[go: up one dir, main page]

DE1166075B - Keramischer Kernbrennstoffkoerper und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Keramischer Kernbrennstoffkoerper und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number
DE1166075B
DE1166075B DEU7254A DEU0007254A DE1166075B DE 1166075 B DE1166075 B DE 1166075B DE U7254 A DEU7254 A DE U7254A DE U0007254 A DEU0007254 A DE U0007254A DE 1166075 B DE1166075 B DE 1166075B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
plutonium
nuclear fuel
binder
mixture
compact
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DEU7254A
Other languages
English (en)
Inventor
Lawrence Henry Cope
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
UK Atomic Energy Authority
Original Assignee
UK Atomic Energy Authority
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by UK Atomic Energy Authority filed Critical UK Atomic Energy Authority
Publication of DE1166075B publication Critical patent/DE1166075B/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/51Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on compounds of actinides
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/42Selection of substances for use as reactor fuel
    • G21C3/58Solid reactor fuel Pellets made of fissile material
    • G21C3/62Ceramic fuel
    • G21C3/623Oxide fuels
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S376/00Induced nuclear reactions: processes, systems, and elements
    • Y10S376/90Particular material or material shapes for fission reactors
    • Y10S376/901Fuel

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Internat. Kl.: C 04 b
Deutsche Kl.: 80 b-8/13
Nummer: 1166 075
Aktenzeichen: U 7254 VIb/80 b
Anmeldetag: 23. Juni 1960
Auslegetag: 19. März 1964
Die Erfindung bezieht sich auf keramischen Brennstoff für Kernreaktoren.
Keramischer Kernbrennstoff wird gewöhnlich in Brennstoffkörper von herkömmlicher Gestalt und Größe geformt, und zwar durch Mischen von Partikeln aus keramischem Kernbrennstoff (mit oder ohne Verdünnungsmittel) mit einem organischen Binder, durch Pressen der Mischung zur Bildung eines grünen bzw. frischen Preßlings und durch Sintern des Preßlings. Beim Sintern zersetzt sich der organische Binder und kann einen Niederschlag von freiem Kohlenstoff hinterlassen, welcher eine Verunreinigung darstellt, die nur in äußerst kleinen Mengen (d. h. Teile pro Million) geduldet werden kann. Daher war es bisher üblich, einen Verfahrensschritt zur Entfernung des Binders vor dem Sintern einzufügen, jedoch ist es, wenn auch diese Verfahrensstufe sehr sorgfältig kontrolliert wird, nahezu unmöglich, eine vollständige Binderentfernung zu gewährleisten bzw. sicherzustellen.
Erfindungsgemäß setzt sich ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Kernbrennstoffkörpers aus folgenden Verfahrensstufen zusammen: Mischen der Partikeln der Keramikmasse mit einem Binder, der gallertartiges Spaltmaterial enthält, Pressen der Mischung zur Bildung eines grünen bzw. frischen Preßlings und Sintern des Preßlings.
Ein das gallertartige Spaltmaterial enthaltender Binder dient außerdem dazu, das Spaltmaterial in einem Verdünnungsmittel zu einem relativ späten Zeitpunkt bei der Herstellung einzubringen, so daß das Hantieren mit Spaltmaterial, welches radioaktiv ist, reduziert wird. Ferner wirkt der Binder, da er gallertartig ist, sozusagen als ein Weichmacher und unterstützt bzw. begünstigt die einheitliche Dichteverteilung in dem frischen Preßling.
Ein bevorzugter Binder ist die Substanz, die als kolloidales Plutonium(IV) oder Plutonium(IV)-Polymerisationsprodukt bekannt ist und als das vierwertige Hydroxyd oder hydrierte bzw. wäßrige Oxyd gilt. Es wird durch Verdünnung saurer vierwertiger Plutoniumlösungen mit Wasser oder flüssigem Ammoniak gebildet. Die Trennung von ionischen Plutoniumarten kann durch Anionenaustausch bewirkt werden, wobei beispielsweise ein Ionenaustauscher in der hydrogenen Form verwendet wird (vgl. J. Chem. Soc, 1956, S. 3358). Die Zersetzung dieses Binders während des Sintervorganges dient zur Bildung von aktiviertem Plutoniumdioxyd (PuO2), d. h. Plutoniumdioxyd, welches an Ort und Stelle erzeugt wird und eine vergrößerte Oberflächenenergie, verglichen mit dem gesondert vorbereiteten Plutonium-Keramischer Kernbrennstoffkörper und
Verfahren zu dessen Herstellung
Anmelder:
United Kingdom Atomic Energy Authority,
London
Vertreter:
Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,
Siegen, Eisernerstr. 227
Als Erfinder benannt:
Lawrence Henry Cope, London
Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 26. Juni 1959 (Nr. 21 953)
dioxyd, hat und nachher als Oxyd der Streckmatrize zugefügt wird. Diese vergrößerte Energie ist auf die chemische Zersetzung des Binders zurückzuführen, die eine Verwirrung bzw. Unordnung (disordering) der Oberfläche mit sich bringt und sie durch Vermehrung der Gewebedefekte labiler macht. Die verliehene Aktivität begünstigt die Sinter-Bindungsformation.
Bei Urandioxydpulver als die den Grundstoff des Kernbrennstoffkörpers bildende Keramikmasse werden 1Zi bis 2 Gewichtsprozent des gallertartigen Plutonium-Polymerisationsproduktes als ausreichend angesehen, um das Pulver zu binden. Folgendes Beispiel ist eine bevorzugte Ausführungsart der Erfindung.
Beispiel
Natürliches Urandioxydpulver wurde in eine mit Gummi ausgekleidete Kugelmühle gegeben, welche Stahlkugeln vom doppelten Gewicht des Urandioxydpulvers enthält, und zwei Gewichtsprozent des gallertartigen Plutonium-Polymerisationsproduktes hinzugefügt. Die Mischung wurde dann der Kugelmühle fünf Stunden lang ausgesetzt, um die Mischung sowohl zu homogenisieren als auch zu verdichten. Die Stahlkugeln wurden aus der Mühle entfernt und die verdichtete Mischung weitere 30 Minuten lang durch Scheuern bzw. Umwälzen in der Mühle granuliert. Die Mischung wurde dann gesiebt, und derjenige Teil, der durch ein britisches Normsieb Nr. 10 (lichte
409 539/511
Maschenweite: 2 mm) hindurchgeht und von einem britischen Normsieb Nr. 60 (lichte Maschenweite: 0,25 mm) zurückgehalten wird, wurde zum Pressen verwendet. Das Pressen in zylindrische frische Preßlinge der gewünschten Größe wurde daraufhin in einer selbsttätigen doppeltwirkenden Presse vorgenommen, die einen Preßformdurchmesser von 0,375 Zoll (9,525 mm) mit einem Stempelspiel zwischen 0,002 Zoll (0,051 mm) und 0-„003 Zoll (0,076 mm) verwendet, und der grüne bzw. frische Preßling wurde in Argon bei 1450° C in einem Hochfrequenz-Induktionsofen mit Graphittiegel als Erwärmungsmittel (heating medium) gesintert.
Die auf diese Weise hergestellten Kernbrennstoffkörper sind für die Einführung in eine Schutzhülle geeignet, um ein Kernreaktor-Brennstoffelement zu bilden.
Wegen der verbesserten Sintereigenschaften der durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten frischen Preßlinge ist es nicht notwendig, nichtstöchiometrisches Urandioxyd zu verwenden, um einen dichten Kernbrennstoffkörper herzustellen. Stöchiometrisches Urandioxyd (welches der Überstrahlungsbeschädigung besser widersteht als das nichtstöchiometrische Oxyd) kann verwendet werden.

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von keramischen Kernbrennstoffkörpern, bei welchen Keramikpartikeln mit einem Binder vermischt werden, das Gemisch gepreßt und der Preßling gesintert wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Binder ein gallertartiges Plutonium(IV)-Hydroxyd verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Binder ein Plutoniumpolymerisat des vierwertigen Pv-Hydroxyds verwendet wird.
3. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Kernbrennstoffkörpers, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte des Mahlens einer Mischung aus Urandioxydpulver und 1U bis 2 Gewichtsprozent von gallertartigem Plutonium-Polymerisationsprodukt in einer Kugelmühle, des Körnens der Mischung durch Scheuern bzw. Umwälzen, des Pressens der gekörnten Mischung zur Bildung eines frischen Preßlings von gewünschter Form und Größe und des Sinterns des Preßlings zur Umwandlung des Plutonium-Polymerisationsproduktes in Plutoniumoxyd.
DEU7254A 1959-06-26 1960-06-23 Keramischer Kernbrennstoffkoerper und Verfahren zu dessen Herstellung Pending DE1166075B (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB21953/59A GB913858A (en) 1959-06-26 1959-06-26 Improvements in or relating to ceramic fuel for nuclear reactors

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE1166075B true DE1166075B (de) 1964-03-19

Family

ID=10171530

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DEU7254A Pending DE1166075B (de) 1959-06-26 1960-06-23 Keramischer Kernbrennstoffkoerper und Verfahren zu dessen Herstellung

Country Status (4)

Country Link
US (1) US3114689A (de)
BE (1) BE592293A (de)
DE (1) DE1166075B (de)
GB (1) GB913858A (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1671184B2 (de) * 1966-09-30 1971-11-11 Atomic Energy Commission Verfahren zur herstellung von keramischen brennelementen fuer kernreaktoren

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3168479A (en) * 1960-10-28 1965-02-02 Gen Electric Process for producing high density nuclear fuel particles
US3327027A (en) * 1960-10-28 1967-06-20 Gen Electric Process for the production of plutonium oxide-containing nuclear fuel powders
US3168601A (en) * 1960-10-28 1965-02-02 Gen Electric Process for the production of plutonium oxide-containing nuclear fuel compacts
US3168371A (en) * 1960-10-28 1965-02-02 Gen Electric Process for producing high density urania fuel elements
US3321560A (en) * 1964-06-30 1967-05-23 Atomic Energy Authority Uk Production of fuel for nuclear reactors
US3438749A (en) * 1966-10-25 1969-04-15 Atomic Energy Commission Ion exchange method for preparing metal oxide microspheres
US4016226A (en) * 1975-02-10 1977-04-05 The Babcock & Wilcox Company Method of making porous nuclear fuel
DE2713108C2 (de) * 1977-03-24 1985-08-14 Gesellschaft zur Förderung der industrieorientierten Forschung an den Schweizerischen Hochschulen und weiteren Institutionen, Bern Verfahren zur Herstellung von keramischem Plutonium-Uran-Kernbrennstoff in Form von Sinterpellets
FR2861888B1 (fr) * 2003-10-29 2008-02-29 Franco Belge Combustibles Procede de fabrication de pastilles de combustible nucleaire

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2397831A (en) * 1944-05-15 1946-04-02 Harry T Bellamy Production of molded metallic articles

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1671184B2 (de) * 1966-09-30 1971-11-11 Atomic Energy Commission Verfahren zur herstellung von keramischen brennelementen fuer kernreaktoren

Also Published As

Publication number Publication date
BE592293A (de)
GB913858A (en) 1962-12-28
US3114689A (en) 1963-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2640102A1 (de) Fluechtiger binder fuer kernbrennstoff-materialien
DE1286650B (de) Verfahren zur Herstellung von dichten, verhaeltnismaessig nichtporoesen, spaltstoffbeladenen Kohlenstoffkoerpern fuer Kernreaktoren
DE2713108C2 (de) Verfahren zur Herstellung von keramischem Plutonium-Uran-Kernbrennstoff in Form von Sinterpellets
DE1166075B (de) Keramischer Kernbrennstoffkoerper und Verfahren zu dessen Herstellung
DE19627806A1 (de) Kernbrennstoffsinterkörper und Verfahren zum Herstellen eines Kernbrennstoffsinterkörpers
DE3308889A1 (de) Verfahren zum herstellen von kernbrennstoff-pellets
DE2401294A1 (de) Keramische kernbrennstoff-pellets und verfahren zu ihrer herstellung
DE2110489A1 (de) Verfahren zur Herstellung von anisotropen Metalloxid-Magneten
DE1962764C3 (de) Verfahren zur Herstellung von dotiertem Urandioxid und dessen Verwendung als Kernreaktor-Brennstoff
DE2842402C2 (de) Verfahren zur Herstellung von keramischen Brennstofftabletten für Kernreaktoren
DE2062126B2 (de) Kernbrennstoff, welcher Uran und Plutonium enthält
DE1215266B (de) Verfahren zur Herstellung eines Kernbrennstoffkoerpers aus Plutoniumoxyd, Thoriumoxyd, Uranoxyd oder aus Mischungen dieser Oxyde
DE1471509C3 (de) Verfahren zur Herstellung gesinterter Urandioxyd-Brennstoffpreßlinge
DE3024634C2 (de) Verfahren zur Herstellung von Uranoxid-Sinterteilchen
DE1189001B (de) Herstellung von gesintertem Urandioxyd
DE1571343B1 (de) Verfahren zur Herstellung von gemischten Actinidenoxiden
DE3871671T2 (de) Verfahren zum herstellen von uran- und/oder plutoniumnitrid, verwendbar als kernbrennstoffmaterial.
DE2327884A1 (de) Verfahren zur herstellung von poroesen metallkeramiken und metallkoerpern
DE3100411A1 (de) "presslinge und verfahren zu ihrer herstellung aus einem gemisch aus teilchenmaterial und fluechtigem bindemittel"
DE2049566C3 (de) Verfahren zur Herstellung eines Kernbrennstoffes aus Uran-Plutonium-Monokarbid bzw. Uran-Plutonium-Mononitrid
DE1173885B (de) Verfahren zur Herstellung von Urandioxyd
DE3802048A1 (de) Verfahren zum herstellen von kernbrennstoffsinterkoerpern
AT211925B (de) Urandioxydteilchen enthaltender Kernbrennstoff
DE2301480A1 (de) Keramische kernbrennstoffe und verfahren zu ihrer herstellung
AT229270B (de) Verfahren zur Herstellung eines als Brennstoff für Kernreaktoren verwendbaren Urandioxyds