DE2008855A1

DE2008855A1 - Kernbrennstoff

Info

Publication number: DE2008855A1
Application number: DE19702008855
Authority: DE
Inventors: Alfred Jean Geel; Gilissen Robert E.M. Mol; Plipot (Belgien)
Original assignee: Centre d'Etude de !.'Energie Nucleaire, Brüssel
Priority date: 1969-02-25
Filing date: 1970-02-25
Publication date: 1970-09-03
Also published as: FR2032383B1; FR2032383A1; BE728885A

Description

Df. 0. Dittmann K. L. Schiff Dr. A, ν, Füner Dipl. Ing. J». ItHh!

f»*t»nunw»ite ·· DA-61S1

• München 90, Mariahlifplate 2*3, TtMen 414049

Beschreibung

zu der
Pat entanmöldung

Centre d^ffEtude de l^Energie

Nucl4aire

avenuo Eugene Plasky 144 B - 1040 - Bruxölles

betreffend

KERNBRENNSTOFF

(Priorität? Belgian - 25. 2*1969 - Nr* 728 885)

Die iSrfiurhing besieht sich auf ein Verfahren zax Herstellung ainea Oirnbrennstoffee» der seltene Erdmetalle oder Lanthanide enthält.

Di© Verwendung von verbrennbaren Giftstoffen in Kernreaktoren ist sehr verbreitet_n Diese Giftstoffe können entweder dem Kühlmittel des Reaktors oder, vorteilhafter, dem Brennstoff zugesetzt werden und dieser Zusatz erfolgt im allgemeinen inform einfacher Oxyde oder von Mischoxyden mit Uran, Plutonium oder Thorium, Die homogene Verteilung dieser verbrennbaren Giftstoffe im Brennstoff bietet j©doöi gewisse Schwierigkeiten, Es wurde bereits versucht* nach dem klassischen Herst el lungsprozess für Uranoxyd-rabl^tten einen Kernbrennstoff herzustellen,, der einen verbrennbar«! Giftstoff in homo«jai; verteilter Form enthält. Leaser Giftstoff lag im allgemeinen'in ?orn?. eines Oxydes eine;; L ivfcha niden- oder seltenen Erdmetalls -'or Ss hat sich geneigt,

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dass es auch bei Verwendung eines sehr homogenen Gemisches der Bestandteile als Ausgangsmaterial äusserst schwierig ist, die Bildung von Agglomeraten zu vermeiden, welche die Homogenität der Dispersion beeinträchtigen. Diese Agglomeratbildung konnte durch die während des Sinterns der Tabletten auftretende Diffusion beseitigt werden, die.zur Bildung einer vollkommenen Dispersion beitragt; die Diffusionegeechwindigkeit ist jedoch in reduzierender Atmosphäre su gering, um ein gutes Ergebnis su gewährleisten.

Es wurde nun ein Verfahren gefunden, welohes ge» stattet, die Diffusionsgeschwindigkeit der Bestandteile einer Brennstofftablette während des Sinterns au erhohen.

Das erfindungsgemäese Verfahren zur Herstellung eines Kernbrennstoffes, der als verbrennbaren Giftstoff eine Verbindung eines Elements der Lanthanidengrtippe enthält., ist dadurch gekennzeichnet, dass man den Bestandteilen des Brennstoffes eine geringe Menge einer Verbindung des Titans, Aluminiums, Magnesiums, Zirkons, Niobs, Chroms, Vanadins, Kisens, Nickels oder Kupfers zusetzt.

Gegenstand der Erfindung ist ausserdem ein Kern« brennstoff,der als verbrennbaren Giftstoff eine Verbindung eines Elements der Lanthanidengruppe enthält und gekennzeichnet ist durch den zusätzlichen Gehalt einer geringen Menge einer Verbindung des Titans, Aluminiums, Magnesiums, Zirkon», Niobs, Chroms, Vanadins, Eisens, Nickels oder Kupfers.

Es ist klar, dass die zugesetzte Verbindung mit dem verwendeten Brennstoff (im allgemeinen Uranoxyd) sowohl während der Herstellung als auch während der Strahlung verträglich sein muss. Aus diesem Grund wird als Zusatzstoff vorzugsweise ein in Uranoxyd lösliches Oxyd gewählt, um die Erscheinung der Wanderung unter dem Einfluss des Temperaturgradienten

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einzuschränken. Wenn auch das Oxyd die bevorsugte Form darstellt, ist ersichtlich, dass der Zusatzstoff mit d©r gleichen Wirksamkeit in Form eines Salses„ das sich au dem Oxyd zersetzt νχιά gana allgemein in jeder geeigneten Fora eingesetzt werden kann_e

Der Anteil des Zusatzstoffes soll möglichst gering sain, wird jedoch durch die Herstellungsbedingungen beeinflusst« Dieser Anteil ist darüberhinaus von der Wirksamkeit der augesetzten Verbindung abhängig«, Is allgemeinen reicht ein Anteil von 0,1 Gewichtsprozent (beaogen auf das Gesamt» gasdicht) aus. Bsi bestimmten Qxydeii kann dieser Anteil jedoch geringer sein_e So wird beispielsweise bei Titanoxid mit einer Menge von 0,01 Gewichtsprozent der gewünschte Effekt erzieltο

Es ist ersichtlich, dass das erfindungsgemässe Verfahren mit Erfolg bei der Herstellung eines Brennstoffes in beliebiger Form angewendet werden kann und ebensogut zur Herstellung von Brennstofftabletten als zur Herstellung von zerkleinertem Brennstoff oder von Brennstoff in stückiger Form geeignet ist.

Die Erfindung wird nachstehend durch die Beispiele ausführlicher beschrieben. Die Ergebnisse werden durch die beiliegenden Figuren verdeutlicht, die Verteilungsdiagramme der verbrennbaren Giftstoffe darstellen., In diesen Figuren haben gleiche Bezugszeichen die gleiche Bedeutung.

Beispiel 1

Pulverförmiges Urandioxyd keramischer Qualität, 0,6 % pulverförmiges Dysprosiumsesquioxfd ί kleiner als 40 Mikron) und 0,1 % pulverförmig«« Aluainiumoxyd (kleiner ale I Mi krön) «erden 30 Minuten trocken renaischt. Die Masse wird an* schlicsscrd einer t&ssritjer. LSsaatgg su^ssischt, di« 0,5 %

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4 —

Polyäthylenglykol und 0,5 % Polyvinylalkohol enthalt. Die erhaltene Paste wird an der Luft bei 110° C getrocknet und der resultierende Kuchen mit Hilfe eines 0,4 mm-Siebee granuliert. Dieses Granulat wird zu Tabletten verpreest und ansohlieaeend eine Stunde bei 1700° C unter Wasserstoff gesintert« Auf diese Weise erhalt man Tabletten, deren Dichte fr6 1 der theoretischen Dichte beträgt.

In Figur 1 ist ein Diagramm 1 dargestellt, das mit Hilfe einer elektronischen Mikrosonde aufgenommen wurde und die Verteilung von Dysprosium in dem Brennstoff zeigt. Dieses an einer beliebigen Tablette aufgenommene Diagramm veranschaulicht klar die regelm&ssige und nahezu stetige Verteilung von Dysprosium in Uranoxyd. Die Bezugszeichen 2 und 3 bedeuten den Grenzwert der Detektion von Dysprosium bzw. die von der Sonde überstrichene Strecke. Der Doppelpfeil S entspricht 25 Mikron.

Figur 2 zeigt ein entsprechendes Diagramm, das an einer in gleicher Weise hergestellten Tablette aufgenommen wurde, die jedoch kein Aluminiumoxyd enthält. Das Diagramm der Figur 2 zeigt deutlich, dass in diesem Fall die Diffusion sehr begrenzt ist und dass das Dysprosium an gewissen Stellen konzentriert ist, n&mlich an den Stellen des anfanglichen Zusatzes von Dysprosiumsesguioxyd-Partikeln.

Beispiel 2

In einem V-Mischer worden Uranoxyd, 0,6 % Dyspro*- siumsesquioxyd und 0,01 % Titandioxyd 20 Minuten trocken vermischt·. Nach dem Vorpressen und Granulieren wird das Granulat mit 0,2 % Zinkbehenat vermischt und zu Tabletten verpresst. Nach einstündigem Sintern bot 1700° C unter Wasserstoff werden Brennstofftabletten aivu-lten, deren Dichte 95 % dar theoretischem Dichte betragt.

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BAD ORiGfHAL

Wie das in Figur 3 dargestellte Diagramm zeigt, ist das Dysprosium gut in die Matrix aus üranoxyd eindiffundiert und weist ein© praktisch homogene Verteilung auf„

Beispiel 3

Beispiel 2 wird wiederholt, wobei jedoch das Titandioxyd durch 0,1 % Titandiborat ersetzt wird. Ein mit einer elektronischen Sonde aufgenommenes, nicht dargestellt tes Diagramm zeigt das gleiche Ergebnis, wie es in Figur 3 dargestellt ist» Während der thermischen Behandlung zersetzt eich das Titandiborat in Gegenwart von Uranoxjpd unter Bildung eines flüchtigen Boroxyds, das Terdampft, und eines Titanoxyds, welches die Diffusion von Dysprosium in das UO«" Gitter begünstigt»

Es ist ersichtlich, dass dieses Verfahren modifiziert werden kann, ohne dass der Erfindungsgedanke verlassen wird.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

'Ij Kernbrennstoff, enthaltend als verbrennbaren Giftstoff eine Verbindung eines Elementes der Lanthanidengruppe, gekennzeichnet durch den zusatzlichen Gehalt einer geringen Menge einer Verbindung des Titans, Aluminiums, Magnesiums, Zirkons, Niobs, Chroms, Vanadins, Eisens, Nickels oder Kupfers.
2. Verfahren zur Herstellung eines Kernbrennstoffes, der als verbrennbaren Giftstoff eine Verbindung eines Elements der Lanthanidengruppe enthält, geioäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass man den Bestandteilen des Kernbrennstoffes eine geringe Menge einer Verbindung des Titans, Aluminiums, Magnesiums, Zirkons, Niobs, Chroms, Vanadins, Eisens, Nickels oder Kupfers zusetzt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass man den Bestandteilen des Kernbrennstoffes ein Oxyd zusetzt.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , dass man Titandioxyd zusetzt.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man den Bestandteilen des Kernbrennstoffes eine Verbindung zusetzt, dio sich zu einem Oxyd zersetzt.

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6» Verfahren nach Anspruch 2 bis S, dadurch gekennzeichnet, dass man die Bestandteile des Kernbrennstoffes alt dem Zusatzstoff vermischt, verformt und sintert.

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