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DE1471195A1 - Process for the production of a solid atomic fuel - Google Patents

Process for the production of a solid atomic fuel

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Publication number
DE1471195A1
DE1471195A1 DE19621471195 DE1471195A DE1471195A1 DE 1471195 A1 DE1471195 A1 DE 1471195A1 DE 19621471195 DE19621471195 DE 19621471195 DE 1471195 A DE1471195 A DE 1471195A DE 1471195 A1 DE1471195 A1 DE 1471195A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel
temperature
coating
solid
particles
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
DE19621471195
Other languages
German (de)
Inventor
Bourdeau Romeo Gerard
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.)
Union Carbide Corp
Original Assignee
Union Carbide Corp
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 Union Carbide Corp filed Critical Union Carbide Corp
Publication of DE1471195A1 publication Critical patent/DE1471195A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • G21C3/626Coated fuel particles
    • 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

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  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Description

Verfahren zur Herstellung eines festen Atom-Process for the production of a solid atomic

brennstoffesfuel

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines festen Atombrennstoffs, insbesondere der mit pyrolytischem Graphit überzogen ist.The invention relates to a method for producing a solid atomic fuel, in particular which is coated with pyrolytic graphite.

Die Kernspaltung ist ein Verfahren, in dem die Kerne schwerer Elemente, d.h. eines festen Atombrennstoffs, in zwei Teile durch ein Neutron gespalten werden, wobei das Neutron sozusagen als Geschoss wirkt, Ein Neutron besitzt keine Ladung und kann leicht in den Kern eines schweren Elements eindringen. Die Anwesenheit eines solchen Teilchens im Kern bewirktNuclear fission is a process in which the nuclei of heavy elements, i.e. a solid atomic fuel, be split into two parts by a neutron, whereby the neutron acts as a projectile, so to speak, A neutron has no charge and can easily penetrate the core of a heavy element. The presence of such a particle in the nucleus

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8099027078880990270788

- 2 - 1A-23 643- 2 - 1A-23 643

eine Instabilität des schweren Elements, welches in zwei Spaltprodukte zerfällt. Bei diesem Prozess werden zusätzlich weitere Neutronen freigesetzt, welche ihrerseits die Spaltung weiterer Kerne bewirken und somit zu einer Kettenreaktion führen. Die Gesamtmasse der Kerne der Spaltprodukte ist immer geringer als die des ursprünglichen gespaltenen Teilchens und der Massenverlust wird in Bewegungsenergie der Spaltprodukte, die ihrerseits wieder Wärme erzeugt, umgewandelt. Diese Wärme kann man kontinuierlich abführen, indem ein Kühlmittel durch den Kern des Reaktors geleitet wird, welches seinerseits elektrische Energie erzeugen kann. Die Spaltreaktion insgesamt gesehen ist eine der wirksamsten Energiequellen, die bisher bekannt geworden sind»an instability of the heavy element, which breaks down into two fission products. Be in this process in addition, further neutrons are released, which in turn cause the fission of further nuclei and thus lead to a chain reaction. The total mass of the cores of the fission products is always less than that of the original split particle and the loss of mass is converted into kinetic energy of the fission products, which in turn generates and converts heat. This heat can be removed continuously by using a coolant is passed through the core of the reactor, which in turn can generate electrical energy. Viewed as a whole, the fission reaction is one of the most effective energy sources known to date »

Feste Kernbrennstoffe wie Urancarbid, -dicarbid und -oxyd sind bei den Spaltprozessen am wirkungsvollsten. Die Anwendbarkeit vieler fester Brennstoffe dieser Art wird jedoch durch Spaltprodukte in vielen Fällen beeinträchtigt, die während der Spaltreaktion wie oben beschrieben entstehen. Diese Spaltprodukte besitzen sowohl hohe Radioaktivität als auch hohe kinetische Energie. Sie sind in der Lage, in eine Anzahl von Werkstoffen einzudringen und verändern deren Kristallstruktur, Festigkeit und andere Eigenschaften» Auf diese WeiseSolid nuclear fuels such as uranium carbide, dicarbide and oxide are most effective in the fission processes. However, the applicability of many solid fuels of this type is in many cases impaired by fission products, which arise during the cleavage reaction as described above. These fission products have both high radioactivity as well as high kinetic energy. They are able to work in a number of materials penetrate and change their crystal structure, strength and other properties »In this way

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809902/G788809902 / G788

- 3 - 1A-23 643- 3 - 1A-23 643

kann oft die Anwesenheit von Spaltprodukten die Konstruktion des Reaktors in der Umgebung der Kerne "beschranken. Weiter verunreinigen diese Spaltprodukte oft das Kühlmittel, welches durch die Brennstoffelemente des Reaktorkerns zirkuliert... Das Kühlmittel - wenn es radioaktiv wird - kann die Wärmeaustauscher und Turbinen des Energieerzeugungssystems contaminieren. Im allgemeinen ist es weniger kostspielig, die radioaktiven Elemente auszuwechseln als das System zu decontaminieren. Diese Prozedur bringt Unzulänglichkeiten, Verluste und Kosten mit sich. In jedem Fall muss die Radioaktivität des Systems, die durch die Spaltprodukte eingebracht wird, unter gewisse Grenzen absinken, so dass das Bedienungspersonal gleich oder in Zukunft nicht geschädigt wird.-Es ist uekannt, dass übermässige radioaktive Bestrahlung zu weitgehender Schädigung von Haut, Blut, Iymphgeweben und Knochenmark des Körpers führt. Alle diese Schwierigkeiten, die sich bei der Anwendung vieler fester Kernbrennstoffe ergeben, sind ein Resultat der Tatsache, dass die Spaltprodukte der Spaltreaktion hoch radioaktiv sind.The presence of fission products can often affect the construction of the reactor in the vicinity of the cores ". These fission products also contaminate often the coolant circulating through the fuel elements of the reactor core ... The coolant - if it Becomes radioactive - can contaminate the heat exchangers and turbines of the power generation system. in the in general, it is less expensive to change the radioactive elements than it is to decontaminate the system. This procedure brings with it inadequacies, losses and costs. In any case, the Radioactivity of the system, which is introduced by the fission products, falls below certain limits, so that the operating personnel will be harmed immediately or not in the future.-It is not known that excessive radioactive radiation causes extensive damage to the skin, blood, lymphatic tissue and bone marrow of the Body leads. All these difficulties that arise with the use of many solid nuclear fuels, are a result of the fact that the fission products of the fission reaction are highly radioactive.

Ein Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines festen Kernbrennstoffs mit einem Überzug, der die Ausbreitung der radioaktiven Spaltprodukte auf den von dem Brennstoff selbst ursprünglich eingenommenen Raum beschränkt·An object of the invention is a method for producing a solid nuclear fuel with a Coating that originally prevents the radioactive fission products from spreading on the fuel itself limited space occupied

809902/0788809902/0788

- 4 - 1A-23 643- 4 - 1A-23 643

U71195U71195

Es wurde gefunden, dass - wenn ein fester Kernbrennstoff wie Urancarbid, -dicarbid und -oxyd mit einem gleichmässigen Überzug aus pyrolytischem Graphit überzogen wird - die Produkte des Spaltprozesses innerhalb des Ton dem Überzug umgebenen Raums zurückgehalten werden. In einem solchen Fall kann man die überzogenen Teilchen als Brennstoff ohne irgendeinem der erwarteten • Nachteile auf Grund der Anwendung des festen Brennstoffe anwenden. Der Grund hierfür liegt in der Tatsache, dass der Überzug aus pyrolytischem Graphit bei erhöhten Temperaturen eine hohe Festigkeit besitzt und korrosionsbeständig und gasundurchlässig ist. Wird der feste Brennstoff in dem Spaltprozess angewandt, so wird er kleiner werden und innerhalb des pyrolytischen Graphitüberzugs einen Hohlraum bilden. Gleichzeitig wird der Brennstoff Spaltprodukte in Form von giftigen Gasen entwickeln, welche den freien Raum innerhalb des Überzugs einnehmen. Diese gasförmigen Spaltprodukte können aus dem Überzug nicht entweichen, da dieser gasundurchlässig ist. Weiter können sie auch den Überzug durch chemischen Angriff nicht erweichen, da er korrosionsbeständig ist. Schliesslich können die giftigen Gase den Überzug selbst dann nicht sprengen, wenn sie unter einem Druck bis zu 70 atm. (1000 psi) stehen, da der pyrolytische Graphit selbst bei hohen Temperaturen eine hohe Festigkeit besitzt. Somit werden die SpaltprodukteIt has been found that - when using a solid nuclear fuel such as uranium carbide, uranium dicarbide and oxide an even coating of pyrolytic graphite - the products of the splitting process within of the clay surrounding the coating. In such a case, you can be the overdone Particles as fuel without any of the expected drawbacks due to the solid fuel application use. The reason for this lies in the fact that the pyrolytic graphite coating has increased Temperature has a high strength and is corrosion-resistant and gas-impermeable. Will be the solid Fuel applied in the cracking process will become smaller and within the pyrolytic graphite coating form a cavity. At the same time, the fuel becomes fission products in the form of poisonous gases develop which occupy the free space within the coating. These gaseous fission products can do not escape from the coating as it is impermeable to gas. You can also put the coating through chemical attack does not soften as it is corrosion resistant. Finally, the toxic gases can Do not burst the coating even if it is pressurized up to 70 atm. (1000 psi) as the pyrolytic graphite has high strength even at high temperatures. Thus, the fission products

-5-8 0 9 9 0 2/0788-5 -8 0 9 9 0 2/0788

- 5 - 1A-23 643- 5 - 1A-23 643

in einem begrenzten Eaum zurückgehalten« Auf diese Weise können die radioaktiven Produkte weder die Anlage nooh das Bedienungspersonal contaminieren und in vielen Fällen können viele Beschränkungen, welche in der Konstruktion eines Reaktors vorgesehen sind, entfernt oder zumindest in gewissem Umfang verringert werden.In this way , the radioactive products cannot contaminate the plant or the operating personnel, and in many cases many of the restrictions placed on the design of a reactor can be removed or at least reduced to some extent.

Das erfindungsgemässe Verfahren besteht in dem Überziehen eines festen Kernbrennstoffs mit pyrolytischem Graphit und ist dadurch gekennzeichnet, dass der feste Kernbrennstoff in Form von Teilchen aus Urancarbid, -dicarbid und -oxyd mit Kohlenwasserstoffdämpfen bei Temperaturen zwischen ca. 1700 und 3000°0 zusammengebracht wird, wobei auf der Oberfläche jedes Teilchens ein gleichmässiger Überzug von pyrolytischem Graphit niedergeschlagen wird.The method of the invention consists in coating a solid nuclear fuel with pyrolytic Graphite and is characterized by the fact that the solid nuclear fuel is in the form of particles of uranium carbide, dicarbide and oxide with hydrocarbon vapors Temperatures between about 1700 and 3000 ° 0 is brought together, with on the surface of each particle a uniform coating of pyrolytic graphite is deposited.

Dieses Verfahren benützt eine Dampfphasentechnik, wobei pyrolytischer Graphit auf eine heisse Fläche durch thermische Zersetzung eines Kohlenwasserstoffgases niedergeschlagen wird. Diese Methode wird an beiliegenden Figuren näher erläutert.This process uses a vapor phase technique, wherein pyrolytic graphite is applied to a hot surface by thermal decomposition of a hydrocarbon gas being knocked down. This method is explained in more detail using the accompanying figures.

Fig. 1 ist eine Frontansicht des in dem Verfahren verwendeten Reaktors, Fig. 2 ist der Querschnitt dieses Reaktors.Fig. 1 is a front view of the reactor used in the process, Fig. 2 is the cross section of this Reactor.

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809902/0788809902/0788

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Ein Reaktor, wie beispielsweise in Fig. 1 gezeigt, wird mit festen Teilchen aus Kernbrennstoffen beschickt.A reactor such as shown in Fig. 1 is charged with solid particles of nuclear fuel.

Der Reaktor der Pig. 1 besteht im wesentlichen aus einem hohlen Graphitzylinder 11 mit zwei verbundenen Teilen 12 und 13. Diese Teile sind so konstruiert, dass aie zur Erleichterung des Beschlagens des Reaktors getrennt werden können. Der Innenteil des hohlen Zylinders weist Längsrippen auf, die sich über die gesamte Länge des Zylinderkörpers 11 erstrecken. Die Zylinderenden sind so eingezogen, dass sie die Rohrteile 14 und 15 bilden, welche als Wellen wirken. Die Teile 14 und 15 sind drehbar in Schlitzen gelagert, die sich in den vertikalen Wänden 16 und 17 des Graphitträgers 19 befinden. Diese Lagerung gestattet die Drehung des Reaktors um seine Längsachse. Rohr 15 dient als Einlass und ist mit einem einschiebbaren Injektor 21 für das Kohlenwasserstoffgas versehen, während Rohr 14 mit einem einschiebbaren Stopfen 22 versehen ist. Der an den Zylinder 11 anschliessende Rohrteil von 14 ist mit Abgasdüsen 25 ausgestattet. Eine Induktionsspule 26 ist um den Zylinder gewickelt und dient zur Wärmeerzeugung. Stopfen 22 ist trennbar verbunden mit einem Schaft, der zu einem Motor 24 mit regelbarer Geschwindigkeit gehört.Pig's reactor. 1 consists essentially of a hollow graphite cylinder 11 with two connected Parts 12 and 13. These parts are designed to be separated to make it easier to mist up the reactor can be. The inner part of the hollow cylinder has longitudinal ribs that extend over the entire length of the Cylinder body 11 extend. The cylinder ends are drawn in so that they form the pipe parts 14 and 15, which act as waves. The parts 14 and 15 are rotatably mounted in slots that are in the vertical Walls 16 and 17 of the graphite support 19 are located. This position allows the reactor to be rotated its longitudinal axis. Tube 15 serves as an inlet and is provided with a retractable injector 21 for the hydrocarbon gas provided, while tube 14 is provided with an insertable plug 22. The one on the cylinder 11 The subsequent pipe part of 14 is equipped with exhaust gas nozzles 25. An induction coil 26 is around the Cylinder wrapped and used to generate heat. Plug 22 is releasably connected to a shaft, which to a variable speed motor 24 belongs.

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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

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Der Reaktor wird unter Argon gesetzt, bis der gewünschte Druck erreicht ist, woraufhin der Zylinder um seine Längsachse mit geeigneter Geschwindigkeit gedreht wird. Die Temperatur des Systems wird dann von Raumtemperatur bis auf 1700 bis 30000C erhöht. Nach Einstellung von Druck und Temperatur wird ein Kohlenwasserst off gas wie Methan, A'than, Propan oder Benzol durch Zuleitung 21 eingeführt. Der Zylinder wird während des ganzen Prozesses gedreht, um sicher zu sein, dass alle Teilchen gleichmässig der Kohlenwasserstoffatmosphäre ausgesetzt sind. Ein Drehen des Zylinders ist auch erforderlich, um eine kurze Kontaktzeit zwischen jeweils zwei Flachen der einzelnen Teilchen zu erreichen. Dies ist notwendig, um ein Zusammensintern der Teilchen während der Abscheidung von pyrolytischem Graphit zu vermeiden. Das Sintern ist die Ausbildung von Brücken aus Graphit von einem Teilchen zum anderen* Nach einer gewissen Zeit wird die Kohlenwasserstoffzufuhr unterbrochen und das System kann auf Raumtemperatur abgekühlt, wobei der Reaktor weitergedreht wird. Die äussere Fläche der einzelnen Teilchen soll nun einen gleichmassigen Schutzüberzug aus pyrolytischem Graphit aufweisen, trifft dies zu, sind sie für den Einsatz bei Spaltprozessen geeignet.The reactor is placed under argon until the desired pressure is reached, whereupon the cylinder is rotated about its longitudinal axis at a suitable speed. The temperature of the system is then increased from room temperature up to 1700-3000 0 C. After the pressure and temperature have been set, a hydrocarbon gas such as methane, ethane, propane or benzene is introduced through feed line 21. The cylinder is rotated throughout the process to ensure that all particles are evenly exposed to the hydrocarbon atmosphere. A rotation of the cylinder is also necessary in order to achieve a short contact time between two surfaces of the individual particles. This is necessary to avoid sintering together of the particles during the deposition of pyrolytic graphite. Sintering is the formation of bridges made of graphite from one particle to another. The outer surface of the individual particles should now have a uniform protective coating made of pyrolytic graphite; if this is the case, they are suitable for use in cleavage processes.

Die Abscheidungsgeschwindigkeit oder die Geschwindigkeit, mit der der pyrolytische Graphit aufThe rate of deposition, or the rate at which the pyrolytic graphite builds up

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- 8 - 1A-23 643- 8 - 1A-23 643

die Oberfläche einzelner Teilchen aus festem Kernbrennstoff niedergeschlagen wird, hängt ab von der Temperatur, dem Druck und der Gasmenge und -geschwindigkeit innerhalb des Systems. Alle diese Paktoren werden im folgenden näher erläutert. Es wird weiter festgestellt, dass die maximale Abscheidungsgeschwindigkeit ebenfalls abhängig ist von der Zeitdauer, während der die einzelnen Teilchen miteinander in dem sich drehenden Reaktor in Verbindung stehen. Es wurde gefunden, dass die Abscheidungsgeschwindigkeit ca. 20/U je Stunde betragen soll, wenn die Kontaktzeit ungefähr 0,5 Sekunden beträgt. Diese Kontaktzeit erhält man, wenn der Reaktor mit 30 UpM gedreht wird. Ist die Abscheidungegeschwindigkeit grosser, so findet bei diesen Arbeitsbedingungen bereits Brückenbildung statt. Brückenbildung ist die Verbindung des Überzugs aus pyrolytischem Graphit der einzelnen Teilchen untereinander. In allen Fällen, wo die Kontaktzeit herabgesetzt wird, kann man die Abscheidungsgeschwindigkeit ohne Gefahr der Brückenbildung etwas erhöhen. Die Bestimmung der maximalen Abscheidungsgeschwindigkeit und der gegebenen Arbeitsbedingungen kann von jedem Fachmann vorgenommen werden. In vielen Fällen konnte eine durchschnittliche tFberzugsdicke von zwischen 30 und 200 /U als ausreichend gefunden weden; in einzelnen Fällen beträgt die durchschnittliche tiberzugsdicke vorzugsweise 50 bis 125/u, insbesondere 80/u.the surface of individual particles of solid nuclear fuel is deposited depends on the Temperature, pressure and the amount and velocity of gas within the system. All of these factors are explained in more detail below. It is further stated that the maximum deposition rate also depends on the period of time during which the individual particles are with each other rotating reactor. It has been found that the deposition rate is around 20 / rev each Should be hour if the contact time is approximately 0.5 seconds. This contact time is obtained when the reactor is rotated at 30 rpm. Is the deposition rate larger, bridging is already taking place under these working conditions. Bridging is the bond between the pyrolytic graphite coating of the individual particles. In all In cases where the contact time is reduced, the deposition rate can be increased without the risk of bridging increase something. Determination of the maximum deposition rate and the given working conditions can be carried out by any specialist. In many cases, an average coating thickness between 30 and 200 / U are found to be sufficient; in individual cases the average is Coating thickness preferably 50 to 125 / u, in particular 80 / u.

809902/0788809902/0788

- 9 - . 1A-23- 9 -. 1A-23

U71195U71195

Die Oberzugsdicke hängt ab von dem zu überziehenden Material und den Bedingungen des in Aussicht genommenen Spaltprozesses·The coating thickness depends on the material to be coated and the conditions of the envisaged Splitting process

Das erfindungegemässe Verfahren wird ausgeführt bei einer Temperatur, bei der sich ein gasförmiger Kohlenwasserstoff unter Bildung von pyrolytischem Graphit und nicht von pyrolytischem Kohlenstoff zersetzt. Ein Überzug aus pyrolytischem Kohlenstoff im Vergleich mit einem solchen aus Graphit zeigt geringe Festigkeit, Dichte und hohe Gasdurchlässigkeit. Bin Überzug aus pyrolytischem Kohlenstoff ähnelt einer Zwiebelhaut und kann keinen hohen Temperaturen, wie sie bei Spaltprozessen auftreten, widerstehen. Das erfindungsgemässe Verfahren, bei dem pyrolytischer Graphit auf Teilchen fester Kernbrennstoffe niedergeschlagen wird, lässt sich innerhalb des Temperaturbereiches von ca. 1700 bis 30000C durchführen. Wird das Verfahren bei einer Temperatur unter 170O0C durchgeführt, so besteht der Überzug aus amorphem Kohlenstoff. Bin Arbeiten über ca. 30000C ist wohl unpraktisch. Mit steigender Temperatur steigt auch die Reaktionsgeschwindigkeit. Der Grund hierfür ist, dass das Kohlenwasserstoffgas viel wirksamer unter Bildung von pyrolytischem Graphit bei der höheren Temperatur innerhalb obigen Bereichs zersetzt wird. Das Verfahren ist durchführbar zwischenThe inventive method is carried out at a temperature at which a gaseous hydrocarbon decomposes to form pyrolytic graphite and not pyrolytic carbon. A coating of pyrolytic carbon compared with that of graphite shows low strength, density and high gas permeability. A pyrolytic carbon coating resembles an onion skin and cannot withstand the high temperatures that occur during fission processes. The inventive method in which pyrolytic graphite onto particles of solid nuclear fuel is deposited, can be carried out to 3000 0 C within the temperature range of about 1700s. If the process is carried out at a temperature below 170O 0 C, there is the coating of amorphous carbon. Working above approx. 3000 0 C is probably impractical. The rate of reaction also increases with increasing temperature. This is because the hydrocarbon gas is much more effectively decomposed to form pyrolytic graphite at the higher temperature within the above range. The procedure is feasible between

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8 0 9902/07888 0 9902/0788

- 10 - 1A-23 643- 10 - 1A-23 643

ca. 1700 und 30000C, wird jedoch vorzugsweise bei 2050 bis 225O0C betrieben. Es wurde gefunden, dass der Prozess insbesondere bei ca. 215O0C hoch wirksam ist und die Überzüge, die bei diesen Temperaturen niedergeschlagen wurden, hohe Festigkeit und hohe Dichte besitzen. Unter "Abscheidungstemperatur" wird die Temperatur verstanden, bei der das Gas (bzw. die Gase) unter Bildung eines Niederschlags aus pyrolytischem Graphit auf einer geeigneten Fläche gespalten wird (werden).approx. 1700 and 3000 0 C, but is preferably operated at 2050 to 225O 0 C. It has been found that the process is highly effective in particular at approximately 215o C and 0, possess high strength and high density, the coatings were deposited at these temperatures. “Deposition temperature” is understood to mean the temperature at which the gas (or gases) is (are) split with the formation of a precipitate of pyrolytic graphite on a suitable surface.

Der Druck bei dem erfindungsgemässen Verfahren steht in gewisser Beziehung zur Temperatur. Das Verfahren lässt sich bei einem Druck von ca. 1 bis 200 mm Hg durchführen. Eine Druckänderung beeinflusst die Abscheidungsgeschwindigkeit des pyrolytischen Graphits. Beträgt der Druck bei dem Verfahren unter 1 mm Hg, so sinkt die Abscheidungsgeschwindigkeit rapide. Steigt jedoch der Druck über ca. 200 mm Hg, so besteht der Niederschlag in erster Linie aus Ruß. Auf jeden Fall steigt die Reaktionsgeschwindigkeit mit steigendem Druck bis ein Grenzwert des Druckes erreicht ist und die Abscheidung von Ruß beginnt. Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich daher bei Drucken zwischen ca. 1 bis 200 mm Hg, vorzugsweise 2 bis 21 mm Hg, woThe pressure in the process according to the invention has some relation to temperature. The process can be carried out at a pressure of approx. 1 to 200 mm Hg carry out. A change in pressure affects the rate of deposition of the pyrolytic graphite. Amounts to if the pressure in the process is below 1 mm Hg, the deposition rate drops rapidly. Increases however, if the pressure is above approx. 200 mm Hg, the precipitate consists primarily of soot. Definitely the reaction rate increases with increasing pressure until a limit value of the pressure is reached and the deposition of soot begins. The inventive The method can therefore be used at pressures between approx. 1 to 200 mm Hg, preferably 2 to 21 mm Hg, where

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eine besonders hohe Qualität erreicht wird, durchführen. Das Verfahren ist pehr wirkungsvoll bei einem Druck von ca. 20 mm Hg, da oberhalb dieses Drucks bereits eine geringfügige Rußabscheidung beginnt. Es wird auch darauf hingewiesen, dass eine 10-fache Steigerung der Abscheidungsgeschwindigkeit erreicht wird, wenn der Arbeitsdruck von 1 mm auf 20 mm Hg erhöht wird.a particularly high quality is achieved. The procedure is very effective for one Pressure of approx. 20 mm Hg, since above this pressure a slight deposition of soot begins. It it is also noted that a 10-fold increase in deposition rate is achieved when the working pressure is increased from 1 mm to 20 mm Hg.

Die für das erfindungsgemässe Verfahren verwendbaren Kohlenwasserstoffgase umfassen jedes kohlenstoffhaltige Gas, welches die Abscheidung von pyrolytisohem Graphit auf einer entsprechenden Flache unter geeigneten Zersetzungstemperaturen erlaubt, beispielsweise Methan, Äthan, Propan oder Benzol. Die verwendete Menge an Kohlenwasserstoffgas ist abhängig von der Temperatur und dem Druck innerhalb des Systems. Weiter ist die Gasgeschwindigkeit abhängig von der Gasmenge. In jedem Pail konnte gefunden werden, dass die Reaktionsgeschwindigkeit steigt mit steigender Gasmenge oder -geschwindigkeit·The hydrocarbon gases which can be used for the process according to the invention include any carbon-containing gas which allows the deposition of pyrolytic graphite on a corresponding surface at suitable decomposition temperatures, for example methane, ethane, propane or benzene. The amount of hydrocarbon gas used depends on the temperature and pressure within the system. The gas velocity is also dependent on the amount of gas. In each pail it could be found that the reaction speed increases with increasing gas quantity or speed

Das erfindungsgemässe Verfahren wird an folgenden Beispielen erläutert.The process according to the invention is illustrated by the following examples.

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809902/0788809902/0788

- 12 - 1JL-23 64-3- 12 - 1JL-23 64-3

Beispiel 1example 1

30 g Ur.andicarbid in Form von kleinen Kugeln wurden in obigen Reaktor eingeführt. Die Korngrösee der Teilchen betrug 177 bis 250/u. Es wurde in den Reaktor Argon mit einem Druck von ca. 20 mm Hg eingefüllt und der Zylinder mit-30 UpM gedreht. Die Temperatur des, Systems wurde auf 17000C erhöht und Methan mit einer Geschwindigkeit von 0,2 l/Min, eingeleitet. Naoh 4 Stunden wurde die Kohlenwasserstoffzufuhr abgestellt und das System konnte auf Raumtemperatur abkühlen. Die durchschnittliche Dicke des GraphitÜberzüge auf jedem !Teilchen betrug ca· 80/U.30 g of urandicarbide in the form of small balls was introduced into the above reactor. The grain size of the particles was 177 to 250 / u. Argon was filled into the reactor at a pressure of approx. 20 mm Hg and the cylinder was rotated at −30 rpm. The temperature of the system was increased to 1700 ° C. and methane was introduced at a rate of 0.2 l / min. After 4 hours, the hydrocarbon feed was turned off and the system was allowed to cool to room temperature. The average thickness of the graphite coatings on each particle was approximately 80 / rev.

In obigem Beispiel betrug die durchschnittliche Grosse der einzelnen Brennstoff teilchen 177 bis 250M, jedoch ist die Gröese der anwendbaren Teilchen nicht begrenzt, sondern kann in weiten Bereichen schwanken, abhängig von der Grosse des Reaktors, den Behandlungebedingungen und der Verwendung,In the above example, the average size of the individual fuel particles was 177 to 250 M, but the size of the applicable particles is not limited, but can vary within wide ranges, depending on the size of the reactor, the treatment conditions and the use,

Beispiel 2Example 2

Die Massnahmen des Beispiels 1 wurden wiederholt mit Ausnahme, dass die Temperatur 215O0O und der Druck 2 mm Hg betrug. Die Absoheidungebeschwindigkeit betrug ca. 20/uA· The measures of Example 1 were repeated with the exception that the temperature was 215O 0 O and the pressure was 2 mm Hg. The separation rate was approx. 20 / uA

809902/0788809902/0788

- 13 - 1A-23 643- 13 - 1A-23 643

U71195U71195

Das Überziehen von festen Brennstoffteilchen bietet verschiedenste Vorteile, beispielsweise gestattet ein Kernbrennstoff, überzogen mit pyrolytischem Graphit, Arbeitstemperaturen des Reaktors bis zu 25000O.The coating of solid fuel particles offers various advantages, for example a nuclear fuel coated with pyrolytic graphite allows working temperatures of the reactor of up to 2500 0 O.

Das erfindungsgemässe Verfahren kann hinsichtlich der angewandten Substanzen, Betriebsbedingungen, und Konstruktion der Vorrichtung weitgehend variieren.The inventive method can with regard to the substances used, the operating conditions and the construction of the device vary widely.

PatentansprücheClaims

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Claims (6)

-H- 1A-23 643 14711S5 Patentansprüche-H- 1A-23 643 14711S5 claims 1. AtombrennstoffpartikeIn, dadurch gekennzeichnet , dass ^edes Teilchen mit einem Überzug aus pyrolytischem Graphit versehen ist.1. Atomic fuel particle, characterized in that ^ each particle with a Is provided with a pyrolytic graphite coating. 2. Atombrennstoffpartikeln nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Atombrennstoff partikeln Urancarbid, -dicarbid oder -oxyd enthalten»2. Atomic fuel particles according to claim 1, characterized characterized in that the atomic fuel particles are uranium carbide, dicarbide or oxide contain" 3. Verfahren zur Herstellung fester Atombrennstoff partikeln nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass man die Teilchen einem Kohlenwasserstoffgas bei einer Temperatur zwischen ca. 1700 und 30000G und einem Druck unter ca. 200 mm Hg aussetzt.3. A method for producing solid atomic fuel particles according to claim 1 or 2, characterized in that the particles are exposed to a hydrocarbon gas at a temperature between about 1700 and 3000 0 G and a pressure below about 200 mm Hg. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass man eine Temperatur- zwischen 2050 und 225O0O, vorzugsweise 215O0C, einhält.4. The method according to claim 1, characterized in that a temperature between 2050 and 225O 0 O, preferably 215O 0 C, is maintained. 5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e kennzeichnet , dass man einen Druck von ca. 2 bis 21 mm Hg einhält.5. The method according to claim 1 or 2, characterized in g e that a pressure of about 2 to 21 mm Hg is maintained. -15-80990 2/0788-15-80990 2/0788 - 15 - 1A-23 643- 15 - 1A-23 643 6. Verfahren naoh Anspruch 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet , dass man als festen Kernbrennstoff uranhaltiges Material, vorzugsweise ürancarbid, -dioarbid oder -oxyd verwendet,6. The method naoh claim 1 to 3, characterized in that the solid nuclear fuel used is uranium-containing material, preferably uranium carbide, dioarbide or oxide, 1T. Verfahren naoh Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daes man den Kernbrenn- 1 T. method naoh claim 4, characterized in that the nuclear fuel stoff mit einer Korngrösse zwisohen 177 und 250/u verwendet· substance with a grain size between 177 and 250 / u used 809902/0788809902/0788
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