80 to 150 W Sinter gas was taken up and transported away and 200 W were reflected back to the radiator.
  • the length of the antenna cavities and the working space and the length of the microwaves between the magnetron and the entrance m the corresponding antenna cavity was in each case approximately 1.1 m.
  • the ceramic tube 59 (FIG. 7) can be made in one piece. It is then sufficient if the green compacts 81 are successively pushed into the ceramic tube via a device shown in PCT / EP 97/04513 and then collected in the sintered state at the other end.
  • FIG. 7 only shows the microwave radiation emerging through the slots
  • a corresponding holder is shown in FIG. 8, three pellet columns 86 each being guided in the resonator chamber 85 in a separate tube 87.
  • the microwave ovens described here are not limited to the use of molded green compacts, which are inserted into a tube from the front and removed from the rear. It is also possible to use the nuclear fuel, for example in the form of boats or other carriers in the furnace to be introduced, for example only from the front, from which they can then be removed again. Even in such cases, however, it is advantageous not to load the entire resonator chamber with sintered gas and thus to expose the resonator walls to an aggressive atmosphere, but rather to guide the gas in a corresponding, gas-tight ceramic tube, for example the tube 88 indicated in FIG. 8, which holds the holder for several separate layers of fuel.
  • six fuel holders can also be provided, the arrangement of which is then e.g. can correspond to the corners of a regular hexagon arranged around the center of the cross section.
  • a fuel holder can also be provided in the central axis, so that seven layers of nuclear fuel can be sintered simultaneously.
  • the conveying speed of the fuel in the pipe is increased in order to increase the throughput, it may be necessary to increase the furnace length.
  • two resonator rooms constructed according to the considerations set out are arranged one behind the other, so that a resonator room composed of two partial resonator rooms is created with a continuous holder for the fuel.
  • the two subspaces are connected to one another by an aperture in order to decouple the microwave fields of both subspaces.
  • the smallest distance between the center of an opening and the edge of the opening is not greater than about 4% of the wavelength.
  • a slot width of approximately 5 mm (at least less than 10 mm) was selected.
  • the opening can be wider (up to about half the wavelength). Under these conditions, no flashovers between the metal slot edges were observed at the slots.
  • the distance between the centers of these openings should be at least half a wavelength. Therefore, the area occupied by the openings in the partition of the antenna cavity is limited to less than 5%.
  • the slots are not arranged in the longitudinal direction on the center line of an antenna cavity side wall, but are offset to the center line, the slots being able to be arranged, for example, alternately offset on both sides. It has proven to be advantageous if the slots are not evenly distributed in the longitudinal direction, but the feed of the microwaves emitted by the microwave radiator is arranged in the vicinity of one end of the antenna cavity and the slots from the other end over the length ( advantageously about half to three quarters of the length).
  • the distance of the individual slots d from the center line was optimized in the manner described in FIG. 2 with regard to a temperature distribution in the fuel that was as uniform as possible, with a uniform distance d of approximately 15 mm being assumed.
  • FIG. 9 shows the temperature distribution obtained and the arrangement of the slots.
  • 91 shows approximately the location at which one waveguide opens into its assigned antenna cavity
  • 92 shows the shape and the longitudinal position of the slots in the wall between the associated antenna cavity and the resonator space is shown.
  • the mouth of the other waveguide m is shown with the other antenna cavity at 93 and the position and shape of the slots m on the wall between the other antenna cavity and the resonator chamber at 94, the furnace according to FIG. 7 being used.
  • the slots 93 belonging to one antenna cavity are all on one side
  • the other antenna cavities are all on one side m of the rear half of the resonator space
  • the slots 94 belonging to the other antenna cavity are arranged diametrically opposite to this.
  • the nuclear fuel consisted of common uranium oxide pellets, which run at a speed of 4.4 mm / mm. through the furnace, the total length of which was 1.1 m.
  • the temperature distribution shown was practically constant over time after a relatively short warm-up time.
  • the sintering density of the pellets was largely homogeneous and was in the usable range from 10.2 to 10.6 g / cm.
  • the temperature used here is significantly lower than the temperature required in conventional ovens for a body of the same density. Because in microwave sintering, the fuel heats up only to a small extent through contact with hot gases or superficial absorption of heat radiation in a manner progressing inwards from the surface of the fuel, but rather through absorption of the microwave rays in the entire volume.

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Abstract

In einem Mikrowellenofen zum Sintern von Kernbrennstoff wird in einem Antennenhohlraum (53) eine stehende Welle erzeugt, aus der mittels Schlitzen (54) Mikrowellen in einen den Kernbrennstoff enthaltenden Resonatorraum (51) ausgekoppelt werden. Die Lage der Schlitze ist so justiert, daß im Kernbrennstoff ein vorgegebenes Temperaturprofil erzeugt wird.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Mikrowellensintern von Kernbrennstoff
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Sintern von Kernbrennstoff in einem Mikrowellenofen sowie einen entsprechenden Mikrowellenofen.
Der industrielle Einsatz von Mikrowellenöfen ist gegenwärtig auf das Trocknen von Körpern oder Materialien, das Sterilisieren (z.B. von Lebensmitteln), das Polymerisieren von Gummi, Aushärten von Kunststoffen und ähnliche Prozesse beschränkt, die bei mittleren Temperaturen ablaufen. Die Kera- mikindustrie ist am Einsatz von Mikrowellen zum Sintern interessiert, der jedoch bisher praktisch nur auf einen Labormaßstab beschränkt ist, da nach den bisherigen Erfahrungen zwar kürzere Sinterdauern ausreichen, jedoch angeblich höhere Temperaturen (also ein höherer Verschleiß der Öfen) nötig sind und insgesamt höhere Energieverluste auftreten, jedoch möglicherweise bessere Materialeigenschaften (z.B. ein feineres Korn in der keramischen Struktur) erreichbar wären. Jedoch wurden bisher überhaupt keine Produkte mit befriedigenden Qualitäten mit Mikrowellen erreicht.
In der nicht vorveröffentlichten Anmeldung PCT/EP 97/04513 ist aber ein Verfahren beschrieben, mit dem Grünlinge, die aus ungesintertem Kernbrennstoff gepreßt sind, zu fertigen Kernbrennstoff-Sinterkörpern gesintert werden, wobei sowohl die Form der Sinterkörper als auch deren Dichte und mechanisch/chemische Beschaffenheit den Anforderungen für den Einsatz in Kernreaktoren genügen. Dabei sind bei gleicher Dauer nur niedrigere Temperaturen nötig als bei konventionellen Verfahren, wodurch sich sowohl die Wartung vereinfacht als auch der Verschleiß und die Energieverluste verringern. Allerdings ist die dort beschriebene, auf empirische Weise ausgelegte Anordnung schwierig zu optimieren. Die angestrebte homogene Temperaturverteilung im Brennstoff, niedrige Temperaturverluste und geringe thermische Beanspruchung der Ofen- teile sind schwer zu erreichen und nicht immer reproduzierbar.
Die besondere Eigenart des keramischen Kernbrennstoffs ist, daß er hinreichend gut an die Mikrowellen „ankoppelt"*, d.h. Energie aus dem Mikrowellenfeld aufnehmen kann, ohne bei niedrigen Temperaturen elektrisch leitend zu sein. Bei hohe- ren Temperaturen nimmt jedoch die elektrische Leitfähigkeit zu und der Brennstoff verhalt sich m steigendem Maße wie ein Metall. Es kommt daher zu lokalen Uberhitzungen, Lichtbogen und Verzerrungen des Mikrowellenfeldes (z.B. kann ein bereits gut gesinterter, leitfahiger Bereich die Mikrowellen am Em- dringen m benachbarte Bereiche des Brennstoffs hindern. Das Ergebnis sind unregelmäßig gesinterte, teilweise aufgeschmolzene und verformte Tabletten. Daher wird eine möglichst homogene Verteilung der Energie und Temperatur ohne scharf ausgeprägte lokale Maxima angestrebt.
Nach diesem alteren Vorschlag werden die Mikrowellen von einem Magnetron oder einem ahnlichen elektrischen Bauteil (z.B. einen Klystron) erzeugt und durch einen Wellenleiter m den Ofenraum (Arbeitsraum) geleitet, der als Resonator ausgebil- det ist, d.h. allseitig von Mikrowellen-reflektierenden
(metallischen) Wanden abgeschirmt ist. Dabei ist das Magnetron als einzige Quelle des Mikrowellenfeldes, der Kernbrennstoff nur als Senke des Feldes und die Wellenleiter mit dem Resonatorraum lediglich als verlustbehaftete Übertragung der Mikrowellen betrachtet, wobei die Geometrie des Resonatorraumes und der Wellenleiter empirisch so gewählt werden soll, daß die War everluste minimiert werden, also vom Kernbrennstoff möglichst viel Energie aus dem Feld entnommen wird. Zusätzlich wird durch eine Veränderung der Position der Wellen- leiter am Arbeitsraum eine möglichst gleichmaßige Temperatur- Verteilung im Brennstoff eingestellt. Um die notige Leistung aufzubringen, sind mehrere Magnetrons jeweils über einen Wel- lenleiter, der an seinem Ende mit seinem vollen Querschnitt in den Resonatorraum übergeht, vorgesehen und die einzelnen Magnetrons werden individuell gesteuert, um durch Überlagerung der von ihnen erzeugten Wellenfelder zu einer möglichst homogenen Temperaturverteilung zu kommen.
Eine gleichmäßige Qualität wird dabei nur dadurch erreicht, daß das Sintergut durch eine mit einem Sintergas durchströmte Keramik-Röhre geschoben wird, die sich quer durch den ganzen Resonatorraum erstreckt. Bei der unvermeidlichen lokalen Inhomogenität des Wellenfeldes und der Temperaturverteilung durchlaufen dann alle Bereiche des Brennstoffs die gleichen lokalen Verhältnisse, so daß zuletzt alle Proben des Brennstoffs hinsichtlich der erlittenen Temperaturen die gleiche Vorgeschichte haben sollten. Voraussetzung hierfür ist, daß das Mikrowellenfeld keine stärkeren zeitlichen Schwankungen erleidet. Hinsichtlich der für das Sintern vorgesehenen Temperaturen, Sinterzeiten, Sinteratmosphären sowie vorteilhafter Einrichtungen (z.B. Gasschleusen zum Einführen des Brenn- Stoffs in die vom Sintergas durchströmten Rohre) und weiterer Einzelheiten einer Sinteranlage mit Mikrowellen enthält dieses Dokument eine Fülle von Vorschlägen, die auch für die vorliegenden Erfindung anwendbar sind. Der Inhalt dieses Dokuments gehört daher auch zum Inhalt der vorliegenden Anmel- düng, mit der die Einstrahlung der Mikrowellen in den Arbeitsraum (Resonatorraum) verbessert wird.
Auch der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen Mikrowellenofen zum Sintern von Kern- brennstoff anzugeben, der die für den Einsatz im Reaktor erforderliche Qualität besitzt. Dabei ist unter „Kernbrennstoff* nicht nur Uranoxid selbst, sondern auch Mischungen mit anderen Oxiden (insbesondere Transuranen wie Plutonium und Thorium) und auch Absorbermaterialien (wie Ga- doliniumoxid) zu verstehen. Bevorzugt ist die Erfindung für das Sintern von gepreßten Formkörpern des Brennstoffs (sogenannte „Grünlinge*) zu entsprechenden Sinterformkörpern (in der Regel zylindrische Tabletten, sogenannte „Pellets* ) bestimmt, sie ist jedoch auch geeignet, um Pulver oder Granulat bei entsprechenden Sintertemperaturen zu behandeln. Nach den Erfahrungen mit der vorliegenden Erfindung ist nämlich zumindest bei den für den Einsatz in einem Kernreaktor geeigneten Materialien durch Einsatz von Mikrowellen mit einer Erniedrigung der Sintertemperaturen und der Wärmeverluste zu rechnen.
Die Erfindung geht dabei davon aus, daß die steigende elektrische Leitfähigkeit des Kernbrennstoffs bei hohen Temperaturen nicht nur zu Verschlechterungen des Sinterergebnisses führt, sondern auch zu instabilen Verhältnissen im Feld. Denn der Brennstoff wird entsprechend seiner inhomogenen Aufhei- zung nicht nur zu einer inhomogenen Senke für die Mikrowellenstrahlung, sondern wirkt aufgrund der elektrischen Eigenschaften selbst ähnlich wie ein „Sender*, so daß es zu instabilen Rückkopplungen auf die Magnetrons und die von ihnen abgegebene Strahlung kommt. Diese Rückkopplungen lassen sich mit einer Anordnung, die den Ofenraum (Resonatorraum) lediglich als einen Vermittler für die Strahlung zwischen Magnetron (Quelle) und Kernbrennstoff (Absorber) betrachtet, der hinsichtlich der Verluste zu optimieren ist, nicht zuverlässig beherrschen.
Die Erfindung benutzt vielmehr zunächst einen allseitig mittels Mikrowellen reflektierender (metallischer) Wände abgeschlossenen Antennenhohlraum, der in seinen Abmessungen auf die verwendete Mikrowellenstrahlung abgestimmt ist, um ein stabiles Mikrowellenfeld (stehende Welle) zu erzeugen. Üblicherweise wird in der Mikrowellentechnik ein Magnetron oder ein Klystron verwendet, um eine Frequenz von 915 MHz oder 2,45 GHz zu erzeugen; allgemein ist eine Frequenz zwischen 0,4 und 30 GHz geeignet. Die Abmessungen von verlustarmen, auf diese Frequenzen abgestimmten Wellenleitern sind untersucht, bekannt und beschrieben. Werden diese Wellenleiter an ihren Enden durch reflektierende Wände (sogenannte „Kurzschluß-Abschlüsse*) abgeschlossen, so werden sie zu Resonatoren, in denen solche Frequenzen zu stehenden Wellenfeldern führen.
Vorzugsweise ist nach der Erfindung jedem derartigen Antennenhohlraum ein einzelnes Magnetron (oder Klystron) zugeordnet, das jedoch nicht innerhalb der stehenden Welle angeordnet ist, sondern sich am Ende eines entsprechenden Wellenleiters befindet, der mit seinem anderen Ende in den Antennen- hohlraum einmündet.
Aus dem auf diese Weise stabilisierten Feld im Antennenhohlraum wird die zum Sintern benötigte Energie über mehrere enge Öffnungen in einer Wand des Antennenhohlraums ausgekoppelt und in den Resonatorraum abgestrahlt. Im Vergleich zur Fläche einer Wand des Antennenhohlraums sind diese Öffnungen, die vorzugsweise als Schlitze ausgebildet sind, so klein, daß sie die Ausbildung der stehenden Welle im Antennenhohlraum praktisch nicht beeinflussen, keine elektrische Überschläge her- vorrufen, aber genügend Leistung abstrahlen. Dadurch wird auch die Rückkopplung von Mikrowellenstrahlung in den Antennenhohlraum minimiert.
Solche „Schlitzantennen* sind früher für die Nachrichtentech- nik bereits vorgeschlagen worden, um entsprechende Felder in praktisch eine unendliche Umgebung abzustrahlen, aus der nur geringfügige Reflexionen zurückkommen. Dadurch soll ein stabilisierter, flächenhafter Strahler mit einer über die Strahlerfläche gleichmäßig verteilten Strahlungsleistung entste- hen.
Die Technik einer solchen Schlitzantenne ist von Werner Rüggeberg beschrieben „A Multislotted Waveguide Antenne for High-Powered Microwave Heating Systems*, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. IA-16, No . 6, November/December 1998, Seiten 809 bis 813. Dort sind Vorgehen und Formeln beschrieben, mit denen die abgestrahlte Leistung sowie Zahl und Anordnung der Schlitze bestimmt werden, um zu einer gewünschten flächenhaften Verteilung der Strahlungsleistung zu kommen. Dabei wird das bestrahlte Gut wie ein unendlicher Raum betrachtet, in denen eine erhebliche Energie abgestrahlt, aber die abgestrahlte Energie nicht reflektiert wird. Daher sind auch nur niedrige Temperaturen am Ort des Absorbers betrachtet. Bringt man jedoch einen metallischen Körper, der bezüglich Reflexion und Absorption den auf hohe Temperatur erwärmten Kernbrennstoff simulieren könnte, von außen in die Nähe der Schlitze, so bricht die stehende Welle im Antennenhohlraum, in dem nach Rüggeberg auch das Magnetron angeordnet ist, zusammen und es kommt zu Lichtbögen und erheblichen Schäden an den Wänden und dem Magnetron der Antenne und dem Reflektor. Beim Einbau einer solchen Schlitzantenne nach Rüg- geberg in die Anordnung nach der PCT/EP 97/04513 traten diese Schäden sogar auf, obwohl die Antennenleistung gedrosselt war und die mittlere Temperatur im Kernbrennstoff noch keine Sintertemperatur erreichte.
Trotzdem sieht die Erfindung einen von einem Mikrowellenstrahler gespeisten Antennenhohlraum mit einer mindestens eine enge Öffnung (vorteilhaft: mehrere Schlitze) tragenden Wand zum Einkoppeln von Mikrowellen in einen den Kernbrennstoff enthaltenden Resonatorraum vor. Jedoch sind die Schlitze so ausgelegt, daß die Rückkopplung auf den Antennenhohlraum durch Reflexionen am Kernbrennstoff nicht mehr stören. Durch die veränderte Anordnung der Schlitze kann vielmehr die Temperaturverteilung im Kernbrennstoff beherrscht und eingestellt werden.
Vorteilhaft sind nach der Erfindung mehrere solche Schlitzantennen benutzt, um in den Resonatorraum die zum Sintern des Brennstoffs nötige Energie einzukoppeln. Vorteilhaft besitzt der Resonatorraum etwa die gleiche Länge wie der Antennen- hohlraum und der Antennenhohlraum ist an einer Längsseite des Resonatorraums angeordnet. Im einfachsten Fall sitzt der Antennenhohlraum direkt am Resonatorraum, so daß beide Räume durch eine gemeinsame Wand getrennt sind, die die engen Öffnungen oder Schlitze trägt.
Berücksichtigt man das bereits erwähnte metallische Verhalten von hocherhitztem Brennstoff, so wird das Sintergut somit nicht nur zu einem starken Absorber, sondern auch zu einem „Sender* (oder wenigstens einem Reflektor) , dessen Rückkopplung auf die stehende Welle im Antennenhohlraum nicht vernachlässigt werden darf. Vielmehr sind die Resonanzverhält- nisse im Antennenhohlraum durch die Rückkopplung mit dem Kernbrennstoff stark verstimmt.
Will man diese Rückkopplung vermeiden, so könnten die Zahl und/oder Fläche der Schlitze verringert werden. Dadurch ver- ringert sich die rückgekoppelte Energie, aber auch die vom Kernbrennstoff aufgenommene und für das Sintern benötigte Energie, so daß der Brennstoff praktisch nicht auf die nötige Sintertemperatur erhitzt wird. Dieser Weg ist also nicht gangbar.
Vielmehr muß das System als rückgekoppeltes System betrachtet werden und der Antennenhohlraum mit den Schlitzen von vornherein auf die verstimmten Verhältnisse ausgelegt werden. Dies ist auf einfache Weise empirisch möglich, indem die Länge des Antennenhohlraums durch verschiebbare metallische Abschlüsse geändert und die Lage der Schlitze in den Wänden des Antennenhohlraums variiert wird. Es zeigt sich, daß durch derartige Veränderungen eine wesentlich homogenere Verteilung von Temperatur und Feld im Resonatorraum erreichbar und die erwähnten Schäden vermeidbar sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren, ein Mikrowellenofen zum Sintern von Kernbrennstoff sowie einige vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Ansprüchen angegeben.
Anhand von 9 Figuren und mehreren Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen: IG 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mikrowellenofens zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
FIG 2 und 3 Ausschnitte eines Antennenhohlraums mit veränderlichen Schlitzen zum Auskoppeln der Mikrowellen,
FIG 4 und 5 zwei weitere Ausführungsbeispiele eines erfin- dungsgemäßen Mikrowellenofens,
FIG 6 einen Querschnitt durch den Mikrowellenofen nach Figur 4,
FIG 7 und 8 zwei Seitenansichten von erfindungsgemäßen
Mikrowellenöfen,
FIG 9 einen Temperaturverlauf, der im Ofen der Figur 7 aufgenommen wurde .
Beim Mikrowellenofen 1 der Figur 1 sind Teile einer Seitenwand 2 und der Deckwand 3 weggebrochen, um das Innere eines quaderförmigen Resonatorraumes 20 sichtbar zu machen. Der Resonatorraum ist an den Seiten durch die erwähnte Seitenwand 2, die dazu parallele Seitenwand 5, die Deckwand 3 und die entsprechende Bodenwand 6 und nach hinten durch die Rückwand 4 abgeschlossen. Die entsprechende Vorderwand 7 ist als eine fest verschraubbare Türe ausgebildet, wobei alle diese Wände aus Stahlblech mit 3 mm Wandstärke gebildet sind. Allgemein kommt jedes Material (insbesondere Metall) in Frage, sofern es die Mikrowellen reflektiert und mindestens bis Temperaturen bis 800 °C temperaturbeständig ist und sowohl im belüfteten Zustand des Resonatorraumes 20 als auch bei einer Füllung mit dem für das Sintern vorgesehene Sintergas chemisch be- ständig ist, insbesondere keinen Zunder bildet. Vorteilhaft sind die Innenwände poliert oder verspiegelt, um die Reflek- tion der Mikrowellen zu erleichtern. Die Innenflächen sind mit einer Thermoisolation 8 ausgeschlagen, die für Mikrowellen weitgehend transparent ist. Hierfür kommt keramisches Material, insbesondere Aluminiumoxid in porösem Zustand, in Frage. In Figur 1 ist diese Thermoisolie- rung ebenfalls weitgehend weggebrochen, so daß (nur teilweise dargestellte) Halterungen 10, 11, 12 sichtbar werden, auf denen drei Lagen des Kernbrennstoffs eingeführt und gehalten werden können. Ferner ist eine Gaszuführung 15 und Gasabführung 16 erkennbar, um Sintergas (z.B. trockener Wasserstoff mit einem Sauerstoffpartialdruck von 10"8 Atmosphären oder darunter) in die Kammer einzuleiten bzw. abzusaugen.
Der mittels der Wände 2 bis 7 abgeschirmte Resonatorraum 20 wird an seiner Rückwand 4 mit Mikrowellen gespeist, die in entsprechenden Antennenhohlräumen 21 und 22 erzeugt werden. Auch diese Antennenhohlräume 21, 22 sind nach allen Seiten durch ähnliche Wände abgeschirmt, wobei jeweils ein Magnetron 23 in das abgeschlossene Ende der Antennenhohlräume ragt. Ferner ist ein Gehäuse 25 für Einrichtungen erkennbar, die in der Mikrowellentechnik üblich sind, um die vom Magnetron ausgehenden Wellen und die reflektierten Wellen zu messen und durch eine Blende (z.B. eine handelsübliche Anordnung aus drei im Antennenhohlraum veränderlich angeordneten Reflektorstäben) die reflektierten Wellen zu dämpfen.
Ferner ist erkennbar, daß das andere Ende des Antennenhohlraums 21 durch einen Kurzschluß-Schieber 28 abgeschlossen ist, der mit einer veränderlichen Länge in den Antennenhohlraum ragt, um diesen Hohlraum zur Justierung zu verändern.
Wesentlich ist, daß die Trennwand zwischen den Antennenhohlräumen 21 und 22 und dem Resonatorraum 20 jeweils enge Öffnungen 30 trägt, die nur einen geringen Bruchteil der gemeinsamen Fläche zwischen den Antennenhohlräumen und dem Resona- torraum einnehmen. Bei geöffneter Türe können eine oder mehrere Lagen aus Granulat oder Pulver des Kernbrennstoffs in den Ofen eingebracht werden, der anschließend verschlossen und mit dem für die vorgesehene Behandlung erforderlichen Gas beschickt wird. Dieser Ofen ist in erster Linie für Verfahren mit geringerer Leistung bestimmt, z.B. zum Trocknen von Pulvern oder zur Laboruntersuchung an geringen Mengen. Insbesondere zum Sintern großer Mengen bei hohen Temperaturen, vor allem zum Sintern von formgepreßten Grünlingen, erscheint es vorteilhafter, in Abweichung von der Figur 1 das Magnetron sowie die erwähnte Instrumentierung mit Meßgeräten und Blenden nicht in dem Antennenhohlraum selbst anzuordnen, wo sie durch eine dort gebildete stehende Welle gefährdet sind, sondern in Wellenleitern. Auch die Dimensionierung des quaderförmigen Resonator- raumes (50 cm breit, 30 cm hoch, 60 cm lang) ist nicht optimiert. Als besonders wesentlich ist jedoch erkennbar, daß die Einkopplung der Mikrowellen nicht durch einen Wellenleiter geschieht, der an seiner Öffnung zum Resonatorraum praktisch kein Hindernis für die Mikrowellen darstellt und praktisch keine Reflexion erzeugt, sondern daß der langgestreckte Resonatorraum an seinen beiden Stirnseiten abgeschlossen ist und zum Auskoppeln der Mikrowellen seitliche Schlitze 29 trägt, die vorzugsweise in Längsrichtung orientiert sind.
Vorzugsweise beträgt der zur Eintrittsrichtung der Mikrowellen in den Resonatorraum senkrechte Querschnitt Kantenlängen, die mindestens ein Viertel und höchstens das 4fache der Wellenlänge der erzeugten Mikrowellen in Luft betragen, wobei auch ein zylindrischer Resonatorraum möglich (aber schwieri- ger zu optimieren) ist, sofern er einen etwa flächengleichen Querschnitt wie ein durch diese Grenzwerte bestimmter quader- förmiger Resonatorraum besitzt.
In der Längsrichtung des Antennenhohlraums kann der Abstand der Schlitze auf die Frequenz des Magnetrons (2,45 GHz) bzw. die entsprechende stehende Welle abgestimmt und fest vorgegeben sein, jedoch bestimmt jeweils der Abstand von der Mitte des Antennenhohlraums die durch den Schlitz abgestrahlte Leistung und kann (z.B. empirisch) justiert werden. In Figur 2 ist ein Abschnitt eines quaderformigen Antennenhohlraums dargestellt, der vom Resonatorraum durch eine Trennwand 43 ge- trennt ist, die aus mehreren Blechen zusammengesetzt ist und eine Breite d' besitzt. In die Trennwand ist ein Fenster 40 eingearbeitet, das durch einen m der Wand gehaltenen Schieber 41 weitgehend abgedeckt ist. In diesen Schieber 41 ist ein Langsschlitz 42 eingearbeitet, dessen Abstand d von der Mittellinie der erwähnten Wand somit veränderlich ist.
Eine Abnahme der durch den Schlitz abstrahlenden Energie kann auch gemäß Figur 3 erreicht werden, wobei m der Wand eine drehbare Scheibe 44 mit einem entsprechenden Schlitz 45 ge- zeigt ist, dessen Orientierung somit innerhalb des entsprechenden Fensters 48 verändert werden kann. Dabei ist die abgestrahlte Energie praktisch proportional zu der Projektion des Schlitzes auf die Längsrichtung, d.h. bei einer Orientierung in Längsrichtung wird die maximale Energie abgegeben. Die Schlitze können bereits bei der Konstruktion des Ofens durch entsprechende empirische Versuche unter Betriebsbedingungen festgelegt und dann in die Ofenkonstruktion übernommen werden, es kann sich jedoch erforderlich erweisen, daß auf Veränderungen des Temperaturproflls beim Betrieb des Ofens durch eine entsprechende Veränderung der Schlitze reagiert werden soll. Zu diesem Zweck ist m Figur 3 ein Treibrad 46 für die Scheibe 44 gezeigt, das von einem Servomotor 47 angetrieben wird, um die Lage des Schlitzes betriebsabhangig zu verandern.
In Figur 4 ist schematisch ein Ofen dargestellt, der insbesondere für das Sintern von formgepreßten Grünlingen aus Kernbrennstoff zu den für den Reaktoreinsatz geeigneten Brennstoffsmterkorpern ausgelegt ist.
Zentralteil dieses Ofens 50 ist der langgestreckte, quader- formige Resonatorraum 51, wobei an zwei gegenüberliegenden Seiten des Resonatorraumes jeweils ein durch eine gemeinsame Wand (Trennwand) getrennter Antennenhohlraum 53 anliegt. In die gemeinsame Wand 52 sind jeweils eine Mehrzahl von Längsschlitzen 54 eingearbeitet, wobei deren Anordnung hier zu- nächst willkürlich dargestellt ist. Diese Antennenhohlräume 53 sind ebenfalls quaderförmig, haben aber einen etwas kleineren Querschnitt, der mit dem Querschnitt von Wellenleitern 55 übereinstimmt, die gewinkelt sind und in die Resonatorräume einmünden. Durch die Pfeile sind die elektrischen An- Schlüsse sowie die Ausrichtung von jeweils einem Magnetron 56 bezeichnet, das jeweils in das abgeschlossene Ende des Wellenleiters 55 hineinragt. Zwischen dem Magnetron 56 und der Einmündung des Wellenleiters in den Antennenhohlraum ist ein Sockel 57 für Meßinstrumente, die die auslaufende und zurück- kommende Mikrowelle getrennt erfassen, und für eine Blende erkennbar, wie sie im Stand der Technik in solchen Wellenleitern verwendet werden.
Durch die Position 58 ist angedeutet, daß die Hohlräume mit einer (zeichnerisch nicht dargestellten) Wärmeisolierung ausgekleidet oder weitgehend ausgefüllt sein können, die weitgehend transparent für die verwendeten Mikrowellen ist. Eine solche, innerhalb des von reflektierenden Wänden umschlossenen Raums angeordnete Isolierung ist jedenfalls für den Reso- nanzraum (zumindest dessen ungeschlitzte Wände) vorteilhaft, da dadurch das Wandmaterial vor der Wärmestrahlung des erhitzten Kernbrennstoffs geschützt wird. Für die Antennenhohlräume ist eine derartige Wärmestrahlung nicht zu befürchten und es kann bereits ausreichen, die Innenwände zu polieren, zu verspiegeln oder auf andere Weise eine hohe Reflektion und eine geringe Absorption zu erzeugen; da die üblichen Materialien für Thermoisolierungen, z.B. Aluminiumoxid, selbst mit steigender Temperatur beginnen, Mikrowellen zu absorbieren, kann es vorteilhaft sein, in den Antennenhohlräumen Materia- lien zu verwenden, die eine niedrigere Absorption für die Mikrowellen aufweisen als Aluminiumoxid, oder auf eine Wärmeisolierung zu verzichten. Ferner zeigt Figur 4 ein Keramikrohr 59, das sich durch die ganze Lange des Resonanzraums erstreckt. Dieses Keramikrohr dient einerseits zur Aufnahme des Sinterguts (d.h. der Grünlinge) , das durch das Rohr geschoben wird. Andererseits wird durch das Keramikrohr 59 auch das Sintergas geleitet, vorzugsweise im Gegenstrom zur Bewegungsrichtung des Sinterguts.
In Figur 4 ist nicht dargestellt, daß das Keramikrohr 59 außerhalb des Resonanzraums jeweils m eine Gasschleuse uber- geht, die einerseits das Beladen und Entladen des Resonanzraums mit dem Sintergut und dem Sintergas ermöglicht. Derartige Gasschleusen sind m der erwähnten PCT/EP 97/04513 beschrieben. Die Position dieser (aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassenen) Gasschleusen ist durch die Pfeile 60 angedeutet. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Sintergut vor dem Betreten und nach dem Verlassen des Resonanzraumes eine an die Stirnwände des Resonanzraums angeformtes Metallrohr 61 passieren, das als Verlängerung oder konzentrische Hülle des Keramikrohrs 59 ausgebildet sein kann. Ein derartiges Metall- röhr fuhrt dazu, daß das Mikrowellenfeld innerhalb des Rohres, also an der Zufuhr und Abfuhr des Sinterguts, abgebaut wird, ohne nach außen zu dringen. Andererseits kann eine derartige, an die Stirnwände des Resonatorraumes anschließende, strahlungslose Zone vorteilhaft als Aufwarm- bzw. Abkuhl- Strecke für den Kernbrennstoff dienen. Wird also der Kernbrennstoff von der links vorne erkennbaren Vorderwand m den Ofen eingeführt, durch das Keramikrohr 59 gefordert und am hinteren Ende entnommen, so kann ein durch die Pfeile 62 angedeuteter Gegenstrom, der zunächst niedrige Temperatur hat, den am hinteren Ende austretenden, heißen und gesinterten
Brennstoff kühlen, um dann innerhalb des Ofens durch den Kontakt mit dem heißen Brennstoff selbst aufgeheizt zu werden und am Vorderende den eingespeisten, kühlen Brennstoff aufzuwärmen .
In Figur 5 ist praktisch der gleiche Ofen der Figur 4 gezeigt. Abweichend ist - neben der Anordnung der Schlitze, auf die noch eingegangen wird - lediglich, daß hier die aus den Schlitzen 70 austretenden Mikrowellen direkt auf das Keramikrohr 71 zur Förderung des Sinterguts gerichtet sind, ohne ein dazwischen liegendes weiteres Isolationsmaterial. Vielmehr ist jeweils die Wärmeisolation der Trennwand zwischen dem Resonanzraum 72 und einen der beiden Antennenhohlräumen 73 durch Isolierschichten 74 realisiert, die hier außerhalb der metallischen Wände des Resonanzraums 72 angeordnet sind. Als Trennwand wird hier also eine Anordnung aus zueinander paral- lelen, in geringen Abstand angeordneten Einzelwänden benutzt. Den Zutritt der aus den Antennenhohlräumen 73 abgestrahlten Mikrowellen zu den Schlitzen 70 an den Seiten des Resonatorraumes schaffen entsprechende rohrförmige Verbindungsstutzen 75, die ihrerseits von einer Packung 76 aus Isoliermaterial umgeben sein können.
Im Inneren des Resonatorraums 72 befinden sich jedoch an den ungeschlitzten Längswänden Verkleidungen aus Isoliermaterial 78, die eine Aufheizung der Seitenwände verhindern und somit auch dem Schutz des Personals vor Berührungen mit überhitzten Teilen dienen. Ferner ist angedeutet, daß die Gasschleusen jeweils in einem Gehäuse 77 an der Front und Rückwand außerhalb des Resonatorraumes angebracht sind. Vorzugsweise sind die metallischen Wände des Resonatorraums an dieser Front- seite und Rückseite nicht isoliert, vielmehr ist diese Isolierung erst an dem Gehäuse 77 dieser Gasschleusen angebracht, so daß diese Gehäuse 77 eine praktisch nicht von Mikrowellen beaufschlagte Aufheizzone und Abkühlungszone bilden.
Diese Isolierung nach Figur 5 ist vorzugsweise nur vorgesehen, falls im oberen Bereich der vorgesehenen Sintertemperaturen (etwa bei 1800 bis 1850 °C) gearbeitet werden soll und sich herausstellen sollte, daß handelsübliche, hochporöse Ke- ramikkörper aus Aluminiumoxid zu stark an die direkt aus den Schlitzen austretende Strahlung ankoppeln und entsprechenden thermischen Belastungen über längere Zeit nicht standhalten. Alternativ kann auch versucht werden, an diesen Stellen keinen hochporosen Festkörper, sondern z.B. entsprechendes Fa- sermaterial zu verwenden.
Einen Querschnitt durch die metallischen Wände des Resonanzraums 51 und der Antennenhohlraume 53 des Ofens nach Figur 4 zeigt Figur 6. Der Querschnitt des Resonanzraumes ist dabei durch die Maße gegeben, die in der Mikrowellentechnik für entsprechende Wellenleiter bekannt und mit „R22* bezeichnet sind, wahrend der Querschnitt der Antennenhohlraume 53 einem Wellenleiter-Querschnitt mit der Bezeichnung „R26* entspricht. Für die Maße des Resonanzraums wurde a = 108 mm, b = 54 mm gewählt, und für die Antennenhohlraume c = 86 mm und d = 43 mm.
Die aus Stahl-Wmkelteilen mit 3 mm Starke zusammengeschweißten Wände 80 sind über Schraubbolzen 80' fest zusammengespannt, die auch Bleche aus Inconel mit 1 mm Starke halten, in denen die erwähnten Schlitze m der Trennwand zwischen den Antennenhohlräumen und dem Resonanzraum eingearbeitet sind.
Ferner zeigt Figur 6, daß der Querschnitt des Antennenhohlraums 51 durch zwei aufeinandergelegte, hochporose Keramikblocke 80a, 80b aus Aluminiumoxid (A1203) praktisch ausge- füllt ist, die lediglich in ihrer Mitte eine Aussparung 80c für das bereits erwähnte Keramikrohr 59 tragen. In diese Aussparung 80c können an einigen Positionen Auflagen 80d zur Abstutzung des Rohres 59 ragen.
Der Querschnitt der Antennenhohlraume entspricht auch dem Querschnitt des Wellenleiters, der jeweils an einem Ende in einen Antennenhohlraum einmundet und am anderen Ende den diesem Hohlraum zugeordneten Mikrowellenstrahler tragt. Die Leistung dieser Strahler in Figur 4 betragt jeweils 1,25 kW. Mit dieser Leistung wurden Pellets bei etwa 1200 °C m C02-Atmo- sphare bzw. 1300 °C bei H2-Atmosphare gesintert, wobei die Pellets etwa 140 W beim Sintern aufnahmen, 80 bis 150 W vom Sintergas aufgenommen und abtransportiert und 200 W zum Strahler zuruckreflektiert wurden.
Für ein schnelleres Sintern bei höheren Temperaturen und ent- sprechend höherer Leistung (jeweils 2 kW) wurde die Hohe b des Resonanzraums zu b = 100 mm gewählt, die übrigen Maße aber beibehalten. Die Lange der Antennenhohlraume und des Arbeitsraums und die Lange der Mikrowellen zwischen dem Magnetron und dem Eintritt m den entsprechenden Antennenhohlraum betrug jeweils etwa 1,1 m.
Bei dieser Lange kann das Keramikrohr 59 (Figur 7) emstuckig gefertigt werden. Es genügt dann, wenn die Grünlinge 81 über eine m der PCT/EP 97/04513 gezeigte Einrichtung nacheinander in das Keramikrohr geschoben und im gesinterten Zustand dann am anderen Ende aufgesammelt werden.
Durch die Einspeisung mittels zwei jeweils in einen Antennenhohlraum 82 einspeisenden Magnetrons, von denen m Figur 7 nur die durch die Schlitze austretende Mikrowellenstrahlung
83 angedeutet ist, von jeweils 2 kW steht im Resonatorraum 84 genügend Leistung zur Verfugung, um mehrere Lagen des Kernbrennstoffs zu sintern, ohne daß sich durch diese Vervielfachung des Durchsatzes die Warmeverluste wesentlich erhohen.
Dabei sollte darauf geachtet werden, daß der Kernbrennstoff annähernd zentrisch um die Mittelachse des Resonatorraums über dessen Querschnitt verteilt ist. Eine entsprechende Hal- terung ist m Figur 8 gezeigt, wobei im Resonatorraum 85 drei Pelletsaulen 86 jeweils m einem eigenen Rohr 87 gefuhrt sind.
Die hier beschriebenen Mikrowellenofen sind nicht auf die Anwendung von formgepreßten Grünlingen beschrankt, die von der Frontseite m ein Rohr eingeschoben und auf der Rückseite entnommen werden. Es ist auch möglich, den Kernbrennstoff z.B. m Form von Schiffchen oder anderen Tragern m den Ofen einzuführen, z.B. nur von der Frontseite, von der sie dann auch wieder entnommen werden können. Auch in solchen Fällen ist es jedoch vorteilhaft, nicht den gesamten Resonatorraum mit Sintergas zu beladen und damit die Resonatorwände einer aggressiven Atmosphäre auszusetzen, sondern das Gas in einem entsprechenden, gasdichten Keramikrohr zu führen, z.B. dem in Figur 8 angedeuteten Rohr 88, das die Halterung für mehrere getrennte Lagen des Brennstoffs umschließt.
Für den senkrecht auf den geschlitzten Wänden stehenden Querschnitt des Resonatorraums in Figur 8 sind die Maße a = 30 cm, b = 20 cm gewählt. Dabei können vorteilhaft z.B. auch sechs Brennstoff-Halterungen vorgesehen sein, deren Anordnung dann z.B. den um den Mittelpunkt des Querschnitts angeordne- ten Ecken eines regulären Sechsecks entsprechen kann. Zusätzlich kann auch in der Mittelachse selbst eine Brennstoff-Halterung vorgesehen sein, so daß sieben Lagen von Kernbrennstoff gleichzeitig gesintert werden können.
Wird die Fördergeschwindigkeit des Brennstoffs im Rohr erhöht, um den Durchsatz zu steigern, so kann es erforderlich werden, die Ofenlänge zu erhöhen. In diesem Fall werden zwei nach den dargelegten Überlegungen aufgebaute Resonatorräume hintereinander angeordnet, so daß ein aus zwei Teil-Resona- torräumen zusammengesetzter Resonatorraum mit einer durchgehenden Halterung für den Brennstoff entsteht. Die beiden Teilräume sind im einfachen Fall durch eine Blende miteinander verbunden, um die Mikrowellenfelder beider Teilräume zu entkoppeln. Es erscheint aber auch möglich, ohne eine Blende, die die Teilräume gegeneinander abschirmt, zu arbeiten. Dabei kann mit einem einzigen, entsprechend langen Keramikrohr als Brennstoff-Halterung gearbeitet werden, es können aber auch aneinander anstoßende Rohre verwendet werden, die in Verbindungs-Muffen stecken.
Für die Auskopplung der Mikrowellen aus der im Antennenhohlraum gebildeten stehenden Welle ist es vorteilhaft, wenn der kleinste Abstand zwischen dem Mittelpunkt einer Öffnung und dem Rand der Öffnung nicht größer als etwa 4 % der Wellenlänge beträgt. Für die hier verwendete Frequenz von 2,45 GHz wurde eine Schlitzbreite von etwa 5 mm (jedenfalls unter 10 mm) gewählt. In der anderen Richtung kann die Öffnung ausgedehnter sein (bis etwa zur halben Wellenlänge) . Unter diesen Bedingungen wurden an den Schlitzen noch keine Überschläge zwischen den metallischen Schlitzrändern beobachtet. Der Abstand zwischen den Mittelpunkten dieser Öffnungen sollte mindestens eine halbe Wellenlänge betragen. Daher wird der von den Öffnungen in der Trennwand des Antennenhohlraums eingenommene Flächenanteil auf weniger als 5 % begrenzt. Für die langgestreckten Antennenhohlräume sind die Schlitze in Longitudinalrichtung nicht auf der Mittellinie einer Anten- nenhohlraum-Seitenwand angeordnet, sondern zur Mittellinie versetzt, wobei die Schlitze z.B. alternierend nach beiden Seiten versetzt angeordnet werden können. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Schlitze in Longitudinalrichtung nicht gleichmäßig verteilt sind, sondern die Ein- speisung der von dem Mikrowellenstrahler abgegebenen Mikrowellen in der Nähe des einen Endes des Antennenhohlraums angeordnet ist und die Schlitze vom anderen Ende her über die Länge (vorteilhaft etwa die Hälfte bis drei viertel der Länge) erstrecken. Der Abstand der einzelnen Schlitze d von der Mittellinie wurde nach der in Figur 2 beschriebenen Weise im Hinblick auf eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung in dem Brennstoff optimiert, wobei von einem gleichmäßigen Abstand d von etwa 15 mm ausgegangen wurde.
Es sei angemerkt, daß in den Figuren 2 bis 9 gezeigte Einzelheiten einzelner Ausführungsbeispiele auch auf andere Ausführungsbeispiele übertragen werden können.
In Figur 9 ist die dabei erhaltene Temperaturverteilung und die Anordnung der Schlitze dargestellt. Dabei ist mit 91 etwa der Ort dargestellt, an dem der eine Wellenleiter in seinen zugeordneten Antennenhohlraum mündet, während mit 92 die Form und die longitudinale Position der Schlitze in der Wand zwischen diesem zugeordneten Antennenhohlraum und dem Resonatorraum dargestellt ist. Entsprechend ist die Einmündung des anderen Wellenleiters m den anderen Antennenhohlraum mit 93 und Lage und Form der Schlitze m der Wand zwischen dem anderen Antennenhohlraum und dem Resonatorraum mit 94 dargestellt, wobei der Ofen nach Figur 7 benutzt wurde. Die zum einen Antennenhohlraum gehörende Schlitze 93 liegen dabei alle auf der einen Seite, die zum anderen Antennenhohlraum liegen dabei alle auf einer Seite m der hinteren Hälfte des Resonatorraums, wahrend die zum anderen Antennenhohlraum gehörenden Schlitze 94 diametral entgegengesetzt hierzu angeordnet sind.
Der Kernbrennstoff bestand aus üblichen Uranoxid-Pellets, die mit einer Geschwindigkeit von 4,4 mm/mm. durch den Ofen, dessen Gesamtlange 1,1 m betrug, geschoben wurden. Die dargestellte Temperaturverteilung war nach einer relativ kurzen Aufwarmzeit zeitlich praktisch konstant. Die Sinterdichte der Pellets war weitgehend homogen und lag im brauchbaren Bereich von 10,2 bis 10,6 g/cm Die hier verwendete Temperatur ist deutlich niedriger als die bei konventionellen Ofen für einen Smterkorper der gleichen Dichte benotigte Temperatur. Denn beim Mikrowellensintern erwärmt sich der Brennstoff nur in geringem Maße durch die Berührung mit heißen Gasen oder oberflächliche Absorption von Wärmestrahlung in einer von der Oberflache des Brennstoffs nach innen fortschreitenden Weise, sondern durch Absorption der Mikrowellenstrahlen im gesamten Volumen. Daher verkurzen sich die Sinterdauern und/oder es kann mit wesentlich niedrigeren Temperaturen gearbeitet werden. Wenn also behauptet wird, beim Mikrowellensintern von Keramik wurden höhere Temperaturen benotigt, so durfte dies auf fehlerhafte Meßmethoden zurückzuführen sein (der Meßfühler wird selbst durch die Mikrowellen erwärmt) , und hohe Energieverluste deuten auf eine unzureichende Technologie. Dadurch ist somit eine Möglichkeit gegeben, ohne einen übermäßigen experimentellen Aufwand ein Verfahren und einen Ofen festzulegen, um Kernbrennstoff bei hohen Temperaturen mit Mikrowellen in einem industriellen Ausmaß thermisch zu behandeln.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Behandeln von Kernbrennstoff in einem Mikrowellenofen (1) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kernbrennstoff in einen Resonatorraum (51) eingebracht wird, der über eine Mehrzahl enger .Verbindungsöffnungen (54) aus einem Antennenhohlraum (53) mit Mikrowellen gespeist wird, die von einem Mikrowellenstrahler (56) in den Antennenhohlraum (53) eingespeist werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Mikrowellen vom Mikrowellenstrahler (56) über einen Wellen- leiter (55) in den Antennenhohlraum (53) eingespeist werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in dem Antennenhohlraum (53) eine stehende Welle aufrechterhalten wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß über die einzelnen Öffnungen (54) unterschiedliche, auf ein definier- tes Temperaturprofil im Kernbrennstoff abgestimmte Leistungen in den Resonatorraum (51) eingestrahlt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kern- brennstoff in einem mit Sintergas (62) gefüllten Rohr (59) gehalten und durch die Mikrowellen auf Temperaturen zwischen 20 und 2200 °C, vorzugsweise eine mittlere Temperatur zwischen 1400 und 1800 °C erwärmt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kernbrennstoff auf einer Seite des Ofens (1) eingeführt, während des Sinterns durch den Ofen gefördert und auf der anderen Seite entnommen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Sintergas (62) entgegen der Förderrichtung des Kernbrennstoffs, vorzugsweise in einem den Kernbrennstoff umgebenden Rohr (59) aus Keramik, durch den Resonatorraum (51) geleitet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein lang- gestreckter, vorzugsweise quaderförmiger Resonatorraum (51) (51) verwendet wird und die engen Öffnungen (54) in Längsrichtung gegeneinander versetzt sind.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als enge Öffnungen Schlitze (54) verwendet werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die engen Verbindungsöffnungen (42, 54) in Teilen (41) einer Wand (43) des Resonatorraumes (51) bzw. Antennenhohlraums (52) eingearbeitet sind, die an anderen Teilen der Wand (43) beweglich gehalten sind, und daß durch Verändern der Position der Verbindungsöffnungen ein definiertes Temperaturprofil im Kern- brennstoff eingestellt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein langgestreckter Antennenhohlraum (53) mit einem der Frequenz des Mikrowellenstrahlers (56) angepaßten Querschnitt und ein parallel dazu angeordneter, etwa gleich langer Resonatorraum (51) mit einem größeren Querschnitt verwendet wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Resonatorraum (51) mehrere Lagen (86) mit dem Kernbrennstoff angeordnet werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kernbrennstoff (86) praktisch in einer symmetrischen Anordnung um die Mittelachse des Resonatorraum (51) es herum über den Quer- schnitt des Resonatorraum (51) es verteilt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß von einem zweiten Mikrowellenstrahler (56) Mikrowellen in einen zweiten Antennenhohlraum (53) eingespeist werden, der über eine Mehrzahl enger Verbindungsöffnungen ebenfalls Mikrowellen in den Resonatorraum (51) einstrahlt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß höchstens vier Antennenhohlräume Mikrowellen in den Resonatorraum (51) einspeisen.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die
Mikrowellen mit einer Frequenz zwischen 0,4 und 30 GHz, vorzugsweise etwa 915 MHz oder 2,45 GHz erzeugt werden.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kernbrennstoff jeweils durch ein metallisches Rohr (61) hindurch in den Resonatorraum (51) eingeführt und aus dem Resonator- raum (51) ausgeführt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kernbrennstoff durch eine mit heißem Sintergas gefüllte, praktisch mikrowellenfreie Kammer (77) in den Resonatorraum (51) eingeführt und durch eine praktisch mikrowellenfreie, von kaltem Sintergas gefüllte Kammer (77) aus dem Resonatorraum (51) herausgeführt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kernbrennstoff durch eine innerhalb des Resonatorraum (51) es angeordnete Isolation (80a, 80b) geführt wird, die gegen Ab- strahlung von Wärme isoliert.
20. Mikrowellenofen zum Behandeln von Kernbrennstoff bei Temperaturen zwischen 20 und 2000 °C und einer mittleren Temperatur zwischen 1200 und 1800 °C, mit einem allseitig von Mikrowellen reflektierenden Wänden abgeschirmten Resonatorraum (20) , der ein Be- und Entgasungssystem (15, 16) und we- nigstens eine Halterung (10, 11, 12) für den Kernbrennstoff und einen Zugang (7) zum Einbringen und Entnehmen des Kernbrennstoffs aufweist, und mit mindestens außerhalb des Resonatorraums (51) angeordneten Mikrowellenstrahler (23), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Mikrowellenstrahler (23) in einen ebenfalls allseitig von Mikrowellen reflektierenden Wänden abgeschirmten Antennenhohlraum (21) einspeist, der vom Resonatorraum (20) durch eine Trennwand (4) abgetrennt und durch mindestens eine schmale Öffnung (29) in der Trennwand (4) mit dem Resonator- räum (51) verbunden ist.
21. Ofen nach Anspruch 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mindestens 95 % einer von der Trennwand (4) gebildeten Seite des Antennenhohlraums (21) und höchstens 5 % von der Verbindung zum Resonatorraum (20) gebildet sind.
22. Ofen nach einem der Ansprüche 20 oder 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Mikrowellenstrahler (23) in einem seitlich am Antennenhohlraum angeordneten Wellenleiter sitzt, der in den Antennen- hohlraum einmündet.
23. Ofen nach einem der Ansprüche 20 bis 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Antennenhohlraum auf die Frequenz des Mikrowellenstrahlers ab- gestimmt ist, um eine stehende Welle zu erzeugen.
24. Ofen nach einem der Ansprüche 20 bis 23, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mindestens ein Teil der schmalen Öffnungen (29) Schlitze sind.
25. Mikrowellenofen zum Herstellen von Kernbrennstoff-Sinterkörpern durch Sintern von formgepreßten Grünlingen aus Kernbrennstoff in einem Sintergas bei mittleren Temperaturen zwischen 1200 und 1800 °C, mit einem langgestreckten, allseitig von Mikrowellen reflektierenden Wänden abgeschirmten Resonatorraum (51), der ein Be- und Entgasungssystem (62) und wenigstens eine langgestreckte Halterung (59) für die Grünlinge mit einem Zugang zum Einbringen und Entnehmen aufweist, und mit wenigstens einem Wellenleiter (55) an einer Längsseite des Resonatorraum (51) es, der an einem Ende eine auf den Resonatorraum (51) gerichtete Öffnung bildet und in dem an einem entgegengesetzten, geschlossenen Ende ein Mikrowellenstrahler (56) angeordnet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Öffnung am Ende des Wellenleiters in einen langgestreckten, ebenfalls allseitig von Mikrowellen reflektierenden Wänden abgeschirmten Antennenhohlraum (53) einmündet, der mit dem Resonatorraum (51) durch eine Trennwand getrennt und durch eine Mehrzahl in Längsrichtung des Resonatorraumes (51) gegeneinander versetzten Schlitzen (54) in dieser Trennwand mit dem Resonatorraum (51) verbunden ist.
26. Ofen nach Anspruch 24 oder 25, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Wellenleiter (55) zumindest am offenen Ende ein geradliniges Kanalstück mit einem rechteckigen, auf die Frequenz des Mikro- wellenstrahlers abgestimmten Querschnitt bildet.
27. Ofen nach einem der Ansprüche 24 bis 26, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Wellenleiter (55) zwischen dem Mikrowellenstrahler (56) und der Einmündung in den Antennenhohlraum (53) eine Blende (57) angeordnet ist.
28. Ofen nach einem der Ansprüche 24 bis 27, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Fre- quenz des Mikrowellenstrahlers (56) 0,4 bis 30 GHz, vorzugsweise 915 MHz oder 2,45 GHz beträgt.
29. Ofen nach einem der Ansprüche 24 bis 28, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Mikrowellenstrahler (56) ein Magnetron oder Klystron ist.
30. Ofen nach einem der Ansprüche 24 bis 29, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Leistung des Mikrowellenstrahlers (56) zwischen 1 und 4 kW be- trägt.
31. Ofen nach einem der Ansprüche 24 bis 29, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Antennenhohlraum (53) quaderförmig ist und einen auf die Fre- quenz des Mikrowellenstrahlers (56) und die Ausbildung einer stehenden Welle ausgelegt ist.
32. Ofen nach Anspruch 31, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Länge des Antennenhohlraums (21) durch einen Abschlußschieber (28) mit einer Mikrowellen-reflektierenden Oberfläche veränderlich ist.
33. Ofen nach einem der Ansprüche 24 bis 32, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Resonatorraum (51) über Schlitze (54) mit wenigstens einem weiteren Antennenhohlraum (53) verbunden ist, in den ein einen weiteren Mikrowellenstrahler (56) tragender weiterer Wellenleiter (55) einmündet.
34. Ofen nach einem der Ansprüche 24 bis 33, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Reso- natorraum aus zwei hintereinander angeordneten Teilräumen besteht, mit denen jeweils mindestens ein von einem Mikrowellenstrahlen gespeister Antennenhohlraum über eine Mehrzahl von Schlitzen verbunden ist, und daß die Halterung für den Brennstoff sich durch beide Teilräume erstreckt.
35. Ofen nach einem der Ansprüche 24 bis 34, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Wellenleiter (55) und der Antennenhohlraum (53) den gleichen Querschnitt besitzen.
36. Ofen nach einem der Ansprüche 24 bis 35, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Resonatorraum (51) einen quaderformigen Querschnitt aufweist, der - insbesondere an seiner von der Trennwand (52) gebildeten Seite - größer ist als der Querschnitt des Antennenhohlraums (53) .
37. Ofen nach einem der Ansprüche 24 bis 36, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Sei- ten des Resonatorraum (51) -Querschnitts mindestens ein Viertel und höchstens das 4fache der Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung in Luft betragen.
38. Ofen nach einem der Ansprüche 24 bis 37, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Resonatorraum (51) eine Mikrowelle-transparente Wärmeisolierung (80a, 80b) zwischen dem Kernbrennstoff und den Wänden angebracht ist.
39. Ofen nach einem der Ansprüche 24 bis 38, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Wände des Resonatorraums und/oder Antennenhohlraums verspiegelt oder poliert sind.
40. Ofen nach einem der Ansprüche 24 bis 39, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Resonatorraum (85) mehrere Halterungen (87) für jeweils eine Lage (86) aus dem Kernbrennstoff angeordnet sind.
41. Ofen nach Anspruch 40, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kernbrennstoff (86) in den Lagen etwa symmetrisch um die Längsachse des Resonatorraumes (85) angeordnet sind.
42. Ofen nach einem der Ansprüche 24 bis 41, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Halterung ein ungefähr in der Mitte des Resonatorraumes (85) angeordnetes, den Brennstoff umgebendes und sich durch den ganzen Resonatorraum (51) erstreckendes Rohr (88, 59) aus Keramik umfaßt. l
43. Ofen nach Anspruch 42, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Be- und Entgasungssystem (62) in das Innere des Rohres (59) mündet.
44. Ofen nach einem der Ansprüche 24 bis 43, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Be- und Entgasungssystem mindestens eine Gasschleuse (77) umfaßt, die gleichzeitig den Zugang zum Resonatorraum (51) bildet.
45. Ofen nach einem der Ansprüche 24 bis 43, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Zugang zum Einbringen und Entnehmen ein metallisches Rohr (60, 61) umfaßt, das außerhalb des Resonatorraums (51) angeordnet ist und durch das der Brennstoff gefördert wird.
46. Ofen nach einem der Ansprüche 24 bis 45, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß wenigstens ein Schlitz (42, 45) in der Wand beweglich ist, vor- zugsweise durch Drehen einer in der Wand beweglich gelagerten Scheibe (44) oder Verschieben eines in der Wand beweglich gelagerten Schiebers (41).
47. Ofen nach einem der Ansprüche 24 bis 46, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die
Schlitze (92, 94) in Längsrichtung des Resonatorraum (51) es gegeneinander versetzt sind.
48. Ofen nach Anspruch 47, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die
Schlitze (92) in einer Trennwand eines Antennenhohlraums alle auf einer Seite, bezogen auf die Längsrichtung der Trennwand, angeordnet sind.
49. Ofen nach einem der Ansprüche 24 bis 48, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß höchstens 5 % der von der Trennwand gebildeten Seite des Antennenhohlraums (53) von den Schlitzen gebildet wird.
50. Ofen nach einem der Ansprüche 24 bis 49, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Breite des Schlitzes höchstens 8 % der Wellenlänge der Mikrowellen in Luft beträgt.
51. Ofen nach einem der Ansprüche 24 bis 50, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an einander gegenüberliegenden Wänden des Resonatorraumes (51) zwei Antennenhohlräume über Schlitze mit dem Resonatorraum (51) verbunden und durch je eine Trennwand getrennt sind und daß die Schlitze in einander nicht gegenüberliegenden Bereichen der beiden Trennwände angeordnet sind.
52. Ofen nach einem der Ansprüche 24 bis 51, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h Wände aus Stahl oder einem anderen Material, das bis 800 °C hitzebeständig und chemisch beständig ist.
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