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DE1771966A1 - Process for the production of multi-component nuclear fuels - Google Patents

Process for the production of multi-component nuclear fuels

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DE1771966A1
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DE
Germany
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microspheres
fissile material
fissile
solution
oxide
Prior art date
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DE19681771966
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German (de)
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DE1771966B2 (en
DE1771966C3 (en
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Sanchez Moises Gali
Triggiani Leonard Vincent
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WR Grace and Co
Original Assignee
WR Grace and Co
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Publication date
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Publication of DE1771966B2 publication Critical patent/DE1771966B2/en
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Publication of DE1771966C3 publication Critical patent/DE1771966C3/en
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    • 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
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
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  • Liquid Carbonaceous Fuels (AREA)

Description

W.R. Grace & Co. (US 67O 452 - prio 25-9-67W.R. Grace & Co. (US 67O 452 - prio 25-9-67

New York, N.Y.A.St.A. A 12214 - 5636) New York, NYASt.A. A 12214 - 5636)

Hamburg, 6. August I968Hamburg, August 6, 1968

Verfahren zur Herstellung von Mehrkomponenten-Kernbrennstoffen Process for the production of multi-component nuclear fuel

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung kleiner Xernbrenn&to ff.tei lchen aus Oxyden von mindestens zwei Metallen der Aktlnidengruppe.The invention relates to a process for the production of small nuclear fuel particles from oxides of at least two metals the Aktlnidengruppe.

Bei der Herstellung von Brennstoffelementen aus Solen in Form von Mlkrokugeln werden Produkte mit äußerst vortdlhaften physikalischen Eigenschaften erhalten. Die Mikrokugeln können bei wesentlich niedrigeren Temperaturen zu hoher Dichte gesintert werden als es bei Herstellung der Brennstoffelemente nach den üblichen Keramikverfahren möglich ist. Die Mikrokugeln können in Größen von wenigen Mikron bis zu 1000 Mikron und darüber hergestellt werden und ermöglichen eine sehr einfache Handhabung der Kernbrennstoffe.In the manufacture of fuel elements from brines in the form of microspheres, products with extremely advantageous physical properties obtained. The microspheres can be sintered to high density at much lower temperatures than is possible when manufacturing the fuel elements using conventional ceramic processes. The microspheres can Manufactured in sizes from a few microns to 1000 microns and above and allow very easy handling of the nuclear fuel.

Heute werden Brennstoffelemente benötigt, welche nicht nur eine Komponente sondern zwei oder mehr Komponenten enthalten. So besteht beispielsweise ein Bedarf von Brennstoffen aus Uranium- und Plutoniumoxyd oder Thorium- und UraniuRioxyd, welche spalt-Today fuel elements are required which contain not just one component but two or more components. So there is for example, a need for fuels made from uranium and plutonium oxide or thorium and uranium oxide, which fissures

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bares Material wie U 235 oder U 2j5jj enthalten.contain material such as U 235 or U 2j5jj.

In den bekannten Verfahren werden diese Mehrkomponenten-Brennstoffe durch gemeinsames Ausfällen aus Lösungen von Salzen der entsprechenden Metalle oder durch physikalisches Vermischen der getrockneten Oxydteilchen und anschließendes Zerkleinern, Pressen usw. nach den konventionellen Keramiktechniken hergestellt. Man stellt sie auch aus gemischten Oxydsolen nach einem Verfahren her, bei welchem man eine Lösung oder ein Sol der zweiten Komponente zu einem SOl der ersten Komponente gibt.In the known process, these multicomponent fuels are precipitated together from solutions of salts corresponding metals or by physically mixing the dried oxide particles and then crushing them, Presses etc. manufactured using conventional ceramic techniques. They are also made from mixed oxide sols according to one Process in which a solution or a sol of the second component is added to an SOl of the first component.

Die Unterschiede in der Stärke der Radiotoxizität der einzelnen Komponenten in einem Zweikomponenten-Brennstoff vergrößert die Schwierigkeiten bei der Herstellung von Produkten aus gemischten Oxydsolen nach diesen konventionellen Verfahren. Uranoxyd (U 2^8) kann ohne Gefahr mit Üblichen Laboratoriumseinrichtungen gehandhabt werden. Plutonium dagegen kann nur in Strahlenschutzkästen und anderen komplizierten Einrichtungen gehandhabt werden. Diese Schwierigkeiten werden noch wesentlich vergrößert, wenn die Herstellung der Mischoxyd-Brennstoffe auf die betriebsmäßige Produktion übertragen wird.The differences in the level of radiotoxicity of each Components in a two-component fuel increases the Difficulties in making mixed oxide sol products by these conventional processes. Uranium oxide (U 2 ^ 8) can be used without danger with normal laboratory equipment be handled. Plutonium, on the other hand, can only be handled in radiation protection boxes and other complicated facilities. These difficulties are increased significantly if the production of mixed oxide fuels is reduced to operational Production is transferred.

Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung dieser Mischbrennstoffsysteme entwickelt, bei welchem die beiden Komponenten ge-A process for the production of these mixed fuel systems has now been developed in which the two components are

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trennt in jeweils fUr die einzelnen Komponenten geeigneten Einrichtungen gehandhabt werden können. Dieses System bietet eine wesentliche Verbesserung gegenüber der konventionellen Arbeitsweise« bei welcher beide Komponenten in jeder Stufe zusammen behandelt wurden, so daß fUr jede Stufe und für das gesamte zu verarbeitende Material äußerst komplizierte Einrichtungen erforderlich waren.can be handled separately in facilities suitable for the individual components. This system offers a Significant improvement over the conventional way of working «in which both components are combined in each stage were treated, so that extremely complicated facilities were required for each stage and for all of the material to be processed.

Mit der vorliegenden Erfindung wird demnach ein Verfahren zur Herstellung von Kernbrennstoffen aus Oxyden von mindestens zwei Aktinidenmetallen vorgeschlagen, bei welchem man Mikrokugeln aus einem nuklearen Brutstoff mit einem spaltbaren Material in flüssiger oder gasförmiger Phase zusammenbringt und die Mikrokugeln mit dem spaltbaren Material imprägniert und dann das spaltbare Material in eine unlösliche Form überführt. Hierzu kann man die Mikrokugeln mit einem Sol oder einer Lösung, vorzugsweise einer wässrigen Lösung, eines Salzes der spaltbaren Komponente imprägnieren und dieses dann In den Poren der Matrix in das Oxyd überführen. Man kann die Mikrokugeln auch mit dem Zusatzmaterial in Gasform, z.B. PuFg, UFg usw., imprägnieren und dieses dann in den Poren ausfällen und in die Oxyde überführen.The present invention accordingly provides a method for producing nuclear fuel from oxides of at least two actinide metals proposed, in which one brings together microspheres from a nuclear breeding material with a fissile material in the liquid or gaseous phase and impregnating the microspheres with the fissile material and then converting the fissile material into an insoluble form. For this purpose, the microspheres can be mixed with a sol or a solution, preferably an aqueous solution, of a salt Impregnate the fissile component and then transfer it into the oxide in the pores of the matrix. You can do the microspheres too impregnate with the additional material in gaseous form, e.g. PuFg, UFg etc., and then precipitate this in the pores and in the oxides convict.

Nach einer Ausführungsform des erfindungsgeraäßen VerfahrensAccording to one embodiment of the method according to the invention

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werden die Mlkrokugeln also mit dem spaltbaren Material in Form einer wässrigen Lösung eines seiner Salze imprägniert und nach dem Imprägnieren das Überschüssige Wasser entfernt und das spaltbare Material aus der Lösung ausgefällt.the microbeads are shaped with the fissile material an aqueous solution of one of its salts is impregnated and, after impregnation, the excess water is removed and that fissile material precipitated out of solution.

DLe Teilchen können verschieden weit getrocknet werden. Die Mlkrokugeln, welche eine Matrix für die andere Komponente bilden, können als Gele in Mlkrokugelform bezeichnet werden. Die Bezeichnung "Gel" kann also zur Beschreibung des Matrixmaterials benutzt werden.The particles can be dried to different extents. the Microspheres, which form a matrix for the other component, can be referred to as microsphere-shaped gels. The term "gel" can therefore be used to describe the matrix material to be used.

Die Erfindung bietet ein Verfahren zur Herstellung von Mischoxyd-Brennstoffen in nur wenigen Verfahrensstufen, so daß die Hauptarbeit mit üblichen Einrichtungen durchgeführt werden kann. Bei diesem Verfahren wird die Möglichkeit der Verseuchung der Anlagen mit spaltbaren Material bis zur letzten Verfahrens-, } stufe ausgeschlossen.The invention provides a process for the production of mixed oxide fuels in only a few process stages, so that the Main work can be done with usual facilities. This procedure eliminates the possibility of contamination of the plants with fissile material up to the last process, } level excluded.

Bevor die Erfindung in einzelnen Beispielen näher erläutert wird, sollen im folgenden einige bevorzugte Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens im allgemeinen beschrieben werden.Before the invention is explained in more detail in individual examples, some preferred features of the process according to the invention are to be described in general below.

Mach einer bevorzugten AusfUhrungsform des Verfahrens wird zunächst der Brutstoff oder die Matrix in Mikrokugelform (Thoriuraoxyd oder Uranoxyd) hergestellt und dann mit der gewünschtenIn a preferred embodiment of the method, the breeding material or the matrix is first produced in microsphere form (thorioic oxide or uranium oxide) and then with the desired

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Mtnge der spaltbaren Komponente als Lösung eines Salzes oder als Sol der Komponente versetzt. Die imprägnierten Mikrokugeln werden danngewaschen« getrocknet und zum Fertigprodukt kalziniert.The amount of the fissile component as a solution of a salt or added as a sol of the component. The impregnated microspheres are then washed, dried and calcined into the finished product.

Allgemein gesprochen, umfaßt die bevorzugte AusfUhrungsform des Verfahrens die folgenden Stufen:Generally speaking, the preferred embodiment includes the The following stages:

1. Wahl und Lösung der Ausgangsstoffe für den Brennstoff.1. Choice and solution of the starting materials for the fuel.

2. Herstellung von Aquasolen oder geeigneten modifizierten Lösungen der Ausgangsstoffe*2. Manufacture of aquasoles or suitable modified ones Solutions of the raw materials *

3· Herstellung von Mikrokugeln aus den Solen oder modifizierten Lösungen.3 · Manufacture of microspheres from the brines or modified Solutions.

4. Zugabe eines spaÄaren Materials zu den NLkrokugeln»4. Addition of a sparse material to the NLkrokugeln »

5. Waschen, Trooknen und Sintern der den Zusatz enthaltenden Mikrokugeln.5. Washing, drying and sintering of those containing the additive Microspheres.

In der ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die als Brutstoff und spaltbares Material zu verwendenden Stoffe ausgewählt. Die hauptsächlich als Matrix verwendeten Stoffe sind aufgearbeitetes oder erschöpftes Uranoxyd (U 238) allein oder im Gemisch mit anderen Stoffen wie beispielsweise Thoriumoxyd. Thoriumoxyd (Th 232) kann auoh als Brutstoff verwendet werden. Die spaltbare zweite Komponente der Mikrokugeln kann beispielsweise aus Uranoxyd oder Plutoniumoxyd bestehen. So kann beispielsweise Uranoxyd ( U 238) als Matrix mit Plutoniumoxyd oder den spaltbaren Isotopen U 233 oder U 235 ImprägniertIn the first stage of the process according to the invention, the selected materials to be used as breeding material and fissile material. The substances mainly used as a matrix are processed or exhausted uranium oxide (U 238) alone or in a mixture with other substances such as thorium oxide. Thorium oxide (Th 232) can also be used as breeding material will. The fissile second component of the microspheres can for example consist of uranium oxide or plutonium oxide. So For example, uranium oxide (U 238) can be impregnated as a matrix with plutonium oxide or the fissile isotopes U 233 or U 235

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werden. So wird In einer AuafUhrungsform des erflndungagenäßen Verfahrene Thorlumoxyd oder Uranoxyd als Brutstoff und Plutonium oder ein anderes Isotop des Urans als das als Brutstoff . benutzte als spaltbares Material verwendet. Sin genisohter Thoriiimoxyd-Uranoxyd-Brennstof f kann durch Imprägnieren von Thoriunoxyd-Hlkrokugeln mit U 233 oder U 235 hergestellt werden.will. Thus, in one embodiment of the invention Processed thorium oxide or uranium oxide as breeding material and plutonium or another isotope of uranium than that as breeding material. used as a fissile material. Sin more genius Thoriiimoxyd-uranium oxide fuel can be produced by impregnating Thorium oxide microspheres can be produced with U 233 or U 235.

Den Brutstoff bzw. die Matrix, d.h. Uranoxyd oder Thoriumoxyd, stellt man zunächst als Lösung des Nitrats, Chloride oder dergleichen her, welche man dann in die Solform Überführt. Die Sole können nach verschiedenen Methoden hergestellt werden, von denen die folgenden bevorzugt werden:The breeding material or the matrix, i.e. uranium oxide or thorium oxide, is first produced as a solution of the nitrate, chloride or the like, which is then converted into the sol form. the Brines can be made by several methods, of which the following are preferred:

1. Elektrodialyse unter Verwendung von aniondurchlaasigen Membranen.1. Electrodialysis using anion-permeable membranes.

2. Gesteuerte Hydrolyse mit Harnstoff.2. Controlled hydrolysis with urea.

3. Ionenaustausch unter Verwendung von Harzen in der Etydroxydform. -3. Ion exchange using resins in the hydroxide form. -

♦ · Peptieatlon von gewaschenen Hydroxyden mit elnerSäure, 5. Elektrolyse von Lösungen unter Oxydation der Anionen zu einer fluchtigen Verbindung.♦ · Peptieatlon of washed hydroxides with elner acid, 5. Electrolysis of solutions with oxidation of the anions to a volatile compound.

In der nächsten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Sole in MikrokugelnUberfUhrt. Das Verfahren zur Herstellung der KLkrokugeln ist nicht Teil der vorliegenden Erfindung undIn the next stage of the process according to the invention, the sols are converted into microspheres. The method of manufacture of KLkrokugeln is not part of the present invention and

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let In der USA-Patentschrift 3 331 785 im einzelnen beschrieben. Kurz zusammengefaßt besteht dieses Verfahren darin« daß man die Sole in Tropfenform überführt und die Soltropfen in einer im Qegenetrom zu ihnen geführten Lösungen!ttelsäule trocknet. Die entstandenen Mikrokugeln werden am PuQ der Säule abgezogen und gewaschen.let Described in detail in U.S. Patent 3,331,785. Briefly summarized, this procedure consists in "that one the Brine transferred in droplet form and the brine droplets in an im Qegenetrom solutions led to them! Ttelsäule dries. the The resulting microspheres are drawn off and washed at the PuQ of the column.

Da« Verfahren kann als Vorstufen die Herstellung eines Kolloids des nuklearen BrUstoffes und das Trocknen des Kolloids zu einem QeI in Mikrokugelfonn umfassen.The process can be used as a preliminary stage in the manufacture of a colloid the nuclear fuel and the drying of the colloid a QeI in microsphere form.

Die Matrix kann in Pulver- öler Mikrokugelfonn oder in Form von größeren Späroiden auch nach einem Verfahren hergestellt werden, bei welchem man ein Salz des Brutstoffes mit einem wasserlöslichen Harz vermischt, welches die Viskosität in alkalischem Medium erhöht. Diese Lösung wird dann zur Bildung von Mikrokugeln oder Späroiden in Tropfenform in eine wässrige alkalische Lösung eingeführt. Die dabei entstehenden Teilchen oder Sphärolde werden dann abgetrennt; gewichen und getrocknet.The matrix can be in powder oil, microspheres or in the form of from larger spheroids also produced by a process be, in which one salt of the breeding material with a water-soluble resin mixed, which increases the viscosity in an alkaline medium. This solution then becomes education introduced by microspheres or spheroids in the form of drops into an aqueous alkaline solution. The resulting particles or spherules are then separated; soaked and dried.

Die Mikrokugeln oder Teilchen können jedoch auch nach Jedem beliebigen anderen in der Fach- und Patentliteratur beschriebenen Verfahren hergestellt werden, vorausgesetzt» daß das Fertigprodukt porös genug ist, um die gewünschte Menge an spaltbaremHowever, the microspheres or particles can be prepared by any other method described in the technical and patent literature, provided that the finished product is porous enough to contain the desired amount of cleavable

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- 8 Material festzuhalten.- 8 material to hold on to.

£8 wird angenommen, daß die Thoriumoxyd- und Uranoxyd-Mlkrokugeln beim erfindungsgemäßen Verfahren die die spaltbaren Komponente enthaltenden Lösungen oder Sole in ihren Hohlräumen aufnehmen, wo sie dann in eine unlösliche Form überführt * getrocknet und gesintert werden können.It is assumed that the thorium oxide and uranium oxide microspheres in the process according to the invention, the solutions or sols containing the cleavable component in their cavities where they are then converted into an insoluble form * dried and can be sintered.

Das zum Imprägnieren der Nikrokugeln verwendete spaltbare Material kann als Lösung oder als Sol in einem anorganischen oder organischen Lösungsmittel eingesetzt werden. Vorzugsweise wird eine wässrige Lösung eines Salzes verwendet, da man hierbei eine höhere Konzentration der Spaltstofflösung erzielen kann. Bevorzugt werden die Nitrate (Pu-VI, U-VI), Jedoch können auch die Chloride, Sulfate usw. zur Herstellung der Imprägnierungslösung verwendet werden. Die zum ImprägnierenThe fissile used to impregnate the microspheres Material can be used as a solution or as a sol in an inorganic or organic solvent. Preferably an aqueous solution of a salt is used, as this results in a higher concentration of the fissile material solution can. The nitrates (Pu-VI, U-VI) are preferred, but the chlorides, sulfates, etc. can also be used to produce the Impregnation solution can be used. The one for impregnation

en verwendeten Spaltstofflösungen können in Konzentration /Von etwa 0,1 bis 700 g je Liter hergestellt werden. Als organisches Lösungsmittel wird Aceton bevorzugt. Weitere geeignete Lösungsmittel sind Diäthyläther, Dibutyläther, Methylisobutylketon, Tributylphosphat, Trlootylamin, Trilaurylamln, Cyclohexyldilaurylamln, bestinr. mte Alkohole und dergleichen.The fissile material solutions used can be in concentration / of approx 0.1 to 700 g per liter can be produced. Acetone is preferred as the organic solvent. Other suitable solvents are diethyl ether, dibutyl ether, methyl isobutyl ketone, tributyl phosphate, trlootylamine, trilaurylamine, cyclohexyldilaurylamine, determined mte alcohols and the like.

Wenn als Brutstoff Mikrokugeln aus Urandioxyd verwendet werden, If uranium dioxide microspheres are used as breeding material,

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können sie in dieser Stufe aufgrund der Anwesenheit von sechswertigem Uran eine überstöchiometrische Menge Sauerstoff enthalten. Sechswertiges Uran ist in wässrigen Medien löslicher als vierwertiges Uran. In diesem Fall müssen die Mikrokugeln zum Dioxyd reduziert werden, wenn das Produkt zwischen den Teilchen frei von Schlamm und dergleichen sein soll. Die Reduktion kann auf beliebige Weise, beispielsweise durch Behandlung mit Wasserstoff ader dergleichen durchgeführt werden. Diese Stufe kann jedoch auch fortfallen, wenn sur Herstellung des Imprägnierungsmittels ein nlelit-wässriges Lösungsmittel verwendet wird. Die Wasserstcf fbehandlung wird etwa 1 bis etwa Stunden lang bei einer Temperatur von 300 bis 900°C durchgeführt. Bei dem erfindungsgeraäSen Verfahren kann diese Stufe ohne Beeinträchtigung der Mikrokugelstrukfcur oder Porosität bei niedrigen Temperaturen beendet werden.they can at this stage due to the presence of hexavalent Uranium contain an excess of stoichiometric amount of oxygen. Hexavalent uranium is more soluble in aqueous media than tetravalent uranium. In this case, the microspheres must to be reduced to the dioxide if the product is to be free of sludge and the like between the particles. The reduction can be carried out in any way, for example by treatment with hydrogen or the like. These However, the stage can also be omitted if a non-aqueous solvent is used for the preparation of the impregnation agent will. The hydrogen treatment is carried out at a temperature of 300 to 900 ° C for about 1 to about hours. In the case of the method according to the invention, this stage can without affecting the microsphere structure or porosity be terminated at low temperatures.

Ein geeignetes Verfahren zum Imprägnieren der Kugeln besteht darin, daß man die bewegten Mikrokugeln langsam mit der Lösung des spaltbaren Salzes oder dem Sol versetzt. Bei Verwendung von Uranoxyd als Brutstoff bewegt man die Kugeln vorzugsweise rait einem Inertgasstrom, welcher die Oxydation des Uranoxyds zum sechswertigen Zustand verhindert. Hierzu kann jedes geeignete Inertgas wie Helium, Argon, Neon, Stickstoff und dergleichen verwendet werden, wobei Argon bevorzugt wird. Im LaboratoriumA suitable method of impregnating the spheres is to slowly mix the agitated microspheres with the solution of the fissile salt or the sol. If uranium oxide is used as breeding material, it is preferable to move the balls Rait a stream of inert gas, which prevents the oxidation of the uranium oxide to the hexavalent state. Any suitable Inert gases such as helium, argon, neon, nitrogen and the like can be used, with argon being preferred. In the laboratory

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- ίο -- ίο -

wercen die Mikrokugeln zweckmäßig durch Regulieren des Gasstromes in dem die Mikrokugeln umgebenden Bereich bewegt. Die Kugeln können jedoch auch auf andere mechanische Weise bewegt wercen wie beispielsweise durch Rühren, Schütteln und dergleichen. Die Kugeln müssen auf jeden Fall beim Imprägnieren bevregt werden, um eine gleichmäßige Imprägnierung der Kugeln mit der Lösung oder dem Sol der spaltbaren Komponente zu erzielen. Mit welcher Menge Iraprägnierungsmifctel die Mikrokugeln ™ imprägniert werden, hängt von der im Fertigprodukt gewünschten Konzentration an spaltbarem Material ab und wird zweckmäßig durch Einstellung der Lösungskonzentration reguliert. Gegebenenfalls kann auch eine zweite Imprägnierung zum Einbringen von mehr Imprägnierungsmittel durchgeführt werden.The microspheres are conveniently made by regulating the gas flow moves in the area surrounding the microspheres. the However, balls can also be moved in other mechanical ways, for example by stirring, shaking and the like. In any case, the balls must be agitated during impregnation in order to ensure that the balls are evenly impregnated to achieve with the solution or the sol of the fissile component. With what amount of impregnation agent the microspheres ™ to be impregnated depends on the desired in the finished product Concentration of cleavable material and is expediently regulated by adjusting the solution concentration. If necessary, a second impregnation can also be applied to be carried out by more impregnating agents.

Bei Verwendung von Lösungen werden die Mikrokugeln normalerweise soweit imprägniert, daß sie gerade gbeginnen naß zu werden. Nach dem Imprägnieren werden die Mikrokugeln zweckmäßig zum ρ Entfernen von Wasser mit einem organischen Lösungsmittel wie beispielsweise Hexanol behandelt. Es können auch andere Lösungsmittel als Hexanol verwendet werden, deren Wahl von den zur Herstellung der Lösung des Spaltmaterials verwendeten Lösungsmitteln abhängt.When using solutions, the microspheres are usually impregnated to the point where they just begin to get wet. After impregnation, the microspheres are useful for removing water with an organic solvent such as Treated hexanol. Solvents other than hexanol can also be used, the choice of which depends on the Preparation of the solution of the fissile material depends on the solvents used.

Nachdem die Mikrokugeln von überschüssigem Wasser befreitAfter the microspheres are freed of excess water

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- li -- li -

sind, wird das Spaltmaterial zweckmäßig als Hydroxyd in den Hohlräumen der Mikrokugeln ausgefällt. Die spaltbare Komponente kann natürlich auch als Carbonat, Oxalat und dergleichen ausgefällt werden. Als Base werden Verbindungen bevorzugt, welche keinen verunreinigenden Rückstand auf dem imprägnierten Produkt zurücklassen, wie beispielsweise gasförmiges oder flüssiges Ammoniak. Im allgemeinen werden die Mikrokugeln zum Ausfällen in einer wässrigen Ammoniaklösung auf geschlämmt.. Vorzugsweise wird hierzu konzentriertes wässriges Ammoniak verwendet, jedoch können ganz allgemein Ammonlakkonzentrationen zwischen 5 und 30 Gew.$ angewendet werden. Das Ausfällen kann jedoch auch mit gasförmigem HH-z erfolgen. Im allgemeinen ist die Ausfällung in etwa 10 Minuten beendet. Je nach Arbeitsweise und Anlage können jedoch auch kürzere oder längere Zeiten erforderlich sein.are, the gap material is expediently precipitated as hydroxide in the cavities of the microspheres. The cleavable component can of course also be precipitated as a carbonate, oxalate and the like. Compounds which do not leave any contaminating residue on the impregnated product, such as, for example, gaseous or liquid ammonia, are preferred as the base. In general, the microspheres are suspended in an aqueous ammonia solution for precipitation. Preferably, concentrated aqueous ammonia is used for this purpose, but ammonia concentrations between 5 and 30 % by weight can generally be used. However, the precipitation can also take place with gaseous HH-z. In general, the precipitation is complete in about 10 minutes. However, shorter or longer times may also be required depending on the method of operation and the system.

Wenn die Mikrokugeln also mit einer wässrigen Lösung eines Salzes des spaltbaren Elements imprägniert werden, entfernt man da» überschüssige Wasser mit einem entwässernden Lösungsmittel und verwendet dann Ammoniak als Fällungsmittel.Thus, when the microspheres are impregnated with an aqueous solution of a salt of the fissile element, they are removed excess water with a dehydrating solvent and then uses ammonia as a precipitant.

Zur Entfernung von überschüssigem Ammoniak, Anionen, Hexanol oder sonstigen Lösungsmittel werden die Mikrokugeln dann mit entionisiertem Wasser gewaschen. Im allgemeinen reichen etwa 250 ml entionisiertes Wasser je g Mikrokugel aus, um alle Verunreinigungen zu entfernen. Anschließend werden die Mikro-To remove excess ammonia, anions, hexanol or Other solvents, the microspheres are then washed with deionized water. Generally about 250 ml of deionized water per g of microsphere to remove all To remove impurities. Then the micro

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- 12 kugeln unter Vakuum getrocknet.- 12 balls dried under vacuum.

Die letzte Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Sintern. Hierzu werden die Mikrokugeln vorzugsweise etwa 0,5 bis 7 Stunden lang in einer Wasserstoff-Stickstoff-Atmosphäre bei 300 bis 7000C erhitzt und anschließend noch 0,5 bis 6 Stunden bei 10000C bis l800°C gesintert.The last stage of the process according to the invention is sintering. For this purpose, the microspheres are preferably about 0.5 to 7 hours in a hydrogen-nitrogen atmosphere and heated at 300 to 700 0 C then sintered to 6 hours at 1000 0 C to l800 ° C for a further 0.5.

Die Matrixteilchen können natürlich auch durch Sieben oder sonstige Verfahren nach Größen getrennt werden und nur die Teilchen eines bestimmten Größenbereiches mit den Spaltstoffen imprägniert werden. Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens geht man von einem aus Mikrokugeln verschiedenster Größe bestehenden Gel aus, trennt von diesenverschieden großen Teilchen die Teilchen eines bestimmten Größenbereiches ab und unterwirft nur die Teilchen dieses Größenbereiches der Imprägnierungsstufe des Verfahrens.The matrix particles can of course also by sieving or other processes are separated according to size and only the particles of a certain size range are impregnated with the fissile materials will. According to one embodiment of the method according to the invention, one starts from a very wide variety of microspheres Size, separates the particles of a certain size range from these differently sized particles off and subjects only the particles of this size range to the impregnation step of the process.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, ist jedoch nicht auf dieselben beschränkt« Da spaltbare Stoffe sehr umständlich gehandhabt werden müssen und nicht für allgemeine Laboratoriumsversuche erhältlich sind, wurden Uranoxyd-Mikrokugeln mit Cerdioxyd und Thoriumoxyd imprägniert. Thoriumoxyd wurde als analoge Verbindung für Plutoniumoxyd gewählt,The invention is illustrated in more detail by the following examples, but is not restricted to the same. As fissile materials uranium oxide microspheres became very cumbersome to handle and are not available for general laboratory experiments impregnated with cerium dioxide and thorium oxide. Thorium oxide was chosen as an analogous compound for plutonium oxide,

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da es eine ähnliche Kristallstruktur hat. Cerdioxyd wurde als analoge Verbindung für das chemische Verhalten von Plutoniumoxyd in nassem Zustand gewählt.as it has a similar crystal structure. Cerium dioxide was used as a analogous compound chosen for the chemical behavior of plutonium oxide in the wet state.

Bei s P1IeI1 m1At s P 1 IeI 1 m 1

In diesem Beispiel wurden die Üranoxyd-Mikrokugeln mit einer Thoriumnitratlösung imprägniert. Die Uranoxyd-JÜkrokugeln wurden nach dem in der USA-Patentschrift 3 331 785 beschriebenen Verfahren hergestellt und dann einer Vorbehandlung unterworfen, bei welcher sie 3 Stunden lang in einer Wasserstoffatmosphäre auf 500°C erhitzt wurden.Durch diese Behandlung wurde das sechswertige Uranoxyd in das vierwertige Uranoxyd überführt.In this example, the uranium oxide microspheres were made with a Impregnated thorium nitrate solution. The uranium oxide JÜkrokugeln were as described in U.S. Patent 3,331,785 Process manufactured and then subjected to a pretreatment, in which she was in a hydrogen atmosphere for 3 hours were heated to 500 ° C. By this treatment, the hexavalent uranium oxide converted into tetravalent uranium oxide.

Zur Herstellung der Imprägnierungslösung wurden 20 g Thoriumnitrat in 15 ml Wasser gelöst. Diese Lösung wurde tropfenweise zu den UOp-MLkrokugeln gegeben. Die Imprägnierung wurde in einem Handschuhkasten in einer Argonatmosphäre durchgeführt. % Während der Zugabe des Imprägnierungsmittels wurden die Mikrokugeln gerührt. Es waren insgesamt etwa 12,9 ml Lösung erforderlich, um die 20,2 g Üranoxyd-Mikrokugeln so weit zu imprägnieren, daß sie gerade eben naß waren. Anschließend wurde die Probe mit 2,5 ml 1:5-Ammoniumhydroxyd behandelt. Das Ammoniak wurde durch vorsichtiges Dekantieren entfernt. Im Ammoniakfiltrat wurde kein Niederschlag festgestellt. Die Kugeln waren danach unbe-To prepare the impregnation solution, 20 g of thorium nitrate were dissolved in 15 ml of water. This solution was added dropwise to the UOp-ML microspheres. The impregnation was carried out in a glove box in an argon atmosphere. % While adding the impregnant, the microspheres were stirred. A total of about 12.9 ml of solution was required to impregnate the 20.2 g of uranium oxide microspheres to the point where they were just wet. The sample was then treated with 2.5 ml of 1: 5 ammonium hydroxide. The ammonia was removed by careful decantation. No precipitate was found in the ammonia filtrate. The balls were then unaffected

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schädigt und wiesen keinen Niederschlag auf ihren Außenflächen auf. Äußerlich sahen die Kugeln genau so aus wie vor dem Imprägnieren. damaged and showed no precipitation on their external surfaces. Outwardly, the balls looked exactly the same as before the impregnation.

Die Imprägnierten Kugeln wurden dann 4 Stunden lang unter einer Infrarotlampe getrocknet. Anschließend an dieses Trocknen wurde die Probe nach dem folgenden Plan unter Vakuum getrocknet:The impregnated balls were then under a for 4 hours Dried infrared lamp. Subsequent to this drying, the sample was dried under vacuum according to the following schedule:

30 Minuten bei 4o°C
60 Minuten bei 60°C
90 Minuten bei 8o°C
90 Minuten bei 1000C
90 Minuten bei 1200C
30 minutes at 40 ° C
60 minutes at 60 ° C
90 minutes at 80 ° C
90 minutes at 100 ° C
90 minutes at 120 0 C.

Anschließend wurden die Mikrokugelnkura Abkühlen 8 Stunden bei Raumtemperatur unter Vakuum gehalten und dann das Vakuum mit Stickstoff aufgehoben. Danach waren die Kugeln unbeschädigt. Die getrockneten Mikrokugeln wurden durch die folgende Behandlung gesintert: Zunächst wurde die Temperatur innerhalb einer Stunde auf 350°C erhöht, dann innerhalb von 2 Stunden von 350 auf 5000C gebracht und 1 Stunde lang auf 500°C gehalten. Anschließend wurde die Temperatur innerhalb von 90 Minuten auf l400°C erhöht und 90 Minuten lang auf dieser Höhe gehalten und dann schnell abgekühlt. Der gesamte Sintervorgang wurde in einer Wasserstoffatmosphäre durchgeführt. Es hatte sich kein Schlamm zwischen den Teilchen gebildet und die Oberflächen der Mikrokugeln wiesen keine kleinen Kristallteilchen auf. Die Probe wurde durch Fällen des Oxalate auf ihren Thorlumgehalt unter«The microspheres were then kept under vacuum for 8 hours at room temperature and then the vacuum was released with nitrogen. After that, the bullets were undamaged. The dried microspheres were sintered by the following treatment: First, the temperature was raised within one hour to 350 ° C, then brought within 2 hours from 350 to 500 0 C and held for 1 hour at 500 ° C. The temperature was then increased to 1400 ° C. over the course of 90 minutes and held at this level for 90 minutes and then cooled rapidly. The entire sintering process was carried out in a hydrogen atmosphere. No sludge was formed between the particles, and the surfaces of the microspheres did not have small crystal particles. The sample was checked for thorlum content below "

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sucht; sie enthielt 10,51 Gew.j6 Thorium. Außerdem wurde die Probe einer Röntgenanalyse unterworfen, bei welcher sie ein Einphasendlagramm zeigte. Die Röntgeribeugungslinien waren scharf, was die vollständige Bildung einer festen Lösung anzeigte. Die Elementarzellenkonstante aQ wurde zu 5,4851 8 berechnet. Der Gewichtsprozentwert für eine feste Lösung, der sich durch Näherungsrechnung aus dieser Elementarzelle ergibt, entspricht 15 Gew.£ ThO2. I seeks; it contained 10.51% by weight of thorium. In addition, the sample was subjected to X-ray analysis, in which it showed a single-phase diagram. The X-ray diffraction lines were sharp, indicating the complete formation of a solid solution. The unit cell constant a Q was calculated to be 5.4851 8. The weight percentage value for a solid solution, which results from an approximate calculation from this unit cell, corresponds to 15 wt. £ ThO 2 . I.

Bei einer metallographischen Untersuchung zeigten die Mikrokugeln einen gleichmäßigen feinkörnigen Querschnitt.Upon metallographic examination, the microspheres showed a uniform fine-grained cross-section.

Eine weitere Probe der Mikrokugeln wurde .in ein Spezialharz eingebettet, zur Freilegung der Kugelquerschnitt abgeschliffen, poliert und mit einer Elektronenmikrosonde untersucht. Die Kontrollelemente des Mikrosondengerätes wurden auf ihre höchste Empfindlichkeit für Thorium eingestellt. Es wurden die Quer- ^ schnitte verschiedener Mikrokugeln abgetastet; dabei wurde gefunden, daß die Thorlumverteilung in den einzelnen Kugeln und von einer Kugel zur anderen gleichmäßig war.Another sample of the microspheres was placed in a special resin embedded, ground to reveal the spherical cross-section, polished and examined with an electron microprobe. The control elements of the microprobe device were at their highest Thorium sensitivity set. There were the transverse ^ scanned sections of various microspheres; it was found that the redistribution of the thorax in the individual spheres and was even from one ball to another.

Die Dichte der Mikrokugeln wurde nach der Quecksilberverdrängungs-Methode bestimmt und betrug 10,64 g/cnr.The density of the microspheres was determined by the mercury displacement method determined and was 10.64 g / cnr.

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In diesem Beispiel wurden Uranoxyd-Mikrokugeln mit Cerdioxyd imprägniert.In this example, uranium oxide microspheres were made with ceria impregnated.

Die zum Imprägnieren verwendeten Uranoxyd-Mikrokugeln wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt und zur Reduktion des Uranojqrds zum stöchiometrischen UO2 in einer Wasserstoffatmosphäre vorbehandelt. Daneben wurde eine Lösung von 20 g Gernitrat in 15 ml Wasser hergestellt. Mit dieser Lösung wurden die Mlkrokugeln dann so weit imprägniert, daß sie eben naß waren. Die Imprägnierung wurde mit der gleichen Einrichtung und nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 durchgeführt. Danach wurde die Probe mit 3,5 ml mit Wasser im Verhältnis von 1:5 verdünntem konzentrierten Ammoniumhydroxyd behandelt. Das Ammoniak wurde durch Dekantieren entfernt. Im Ammoniakflltrat wurde kein Niederschlag festgestellt. Die imprägnierten Mikrokugeln wurden 5 Stunden lang unter einer Infrarotlampe getrocknet und dann δ Stunden lang gewaschen. Nach dem Waschen wurde die Probe wie in Beispiel 1 unter Vakuum getrocknet. The uranium oxide microspheres used for impregnation were produced in the same manner as in Example 1 and pretreated in a hydrogen atmosphere to reduce the uranium oxide to the stoichiometric UO 2. In addition, a solution of 20 g of cereal nitrate in 15 ml of water was prepared. The microbeads were then impregnated with this solution to such an extent that they were just wet. The impregnation was carried out with the same equipment and procedure as in Example 1. The sample was then treated with 3.5 ml of concentrated ammonium hydroxide diluted with water in a ratio of 1: 5. The ammonia was removed by decantation. No precipitate was found in the ammonia filtrate. The impregnated microspheres were dried under an infrared lamp for 5 hours and then washed for δ hours. After washing, the sample was dried under vacuum as in Example 1.

Die getrockneten MikVokugeln wurden dann nach dem folgenden Plan gesintert: Zunächst wurde die Temperatur in einer Wasserstoffatmosphäre innerhalb von 4 1/4 Stunden langsam auf 10000C er- The dried MikVokugeln were then sintered according to the following schedule: First, the temperature was published in a hydrogen atmosphere within 4 1/4 hours slowly to 1000 0 C

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- it -- it -

erhöht, dann im Verlaufe von 1 Stunde auf 14OO°C gebracht und 1 V^ Stunden lang zwischen 1400 und 1485°C gehalten. Danach wurde das Produkt unter Wasserstoff abgekühlt. Es /hatte sich kein Schlamm zwischen den Teilchen angesammelt und auf den Oberflächen der Mikrokugeln hatten sich keine Kristallteilchen gebildet. Das Produkt hatte eine Dichte von 10,T g/cnr, Eine Cer-Analyse zeigte einen Ce Og-Gehalt von 1,9 Gew.^. Es iincreased, then brought to 14OO ° C in the course of 1 hour and Maintained between 1400 and 1485 ° C for 1 1/2 hours. Thereafter the product was cooled under hydrogen. It / had no sludge was accumulated between the particles and no crystal particles had settled on the surfaces of the microspheres educated. The product had a density of 10. T g / cnr, one Cer analysis showed a Ce Og content of 1.9 wt. It I

wurde wie in Beispiel 1 eine metallographische Untersuchung durchgeführt, welche zeigte, daß die Mikrokugeln einen gleichmäßigen feinkörnigen Querschnitt hatten· Die Mikrokugeln wurden außerdem einer Röntgenanalyse unterworfen. Aus der Berechnung derElementarzelle ging hervor, daß eine vollständige feste Lösung erhalten war. Die Breite der Rontgenlinien zeigte ein einphasiges Produkt an. Es wurde eine Probe der Mikrokugeln wie in Beispiel 1 zur Untersuchung mit einer Elektronenmikrosonde angefertigt, welche eine homogene und gleichmäßige Verteilung :ti des Cergehaltes in den einzelnen Kugeln und von einer Kugel zur anderen zeigte.A metallographic examination was carried out as in Example 1, which showed that the microspheres had a uniform fine-grained cross section. The microspheres were also subjected to X-ray analysis. From the calculation of the unit cell, it was found that a complete solid solution was obtained. The width of the X-ray lines indicated a single phase product. A sample of the microspheres was made as in Example 1 for examination with an electron microprobe, which showed a homogeneous and uniform distribution: ti of the cerium content in the individual spheres and from one sphere to the other.

Beispiel 3Example 3

In diesem Beispiel wird die Herstellung von mit Thoriumoxyd imprägnierten UOg-Kugeln unter Anwendung einer verbesserten Waschteohnik beschrieben.This example shows the manufacture of Thorium Oxide impregnated UOg balls using an improved Waschteohnik described.

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Es wurde nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 und gearbeitet. Als Imprägnierungsmittel für das Uranoxyd wurde eine wässrige Lösung von 20 g Thoriumnitrat in 15 ml Wasser verwendet. Die Mikrokugeln wurden so weit imprägniert P daß sie eben naß waren. Anschließend wurden sie zur Entfernung des Wassers in trockenes Hexanol getaucht. Das Hexanol wurde vorsichtig unter Vakuum abfiltriert, so daß die Imprägnierten Hikrokugeln nicht beschädigt wurden. Dann wurden die Mikrokugeln mit honzentriertem Ammoniumhydroxyd behandelt, danach entwässert und anschließend 8 Stunden lang mit Wasser gewaschen. Die gewaschene Probe wurde wie in Beispiel 1 und 2 unter Vakuum getrocknet. Anschließend wurde sie nach dem folgenden Schema unter Wasserstoff gesintert: Die Temperatur wurde innerhalb von j50 Minuten langsam auf 10000C erhöht und dann 2 Stunden lang auf 1400 bis 1485°C gehalten. Das Produkt wurde unter Wasserstoff abgekühlt.The same procedure as in Example 1 was followed. An aqueous solution of 20 g of thorium nitrate in 15 ml of water was used as the impregnating agent for the uranium oxide. The microspheres were so far impregnated P that they were just wet. They were then immersed in dry hexanol to remove the water. The hexanol was carefully filtered off under vacuum so that the impregnated microspheres were not damaged. The microspheres were then treated with honey-centered ammonium hydroxide, then drained and then washed with water for 8 hours. The washed sample was dried under vacuum as in Examples 1 and 2. Subsequently, it was sintered in hydrogen according to the following scheme: The temperature was raised slowly within J50 minutes at 1000 0 C and then maintained for 2 hours at 1400-1485 ° C. The product was cooled under hydrogen.

Eine Thoriumanalyse zeigte, daß das Produkt 4,52 Gew.J^ Thorium enthielt. Die Dichte des Produktes betrug 10,73.Thorium analysis showed that the product was 4.52% by weight of thorium contained. The density of the product was 10.73.

Beispiel 4Example 4

Nachdem das Verfahren zum Imprägnieren von Mikrokugeln mit einem spaltbaren Material unter Verwendung der Thoriuraoxyd- und Ceroxyd-Analogen ausgearbeitet worden war, wurden Uranoxyd-After the process of impregnating microspheres with a fissile material using the Thoriuraoxyd- and ceria analogs had been worked out, uranium oxide

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toiicrokugeln rait Plutoniumoxyd imprägniert.toiicrokugeln rait plutonium oxide impregnated.

Eine geeignete Gruppe von reinen porösen UOg-Mlkrokugeln (Ig) wurde in einem Handschuhkasten in einen Filtriertrichter mit Glasfritteneinsatζ gegeben. Diese UOg-Mikrokugeln bestanden aus ungesinterten Mikrokugeln, welche nach dem in der USA-Patentschrift 3 331 785 beschriebenen Verfahren hergestellt worden « waren. Die Mikrokugeln wurden zur Vorbehandlung etwa 5 Stunden lang in einer Wasserstoffatmosphäre auf 50O0C erhitzt. Daneben wurde eine etwa 6-molare Plutoniumgrundlösung in Salpetersäure hergestellt, welche etwa 60 g Plutonium je Liter enthielt. Zur Herstellung der Imprägnierungslösung wurden 2,2 ml dieser Grundlösung mit 4,4 ml entionisiertem Wasser verdünnt. Diese Imprägnierungslösung wurde tropfenweise zu den UOp-Mikrokugeln gegeben. Die Zugabe wurde in einem Handschuhkasten in einer Luftatmosphäre durchgeführt. Während der Zugabe wurden die Mikrokugeln mit einem durch den Trichter geleiteten Argonstrom ununterbrochen * bewegt. Um die Kugeln bis zum beginnenden Naßwerden zu imprägnieren, waren insgesamt etwa 0,40 ml Imprägnierungslösung erforderlich. A suitable group of pure porous UOg microspheres (Ig) was placed in a glove box in a filter funnel with a glass frit insert. These UOg microspheres consisted of unsintered microspheres which had been produced according to the process described in US Pat. No. 3,331,785. For pretreatment, the microspheres were heated to 50O 0 C for about 5 hours in a hydrogen atmosphere. In addition, an approximately 6 molar plutonium base solution was prepared in nitric acid, which contained approximately 60 g plutonium per liter. To prepare the impregnation solution, 2.2 ml of this basic solution were diluted with 4.4 ml of deionized water. This impregnation solution was added dropwise to the UOp microspheres. The addition was carried out in a glove box in an air atmosphere. During the addition, the microspheres were continuously agitated with a stream of argon passed through the funnel. In order to impregnate the balls until they began to wet, a total of about 0.40 ml of impregnation solution was required.

Anschließend wurden die Kugeln mit etwa JO ml trockenem Hexanol gewaschen» um das Wasser zu entfernen. Das Hexanol wurde durch Filtrieren unter Vakuum entfernt. Die gesamte Behandlung wurde sehr vorsichtig durchgeführt, um die imprägnierten Mikrokugeln nicht zu beschädigen. The balls were then mixed with about JO ml of dry hexanol washed »to remove the water. The hexanol was removed by filtration under vacuum. The whole treatment was carried out very carefully so as not to damage the impregnated microspheres.

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Die Probe wurde dann mit etwa 90 ml konzentriertem wässrigen Ammoniak behandelt. Die Behandlungszeit betrug 15 Minuten. Dann wurde das Ammoniak sehr vorsichtig unter Vakuum abfiltriert. Im Ammonlakfiltrat wurde kein Niederschlag festgestellt. Die Kugeln waren danach unbeschädigt und zeigten keine Niederschlag· ge auf ihrer Oberfläche. Die imprägnierten Mikrokugeln wurden dann mit 500 ml entionisiertem Wasser 4 Stunden lang gewaschen, wobei keine physikalische Veränderung der Mikrokugeln beobachtet wurde.The sample was then treated with about 90 ml of concentrated aqueous ammonia. The treatment time was 15 minutes. then the ammonia was very carefully filtered off under vacuum. No precipitate was found in the ammonium filtrate. the The balls were then undamaged and showed no precipitation ge on their surface. The impregnated microspheres were then washed with 500 ml of deionized water for 4 hours, no physical change in the microspheres was observed.

Nach dem Waschen wurde die Probe nach dem folgenden Plan unter Vakuum getrocknet:After washing, the sample was vacuum dried according to the following schedule:

30 Minuten bei 40°C30 minutes at 40 ° C

6o Minuten bei 6o°C60 minutes at 60 ° C

90 Minuten bei 80°C90 minutes at 80 ° C

90 Minuten bei 1200C90 minutes at 120 0 C.

Danach wurden die Mikrokugeln 8 Stunden lang unter Vakuum auf Raumtemperatur abgekühlt, worauf das Vakuum mit Stickstoff aufgehoben wurde. Die Kugeln waren äußerlich unverändert.The microspheres were then cooled to room temperature under vacuum for 8 hours, followed by the vacuum with nitrogen was repealed. The spheres were outwardly unchanged.

Die Mikrokugeln wurden dann zum Sintern in eine Molybdänschale gegeben. Das Sintern wurde in einer Atmosphäre von 50 Volumteilen Wasserstoff und 50 Volumteilen Stickstoff in einem Horizontalofen mit den folgenden Zonen durchgeführt: eineThe microspheres were then placed in a molybdenum shell for sintering given. The sintering was carried out in an atmosphere of 50 parts by volume of hydrogen and 50 parts by volume of nitrogen in one Horizontal furnace carried out with the following zones: one

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600°C-Zone von etwa 6ö cm Länge, eine Zwischenzone von etwa 75 cm Länge und eine l677°OZone von etwa 120 cm Länge. Die Schale wurde mit einer Geschwindigkeit von 22 cm je Stunde durch den Ofen geführt» Insgesamt brauchte die Molybdänschale mit den Mikrokugeln zum Durchlaufen des Ofens 24 Stunden. In der 16770G-Zone verweilten die Kugeln insgesamt etwa 5 bis 6 Stunden. Es wurden Mikrokugeln von guter Kugelgestalt ohne Schlamm zwischen den Teilchen und ohne Kristallteilchen auf den Oberflächen der Mikrokugeln erhalten.600 ° C zone about 60 cm long, an intermediate zone about 75 cm long and a 1677 ° O zone about 120 cm long. The bowl was passed through the furnace at a speed of 22 cm per hour. In total, the molybdenum bowl with the microspheres took 24 hours to pass through the furnace. The balls stayed in the 1677 0 G zone for a total of about 5 to 6 hours. Microspheres of good spherical shape with no sludge between the particles and no crystal particles on the surfaces of the microspheres were obtained.

Die Dichte des Produktes wurde mit einem Xyloi-Pyknometer bestimmt und betrug 10,43 g/enr. Zur Untersuchung auf ihren Plutoniumgehalt wurden die Mikrokugeln in einer Mischung von Salpetersäure und Salzsäure gelöst und die Lösung in einer Säule lonenaustauscherharz adsorbiert. Das Plutonium wurde aus der Säule eluiert und durch Titration bestimmt. Danach enthielten die Mikrokugeln 1,2 Gew.Ji Plutonium berechnet als Metall oder 1,36 Gew.$6 Plutonium berechnet alsThe density of the product was determined with a xyloi pycnometer and was 10.43 g / enr. To investigate on theirs Plutonium content, the microspheres were dissolved in a mixture of nitric acid and hydrochloric acid and the solution in a Column ion exchange resin adsorbed. The plutonium was out eluted from the column and determined by titration. Thereafter included the microspheres 1.2% by weight of plutonium calculated as metal or 1.36 wt. $ 6 plutonium calculated as

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Claims (1)

W.R. Grace St Co. ** (US 67O 452 - prio 25.9.1967 New York, N.Y./V.St.A. A 12214 - 5636)WR Grace St Co. ** (US 67O 452 - prio 25.9.1967 New York, NY / V.St.A. A 12214 - 5636) Hamburg, 6. August 1968Hamburg, August 6, 1968 Pat entansprüche Patent claims 1. Verfahren zur Herstellung eines Kernbrennstoffes aus Oxyden $ von mindestens zwei Metallen der Aktinidengruppe, dadurch gekennzeichnet, daß man Mikrokugeln aus einem nuklearen Brutstoff mit einem spaltbaren Material in flüssiger oder gasförmiger Phase zusammenbringt und die Mikrokugeln mit dem spaltbaren Material imprägniert und dann das spaltbare Material in eine unlösliche Form überführt.1. A method for manufacturing a nuclear fuel of oxides $ of at least two metals of the actinide, characterized in that microspheres bringing together of a nuclear breeder material with a fissile material in liquid or gaseous phase and impregnating the microspheres with the fissionable material, and then the fissile material converted into an insoluble form. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das spaltbare Material als wässrige Lösung eines seiner2. The method according to claim 1, characterized in that one the fissile material as an aqueous solution of one of its * Salze verwendet, das überschüssige Wasser nach dem Imprägnieren entfernt und das spaltbare Material dann aus der Lösung ausfällt.* Salts used to remove the excess water after impregnation removed and the fissile material then precipitates out of solution. 2· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das überschüssige Wasser mit einem entwässernden Lösungsmittel entfernt und dann Ammoniak als Fällungsmittel verwendet. 2 · The method according to claim 2, characterized in that the excess water with a dehydrating solvent removed and then ammonia used as a precipitant. 109887/1520109887/1520 BAD ORIGINALBATH ORIGINAL - tr - ■ ' ■ -' ■·- tr - ■ '■ -' ■ · χιχι K. Verfahren nach Anspruch I1, dadurch gekennzeichnet» daß man das spaltbare Material als Soljseines Hydroxyds verwendet und dann in die unlösliche Oxydform überführt. K. Process according to Claim I 1 , characterized in that the cleavable material is used as the solvent for its hydroxide and then converted into the insoluble oxide form. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet» daß man die Mlkrokugeln nach dem überführen des spaltbaren Materials in die unlösliche Form trocknet und kalziniert. I 5. Process according to claims 1 to 4, characterized in that » that the Mlkrokugeln after transferring the fissile Material in the insoluble form dries and calcines. I. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet» daß man in einer Vorstufe ein Kolloid eines nuklearen Brutstoffes herstellt und das Kolloid zu einem QeI in Mikrokugelform trocknet.6. Process according to claims 1 to 5 * characterized in that » that in a preliminary stage a colloid of a nuclear breeding material is produced and the colloid becomes a QeI in the form of a microsphere dries. 7. Verfahren nach Anspruch 6» dadurch gekennzeichnet» daß man den kolloidalen Brutstoff zum Trocknen in Tropfenform durch ein entwässerndes organisches Lösungsmittel führt und sie r im wesentlichen im Gel zustand als sphäroide Teilchen aus diesem abzieht.7. The method according to claim 6 »characterized» that one the colloidal breeding material to dry in the form of drops a dehydrating organic solvent leads and they r essentially in the gel state as spheroid particles withdraw from this. 8. Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet» daß man das Gel als Mikrokugeln verschiedener Teilchengröße abzieht» von diesen Mikrokugeln eines bestimmten Teilchengrößenbereiches abtrennt und nur die abgetrennten Teilchen der Imprägnierungsstufe unterwirft. '8. The method according to claims 6 and 7, characterized in that » that the gel can be seen as microspheres of various particle sizes withdraws »from these microspheres of a certain particle size range and only the separated particles are subjected to the impregnation step. ' 109887/1520109887/1520 9. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wässrige Lösung eines spaltbaren Materials verwendet und das Kolloid als wässriges Kolloid herstellt.9. The method according to claims 2 and 6, characterized in that that an aqueous solution of a fissile material is used and the colloid is produced as an aqueous colloid. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man den kolloidalen Brutstoff in Tropfenform durch ein trocknendes Lösungsmittel führt und im wesentlichen in Gelform als sphäroide Teilchen aus dem Lösungsmittel abzieht.10. The method according to claim 9, characterized in that the colloidal brood material in drop form by a drying Solvent leads and is removed from the solvent as spheroid particles essentially in gel form. 11. Verfahren nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß man als Brutstoff Thoriumoxyd und als spaltbares Material Uranium in flüssiger Phase verwendet.11. The method according to claims 9 and 10, characterized in that that thorium oxide is used as breeding material and uranium in the liquid phase is used as fissile material. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man das Uranium in sechswertiger Form mit dem QeI zusammenbringt. .12. The method according to claim 11, characterized in that the uranium is brought together in hexavalent form with the QeI. . 12· Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man als spaltbares Material
Uranylnitrat verwendet.
12 · The method according to claim 11, characterized in that the fissile material
Uranyl nitrate used.
als spaltbares Material in flüssiger Phase eine Lösung vonas a fissile material in the liquid phase, a solution of 109887/1520109887/1520 BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
DE19681771966 1967-09-25 1968-08-08 Process for the production of multi-component nuclear fuel Expired DE1771966C3 (en)

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