DE1062835B

DE1062835B - Brennelement fuer gasgekuehlte Hochtemperatur-Reaktoren und seine Herstellung

Info

Publication number: DE1062835B
Application number: DED28884A
Authority: DE
Inventors: Dr Alfred Boettcher
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1958-09-03
Filing date: 1958-09-03
Publication date: 1959-08-06
Also published as: FR1234524A

Description

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Claims

DEUTSCHES Die Erfindung betrifft ein Brennelement für gasgekühlte Hochtemperatur-Reaktoren, das aus Carbiden von Uran und/oder Plutonium mit einer Umhüllung besteht, und das Verfahren zu seiner Herstellung. Die heute in Betrieb befindlichen gasgekühlten Reaktoren verwenden als Brennstoff natürliches, metallisches Uran, mehr oder weniger mit U285 angereichertes Uran, Plutonium oder Uran285. Für diese Brennstoffe dient eine Aluminium- oder Magnesiumlegierung als Hüllmaterial. Bereits die Verwendung des metallischen Urans als Brennstoff bedingt eine Begrenzung der Oberflächentemperatur solcher Brennelemente und damit auch eine Begrenzung der Gastemperatur. Diese Grenze liegt auf Grund der α-β-Transformation des Urans ig bei maximal 400 bis 450° C. Eine höhere Temperatur des Brennelementes und damit eine höhere Temperatur des Kühlgases ist aber aus thermodynamischen Gründen dringend erwünscht. Um diese Grenztemperatur überschreiten zu können, wurde bereits die Verwendung von oxydischen oder carbidischen Kernbrennstoffen vorgeschlagen. Den mit diesen Brennstoffen erzielbaren Temperaturen sind allerdings durch die geringe Wärmefestigkeit der als Hüllmaterial verwendeten Magnesium- oder Aluminiumlegierungen wiederum enge Grenzen gesetzt. Es wurde daher die Verwendung des korrosionsbeständigen Berylliummetalls, das einen geringen Einfangquerschnitt besitzt, als Hüllmaterial für diese Brennstoffe angeregt. Die Verwendung dieses Materials ist aber außerordentlich kostspielig. Bei dem erfindungsgemäßen Brennelement, das einen an sich bekannten carbidischen Kernbrennstoff enthält, besteht das Hüllmaterial aus Carbiden von Metallen mit niedrigem Neutronen-Einfangquerschnitt, vorzugsweise aus Silicium- und/oder Zirkoncarbid. Die Fertigung dieser Elemente kann so erfolgen, daß zunächst der carbidische Brennstoff zu Formkörpern gesintert und dann in carbidische Hüllrohre eingeführt und verschlossen wird. Eine bevorzugte Art der Herstellung besteht darin, daß in das carbidische Hüllrohr Urancarbidpulver eingefüllt und die Brennstoff-Füllung dann im Hüllrohr gesintert wird. Ferner besteht die Möglichkeit, Uran- und/oder Uranoxydpulver im Gemenge mit Graphit in das carbidische Hüllrohr einzufüllen und sowohl die Reaktion zu Urancarbid als auch die Sinterung in einem Glühvorgang in der Umhüllung durchzuführen. Bei einer weiteren bevorzugten Herstellungsart wird der carbidische Brennstoff verformt und mit einer Hülle aus den Carbiden der Metalle mit Brennelement für gasgekühlte Hochtemperatur-Reaktoren und seine Herstellung Anmelder: Deutsche Gold- und Silber-Scheideanstalt vormals Roessler, Frankfurt/M., Weißfrauenstr. 9 Dr. Alfred Boettdier, Frankfurt/M., ist als !Erfinder genannt worden niedrigem Einfangquerschnitt, vorzugsweise Zirkon- und/oder Siliciumcarbid umgeben, z. B. umpreßt. Hierauf wird der kombinierte Preßkörper gesintert, so daß gleichzeitig die Sinterung des Brennstoffes und der Hülle in einem Vorgang erfolgt. Diese Glühvorgänge können in an sich bekannter Weise durch Kurzschlußheizung des carbidischen Hüllrohres durchgeführt werden. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Brennelemente hat sich überraschenderweise gezeigt, daß trotz der an sich schlechten Wärmeleitfähigkeit der Carbide von Zirkon und Silicium keine untunliche Behinderung in der Abfuhr der Wärme und damit keine Verschlechterung der Wärmeökonomie des Reaktors oder eine Gefährdung der Brennelemente auftritt. Ferner haben Brennelemente gemäß der vorliegenden Erfindung den Vorzug, daß sie bei den in Frage kommenden hohen Temperaturen auf Grund ihrer beachtlichen Wärmefestigkeit formbeständig sind und keine unerwünschten Korrosionseigenschaften zeigen Bei den erfindungsgemäßen Brennelementen ist außerdem die Diffusion des Brennmaterials durch das Hüllmaterial infolge der hohen Schmelzpunkte beider Komponenten gering. Patentansprüche:

1. Brennelement für gasgekühlte Hochtemperatur-Reaktoren, bestehend aus Carbiden von Uran und/oder Plutonium mit einer Umhüllung,

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dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllmaterial aus Carbiden von Metallen mit niedrigem Neutronen-Einfangquerschnitt besteht.

2. Brennelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllmaterial aus Zirkon· carbid und/oder Siliciumcarbid besteht.

3. Verfahren zur Herstellung eines Brennelementes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Urancarbidpulver in ein carbidisches Hüllrohr gefüllt und in diesem Hüllrohr gesintert wird.

4. Verfahren zur Herstellung eines Brennelementes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Uran- und/oder Uranoxydpulver im Gemenge mit Graphit in ein carbidisches Hüllrohr gefüllt und sowohl die Reaktion zu Urancarbid als auch die Sinterung in dem carbidischen Hüllrohr durchgeführt wird.

5. Verfahren zur Herstellung eines Brennelementes nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der carbidische Brennstoff verformt und mit einer Hülle aus Carbiden von Metallen mit niedrigem Einfangquerschnitt, vorzugsweise mit Zirkon- und Siliciumcarbid versehen wird, worauf Brennstoff und Hülle gemeinsam in einem Glühvorgang gesintert werden.

6. Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder S, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterung oder Reaktion durch Kurzschlußheizung der carbidischen Hülle erfolgt.