DE2459445A1

DE2459445A1 - Verfahren zur herstellung von kugelfoermigen brenn- und brutstoffpartikeln

Info

Publication number: DE2459445A1
Application number: DE19742459445
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Chem Dr Huschka; Martin Dipl Chem Kadner
Original assignee: Hobeg Hochtemperaturreaktor Brennelement GmbH
Current assignee: Hobeg Hochtemperaturreaktor Brennelement GmbH
Priority date: 1974-12-16
Filing date: 1974-12-16
Publication date: 1976-07-08
Also published as: JPS6124675B2; DE2459445B2; GB1525950A; IT1051330B; FR2295534B1; FR2295534A1; US4060497A; JPS5185097A

Description

Hochtemperaturreaktor-Brennelement GmbH 6^50 Hanau 11

Verfahren zur Herstellung von kugelförmigen Brenn- und Brutstoffpartikeln

Di °- Erfindung .Lstrifft ein Verfahren zur Herstellung von uniformen, kugelförmigen Brenn- ur-.d/oder Brutstoffpartikeln mit hohem Durchsatz durch Vergiessen von Uran und/oder Thorium enthaltenden Lösungen aus einer in vibrationen versetzten Düse in ein aminoniakaiisches Fällbad mit anschliessendem Trocknen und Sintern der gebildeten und verfestigten Tropfen.-

Alle Brennelemente für Hochtemperaturreaktoren enthalten den Brenn- und Brutstoff in Form von beschichteten Partikeln. Diese beschichteten Partikeln bestehen aus uniformen, kugelförmigen Teilchen der Oxide oder Karbide von uran und/oder Thorium^ die zur Zurückhaltung der Spaltprodukte mit Schichten ?us pyrolytischem Kohlenstoff und Siliziumkarbid umhüllt sind. Zur Zeit sind im wesentlichen folgende Teilchensorten von Bedeutung; Uranoxid (UO₂), Uranearbid (UC₂)» Thoriumoxid (ThO₂) und Uran-Thoriumoxid-Mischkristall (U- Th)Og. Die Durchmesser der Teilchen liegen je nach Anforderung etwa zwischen 200 und 600 Ann, die Dichte soll so hoch wie möglich sein.

im weiteren Verlauf der Brennelementherjteilung werden diese Brenn- und Brutstoffkerne mit Schichten aus pyrolytischem Kohlenstoff und Siliziumkarbid versehen, die der Rückhaltung von Spaltprodukten beim ßeaktorbötrieb dienen. Dabei müssen von diesen Schichten die im Teilcheiiinneren auftretenden Spalt-

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gasdrücke, die durch Neutronenstrahlung gebildeten Spannungen und die Temperaturwechselspannungen aufgefangen werden. Das ist am besten möglich, wenn diese schichten exakte Kugelschalen sind. Aus diesem arunde werden an die Kugelform der Teilchen extreme Anforderungen gestellt; vor allem dürfen keine Spitzen, wie bei einem Tropfen, keine Einziehungen oder Abflachungen auftreten.

Zur Herstellung solcher Teilchen wurden sowohl Granulationsverfaiiren eingesetzt als auch sogenannte nasse Verfahren entwickelt« Den letzteren wird aus verschiedenen Gründen der Vorzug gegeben. Diesen nassen Verfahren zur Herstellung von Brenn- und Brutstoffpartikeln aus uran- und Thoriumoxid ist ein Grundgedanke gemeinsam. Es wird eine Lösung oder ein Sol hergestellt, die uran und/oder Thorium enthalten. Aus diesen Lösungen werden kugelförmige Tropfen gebildet, die unter Beibehaltung der Kugelform verfestigt werden müssen. Die Verfestigung erfolgt entweder durch Wasserentzug aus den Tropfen, wie beim Sol-Gel-Verfahren (US-PS 3 290 122), durch Reaktion von polymeren Lösungszusätzen mit einem alkalischen Medium (DT-PS 1 212 841) oder durch ammoniakalisehe Fällung im Tropfen (DT-AS 1 5^2 3^6). zur Tropfenbildung wurden bisher im wesentlichen zwei Wege eingeschlagen. Die einfachste Methode ist es, die Lösung aus einer Kapillare austreten und den Tropfen an der spitze der Kapillare abreissen zu lassen. Der Tropfen fällt in eine alkalische Lösung, in der die Verfestigung erfolgt (DT-AS 1 67I 051). Die Ausströmgeschwindigkeit der Lösung aus der Kapillaren und die Geschwindigkeit der Tropfenbildung ist bei dieser Methode allerdings sehr klein. Nach einer anderen Methode lässt man den Lösu'.gsatrahl aus einer Düse direkt in eine flüssige Phase eintreten, mit der keine Mischbarkeit der Lösung besteht und in der der Lösungsstrahl aufgrund der oberflächenspannung in einzelne Tropfen aufreisst. So tritt z.B. bei einem Sol-Gel-Verfahren die wässrige Lösunj in Äthyl-

*. 3 ■_ ■ 609828/03Ö.8 ...

hexanol (US-PS 3 290 122), bei einem anderen verfahren in paraffinöl ein (DT-AS 1 960 289). Doch auch bei dieser Methode kommt man aufgrund der schwer zu beherrschenden Strömungsverhältnisse von Flüssigkeit in Flüssigkeit nur zu einer kleinen Zahl von Tropfen bzw. Teilchen pro Zeiteinheit.

Durch die Zahl der Tropfen pro Zeiteinheit ist der Durchsatz für ein bestimmtes Verfahren gegeben, der für eine technische produktion aus Wirüschaftlichkeitsgründen möglichst gross sein muss. Nimmt man für die genannten Gi^ßniethoden die Zahl der Tropfen pro Sekunde etwa in der Grössenordnung von 10 an, dann kann man von (u, ThJOo-Teilchen mit einem mittleren Durchmesser von etwa 400 /Um und einem mittleren Teilchengewicht von etwa 0,3 mg pro Stunde und Düse etwa 11 g Partikeln herstellen. Bei Teilchen mit einem Durchmesser von ca. 200 /um kommt man nur zu einem Durchsatz von etwa 1,5 g Partikeln pro stunde und Düse. Ein Verfahren mit solch geringen Durchsätzen ist für eine Produktion nicht geeignet. Man hat daher versucht, durch Einsatz einer grossen Zahl von Düsen und durch verschiedene Düsenkonstruktionen den Durchsatz zu vergrössern, konnte aber durch Erhöhung der Störanfälligkeit und verringerung der Ausbeute wegen Verbreiterung des Partikelspektrums die Y/irtschaftlichkeit des Verfahrens kaum verbessern.

Der nach einem Gießverfahren mögliche Durchsatz wird durch folgende Gleichung beschrieben;

^CLsg

Q = K

in der Q die Durchflussmenge, Y*" die Zanl der pro Sekunde gebildeten Teilchen,j_ und d deren Dichte und Durchmesser und ^CLsg ^die Konzentration der Gießlösung an uran und Thorium bedeutet. ■ K ist eine Konstante.

60 98 2 B./0 30 8.. ·. .

Geht man von einer vorgegebenen Gießlösung und einem vorgegebenen Endprodukt aus, dann wird C_Tt3_, d f ebenfalls kon-

JLtSg P P

stant, und man sieht, dass bei einer Erhöhung des Durchsatzes mit steigendem Q auch Y''grosser werden muss. Diese Überlegung konnte bisher nicht realisiert werden, weil der aus einer Düse unter Druck austretende Strahl in der Gasphase (Luft oder inertgas) teils zersprühte, teils sich in ungleich grosse Tropfen aufteilte, die sich an der Oberfläche der zur Verfestigung vorgelegten alkalischen Lösung deformierten oder in Flocken umwandelten. Durch eine Verbesserung der Düsenformen und seilringsysteme konnte das Zersprühen des Strahles in der Gasphase verhindert und die Bildung einer grossen Zahl gleich grosser Tropfen pro Sekunde erreicht werden. Die Stabilisierung der exakten Kugelform war jedoch bisher eine Schwierigkeit, die den Einsatz der nassen Verfahren zur Herstellung von Brenn- und Brutstoffen für eine Produktion praktisch unmöglich inachte; denn die zunächst gebildeten Kugeln werden entweder beim weiteren freien Fall in der Gasatmosphäre oder beim Auftreffen auf die Oberfläche der alkalischen Lösung wieder deformiert. Versucht man, die Tropfen in einer Ainmoniakgasstrecke zu bilden und fallen zu lassen, so erhält man Schwierigkeiten durch Verstopfen der Düse, oder man erhält durch zu frühe Verfestigung keine exakten Kugelformen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Herstellung von uniformen, kugelförmigen Brenn- und/oder Brutstoffpartikeln aus Uran und/oder Thorium enthaltenden Lö- ^ sungen zu finden, bei dem ein hoher Durchsatz von mindestens 3 000 Tropfen pro Minute erreicht und die Deformierung der zunächst gebildeten exakt kugelförmigen Tropfen aus uran und/oder Thorium enthaltenden Lösungen sowohl beim Fall durch die Gasphase als auch beim Aufschlagen auf die Oberfläche der alkalischen Ammoniaklösung ausgeschlossen wird.

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Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die aus einer oder mehreren Düsen ausfliessenden Tropfen vor dem Eintauchen in-die Ammoniaklösung zuerst eine aiuinoniakgasfreie Fallstrecke durchlaufen, die so bemessen ist, dass die Tropfen in. ihr gerade ihre kugelförmige Gestalt angenommen haben und anschliessend eine von Aminoniakgas durchströmte Palistrecke durchlaufen, wobei das Ammoniakgas mittels eines oder mehrerer Einleitungsrohre so in diese Fallstrecke eingeleitet wird, dass neben einer der Tropfenfallrichtung entgegengesetzten Ammoniakgasströmung auch eine horizontale QuerstromuDg des Amcc-tiakgases durch die Tropfenzwischenräuiae gewährleistet ist und diese Fallstrecke so bemessen ist, dass die kugelförmigen Tropfen vor dem Eintauchen in die Ammoniaklösung ausreichend aushärten.

Entgegen der allgemeinen Erwartungen, dass bei den kurzen Verweilzeiten der Tropfen von weniger als 0,5 Sekunden, in der .. Ammoniakgasstreeke kein Einfluss auf die Tropfenform zu erwarten sei, wurde erfindungsgemäss gefunden, dass diese kurze Zeit in konzentriertem, gasförmigem Ammoniak genügt, um die Kugelform durch chemische Reaktion zu stabilisieren und eine Verformung der sphärischen Teilchen beim Auftreffen auf die Lösungsoberflache vollständig auszuschliessen. Dadurch können die nassen Verfahren zur Herstellung von Brenn- und Brutstoffpartikeln in verbindung mit Düsen und Schwingsystemen, die geeignet sind,'grosse Tropfenzahlen pro Sekunde zu erzeugen, für die Produktion dieser kugelförmigen Teilchen eingesetzt werden. Der Durchsatz pro Stunde und Düse kann von 1,5 g bei 200 /umpartikeln bzw. 11 g bei 400 /um-partikeln bei hohen Frequenzen von 1200 bzw. 200 Hertz beispielsweise auf 180. g bzw. 220 g gesteigert werden. Bei 500 /um-TbOg-Partikeln ist es sogar möglich, einen Durchsatz von 1 kg pro Stunde und Düse zu erreichen.

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um solche grosse Durchsätze zu erzielen, muss ein oszillierender Flüssigkeitsstrahl erzeugt werden, der aufgrund seiner harmonischen Schwingung in eine sehr grosse Zahl uniformer Tropfen pro Sekunde zerfällt. Diese diskreten Tropfen oszillieren beim Durchfallen der ammoniakgasfreien Fallstrecke (Luft oder intergas) noch Bruchteile von Sekunden, wie mittels Stroboskoplampe nachgewiesen werden kann, bis sie Kugelform annehmen. Wenn man diese Fallstrecke über diesen Punkt hinaus verlängert, wird der sphärische Tropfen durca die Einwirkung von Reibungswiderständen zum stromlinienförmigen Tropfen deformiert. Ein wesentlicher Bestandteil des erfindungsgemässen Verfahrens liegt daher darin, dass die fallenden Tropfen gerade in dem Zeitpunkt, in den sie ihre Kugelgestalt erreicht haben, durch Berührung mit Ammoniakgas fixiert werden, so dass eine Verformung nicht mehr möglich ist, und dass die λ-zeitere Fallstrecke im Amraoniakgas so gewählt wird, dass eine ausreichende verfestigung erzielt wird, die eine Deformation der sphärischen Teilchen beim Auftreffen auf die Oberfläche der Ammoniaklösung verhindert. Dieser kritische Punkt zwischen amiaoniakgasfreier und ammoniakgashaltiger Fallstrecke kann stroboskopisch bestimmt und eingeregelt werden.

Das blosse Einleiten von gasförmigem Ammoniak in eine NH₇ OH-Lösung zur Aufrecliterhaltuag der NEU-Konzentration in der Lösung (DT-AS 1 235 279) ist nicht geeignet, die Kugelform -von fallen-· den Tropfen mit einem Durchmesser von 0,5 bis 2,5 12m zu stabilisieren, weil auf diese v/eise nicht genügend Ammoniakgas zur Verfugung stehe« Es wurde vielmehr erfindungsgemäss gefunden, dass Jer Ammoniakgas-Gegenstrom so stark sein und so geführt werden muss, dass alle fallenden Teilchen ständig mit Ammoniakgas umspült werden. Da der Teilchenstrom Luft oder Inertgas mitrexsst, muss durch geeignete strönmngsbedingungen ständig frisches Ammoniakgas vorzugsweise zwischen die einzelnen Tropfen geführt werden,

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deren Abstand je nach Teilchenfolge höchstens wenige Millimeter beträgt. Da bei Erhöhung des Durchsatzes die Tropfenzahl pro Minute grosser und der Abstand zwischen den Tropfen dadurch kleiner wird, muss das Ammoniakgas so geführt werden, dass es in ausreichender Menge zwischen den einzelnen Tropfen zugegen ist.

Dazu ist es erforderlich, dass neben der aufsteigenden Ammoniak-.gasströmung entgegen der Tropfenfallrichtuug vor allem auch eine horizontale Querströmung durch die Tropfenzwischenräume gewährleistet wird. Diese Strömungen werden insbesondere durch Einblasen von Amnioniakgas in das Fallrohr mittels Düsen oder dünnen Einleitungsrohren erzeugt, die mit feinen Bohrungen von wenigen Millimetern Durchmesser versehen sind. Wichtig ist dabei, dass auch eine Radialströmung über die gesamte amnioniakgashaltige FaIl rohrlänge wirksam ist. Geeignete Ammoniakgasströmungen können auch mit Hilfe von Düsenkränzen odor ringförmig angeordneten, mit feinen Bohrungen versehenen Ilohren erzeugt werden.

Als vorteilhaft hat sich eine einfache Vorrichtung erwiesen, wie sie in der Abbildung schema tisch vorgestellt ist. Sie besteht aus eineia Fallrohr (4t), in dem eine Ammoniaklösung auf konstantem Niveau (5) gehalten wird, einem Aminoniakgaseinleitungsrohr (6), dessen Querschnitt gegenüber dem Fallrohr (4) sehr klein ist und einer Absaugvorrichtung (7) am Kopf des p/ Fallrohres (4). Der Ammoniakgasabsaugstutzen (7) liegt dem Amnioniakgaseinleitungsrohr (6) diametral gegenüber. Über dem Fallrohr (4) ist αic Düs-i (8) angeordnet, aus der die in Tropfen unizuwandelnde Flüssigkeit ausfliesst. Der oszillierende Flüssigkeitsstrahl zerfällt in der Luftfallstrecke (1) in Tropfen (9), welche la der Ammoniakgas-Fallstrecke (2) verfestigt und in der Ammoniaklösung (10) gesammelt werden. Das Ammoniakgas wird durch das Einleitungsrohr (6), das im Abstand (3) von der Ober-

-S-

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fläche der Ammoniaklösung endet, eingeleitet und am Kopf des Fallrohres (4) über einen Stutzen (7) abgesaugt. Der Abstand (3) wird vorzugsweise so kurz gehalten (etwa 50 bis 150 mm), dass das Amnioniakgas auf die Oberfläche der Ammoniaklösung bläst und eine leichte, kaum wahrnehmbare Wellenbewegung erzeugt,, die das Ammoniakgas diffus reflektiert. Es umströmt so die fallenden Tropfen allseitig sowohl von unten nach oben als auch quer zur Fallrichtung und härtet sie aus.

Die erforderliche Turbulenz dc:·* Quer strömung wird weiterhin verbessert, dass das Gaseinleitungsrohr (6) einen erheblich kleineren Durchmesser hat als da.s Fallrohr (4), in dem das Amnioniakgas aufwärts strömt. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der Gasötröinungsgeschvindigkeitcn im Einleitungsrohr (6) und Fallrohr (4) 100 : 1 bis 200 : 1.

Durch entsprechende wahl des Abstandes (1) werden die fallenden Tropfen zu dem Zeitpunkt, in dem sie die genaue Kugelgestalt angenommen haben, im Ammoniakgas abgefangen. Dieser Abstand kann stroboskopisch bestimmt und entsprechend eingestellt werden.

Der Abstand (2) im Fallrohr wird so gewählt, dass die kugelförmigen Teilchen ausreichend aushärten können und ihre Kugelgestalt beim Auftreffen auf die Oberfläche der Ammoniaklösung beibehalten. . . ■

Die dem Teilchenstrora entgegengerichtete Amnsoniakgasströmung im Fallrohr kann in weiten Grenzen variiert werden, jedoch muss sichergestellt sein, dass die Ammoniakgaskonzentration in der Umgebung der Tropfen zur Verfestigung ausreicht. Es

wurde gefunden, dass dafür je cm neu gebildeter Tropfenoberfläche pro Minute eine Anmoniakgasstromungsgeschwindigkeit im Fallrohr zwischen 0,05 und 2 ein/min erforderlich ist; die

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besten Resultate wurden bei 0,1 bis 1 cm/min erzielt. Der Abstand (1) beträgt je nach Tropfengrösse und -zahl 50 bis 150 mm. Der Abstand (2) hängt ebenfalls von der Tropfengrösse und -zahl, aber auch von der chemischen zusammensetzung der Giesslösung ab. Bei Verwendung von Lösungen, die.mit Ammoniak sehr schnell reagieren (z.B. über Ionenreaktionen), genügt ein Fallweg von etwa 150 bis 300 mm, bei Solen, Emulsionen oder Suspensionen kann dar Fallv^og wegen der verringerten Reaktionsgeschwindigkeit, z.B. über elektrische Umladung oder jji:\ fusion, auch einen bis mehrere Meter betragen.

Im Fallrohr (4) können auch mehrere Düsen (8) parallel nebeneinander angeordnet werden. Solange diese Düsen genügend -weit voneinander angeordnet sind (5 bis 10 mm), dass sich ihre Teilchenströme nicht gegenseitig beeinflussen, ist der angegebene Wert der Aflimoniakgasgesehv/incligkeit in Abhängigkeit von der gebildeten Troxjfenoberflache pro Minute unabhängig von der Anzahl der eingesetzten Düsen.

Als Giecslösuncen können bei dem erfindungsgemässen verfahren zur Partilcelherstellung in bekannter Weise echte Lösungen, Emulsionen oder sole verwendet werden. Falls karbidische Partikeln erzeugt werden sollen, müssen Russ oder andere feindisperse Kohlenstoffpulver in Suspension in der Giesslösung enthalten sein. Auch können der Giesslösung eine oder mehrere organische Substanzen zugemischt werden, die als Füller, Binder und Tropfen-Stabilisator dienen.

In den folgenden vier Beispielen ist die erfindungsgemässe Herstellung von drei Teilchensorten näher beschrieben·

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Beispiel 1:

ϊ 1 einer wässrigen Lösung, die 120 g Thorium als Thoriuninitrat und 40 g Polyvinylalkohol (PVA) enthielt, wurde durch eine Düse vom Durchmesser 1,2 mm gedruckt. Durch Einwirkung eines Oszillators auf die Flüssigkeit quer zur strömungsrichtung wandelte sich der auslaufende strahl infolge erzwungener harmonischer Schwingungen in der Luftfallstrecke (1) in diskrete, uniforme Tropfen um. Die Tropfen wurden, nachdem sie nach 120 mm Fallweg gen^ie Kugelform angenommen hatten, in der Fallstrecke (2) mit Aniinoniakgas abgefangen und nach weiteren 220 -Jim Fallweg in Ammoniaklösung als sphärische Teilchen gesammelt. Der Abstand (5) des Aniraoniakgaseinleitungsrohres zur Ammoniakoberflache betrug 100 iuei und das Verhältnis der Atiiraoniakgasströniungsgeschwindigkeiten im Elnleituiigsrohr (6) und Fallrohr (4) 100 : 1.

Der Durchfluss betrug 5318 cnr Giesslösung pro Minute, dabei wurden pro Minute 5 936 uniforme Tropfen mit einer Gesamt-

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oberfläche von 1 255 cm erzeugt. Die Ammoniakgasströuiungsgeschwiiidigkeit im Fallrohr (4) betrug 318 cm/min, entsprechend

0,25 cm/min pro 1 cm /min neu gebildeter Tropfenoberfläche.

Die sphärischen Teilchen wurden gewaschen, getrocknet und durch thermische Behandlung zu ThO^-Kügelchen gesintert. Aus der Thorium-Konzentration der Giesslösung, dem Durchfluss und der ' Teilchenzahl pro Minute berechnet sich der zu erwartende ThOp-Kerndurchüiesser bei 100 % theoretischer Dichte zu 616 Aim und das Gewicht pro Teilchen zu 1,223 mg. Die entsprechenden Messwerte stimmten mit den berechneten Werten gut überein:

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6 G 9 8 2 8 / 0 3 0 8

	2459445
gemessen	berechnet
53,8	-
120	-
5936	6000
99.	100
617	616
1,215	1,223

«τ

Eingestellte Durchflussmenge (cnr/min)
Th-Gehalt der Flüssigkeit (g/l)
Tropfenzahl/min
ThOg-Kerndichte (% th. Dichte)
Mittlerer ThOg-Kerndurchmesser (/um)
Mittleres ThOg-Kerngewicht (mg)

in Übereinstimmung mi,t diesen Messwerten ergab die Siebanalyse eine Ausbeute von 97,2 % im Bereich 595 - 630 /um bzw. von 99,1 <fo im Bereich 580 - 630 /urr·; der Rest bestand aus tiber- und Unterkorn.

Es wurde die Kuge.lform der Teilchen mikroskopisch untersucht und ermittelt, dass das Verhältnis von grösstem zu kleinstem Durchmesser bei 80 fo aller Teilchen kleiner als 1,05, bei den restlichen 20 % kleiner als 1,10 war*.

Beispiel 2:

Eine Lösung mit einem Gehalt von 100 g/l Thorium als Thoriumnitrat, 20 g/l Uran als Uranylnitrat und 40 g/l FVA wurde über 6 strömungsmesser 6 Düsen vom Durchmesser 0,8 mm zudosiert. Die ausbliessenden 6 Flüssigkeitsstrahlen zerfielen in je 12 000 Tropfen pro Minute, die wie in Beispiel 1 in Amiaoniakgas verfestigt, in Ammoniaklösung aulgefangen und dann in ThOy· UO,j-Mischoxid-Kügelchen umgewandelt wurden. Die Luftfallstrecke (1) betrug I30 mm, die Ammoniakgasfallstreck^ (2) 160 mm und der Abstand (3) des Ammoniakgaseinleitungsroru^es zur Ammoniaklösungs-Oberfläche 50 mm.

Die Durchflussmenge je Düse wurde auf 32,0 + 0,8 cur/min eingeregelt, dies entspricht bei 12000 Tropfen einer Oberfläche

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2 von 1115 cm pro Minute und Düse an neu gebildeten Tropfen, welche durch den eingestellten Ammoniakgasstroni von 318 cm/min im Fallrohr verfestigt wurden. Die Ammoniakgasströmungsgeschwindigkeit je 1 cm /min neu gebildeter Tropfenoberfläche pro Düse lag somit bei 0,29 cm/min, wobei allerdings sichergestellt sein muss, dass sich die Düsen bzw·. Teilchenströme in der Fallstrecke nicht gegenseitig beeinflussen.

Nach vorstehender Gleichung berechne\. sich der zu erwartende ThOg· UOg-Kemdumhmesser aus den genannten Werten zu. 4.11 -ι- Ί /um bei 100 $ der theoretischen Dichte und das Kerngewicht zu 0,365 + 0,00b mg. Die statistische Auswertung anhand von 300 gesinterten Kernen ergab einen mittleren Durchmesser von 'ilO /um und eine Standardabweichung von 7»5 /Uin. Das (Th,u)0₂-Kerngewicht wurde zu O,359^;± mg und die Dichte zu 9,96 g/cm, bestimmt, das sind 98 % der theoretischen Dichte. Die Ausbeute der Siebfraktion 35*t - 425 /um lag bei 98,9 %_t der Rest von 1,1 $ war Über- und Unterkorn.

Die Teilchen vrurden mit Pyrokohlenstoff beschichtet und als Kernbrennstoff eingesetzt.

Beispiel 3 :

Eine wässrige Lösung, die 180 g/l Thorium als Thoriumnitrat und 25 g/l FVA enthielt, wurde über 5 strömungsmesser 5 Düsen vom Durchmesser 1,0 nun zudosiert. Die 5 ausfliessenden, gleichmassig oszillierenden Flüssigkeitsstrahlen bildeten in Luft je 2.^li 000 Tropfen pro Minute, die wie in Beispiel 1 in Amuoniakgas abgefangen und in Ammoniaklösung als sphärische Teilchen gesammelt wurden. Die Luftfallstrecke (1) betrug 80 mm, die Ammoniakgasfallstrecke (2) 150 mm, der Abstand des Aminen-"" ^kgaseinleitungsrohres zur Ammoniakoberfläche (3) 30 mm uuu das AmmoniakgasströJiiungsverhältnis von Einleitungs- zu Fallrohr

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■ «τ

120 : 1. Der Durchfluss je Düse betrug 76,8 cm /min, entsprechend einer Tropfenoberfläche von 2 525 cm /min. Die Ammoniakgasgegenströmung wurde auf 255 cm/min eingestellt, daraus resultierte eine Aiunioniakgasströmungsgeschwindigkeit

von 0,1 cm/min je cm /min neu gebildeter Tropfenoberfläche pro

Die Teilchen wurden gewaschen, getrocknet und zu g chen gesintert. D3r Durchsatz betrug 943 g ThO₂ P^ro Stunde und Düse. Nach vorstehender Gleichung wurde der der* Sinterkerne zu 500 ,um bei 100 % theoretischer Dichte berechnet. Anhand der statistischen Auswertung von 1 507 Teilchen wurde der mittlere Durchmesser zu 5^"3 /uai bei 14 / Standardabweichung bestimmt, die gemessene Dichte lag bei 99,5 ^c/o der theoretisch möglichen. Bei mehr als 98 $■ der Teilchen war das Verhältnis von grosstem zu kleinstem Durchmesser kleiner als .1,1.

Beispiel 4·

Eine wässrige Suspension, die 120 g/l Uran als Uranylnitrat, 20 g/l PYA, 180 g/l Harnstoff und 24 g/l Euss enthielt, wurde über 2 strömungsmesser je einer Düse vom Durchmesser 0,25 mm zudosiert. Ähnlich wie in Beispiel 1 wandelten sich die beiden oszillierenden Flüssigkeitsstrahlen in Luft in uniforme Tropfen um, die in Ammoniakgas abgefangen wurden und sich soweit verfestigten, dass sie in Ammoniaklösung gesammelt werden konnten. Die Luftfallstrecke (1) betrug 80 mm, die Ammoniakgasfallstrecke (2) 280 mm, der Abstand des Aniraoniakgaseinleitungsrohres zur ABimoniakoberfläche (3) 150 mm und das AmmoniakgasStrömungsverhältnis von Einleitimgs- zu Fallrohr 120 : 1.

Aus jeder Düse flössen pro Minute 23,0 cnr Gießsuspension, die sich in 72 000 Tropfen/min umwandelten und eine Tropfenober-

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fläche von 1635 cm /min bildeten, für die eine Ammoniakgasgegenströmung von 255 cm/min eingestellt wurde. Umgerechnet ergibt dies eine Ammoniakgasströmungsgeschwindigkeit von 0,16

cm/min für jeden cm neu gebildeter Tropfenoberfläche pro
Minute und Düse. Die sphärischen Teilchen wurden gewaschen, getrocknet und durch thermische Behandlung in UC_o-Kerne um— gewandelt. Bei der zu erwartenden Dichte von 10,2 g/cm
(90 % der theoretischen Dichte) sollte der Durchmesser bei 200 /UE liegen, in Übereinstimmung damit wurde die Kerndichte

/ "Z

von 10,4 g/cm, gemessen und der mittlere Kerndurcbmesser achand eine* repräsentativen probe von 100 Teilchen statistisch zu ,uni mit der Standardabweichung 7 /um bestimmt.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von uniformen, kugelförmigen Brenn- und/oder Brutstoffpartikeln durch Umwandlung eines aus einer oder mehreren Düsen fliessenden, eszillierenden Flüssigkeitsstrahls aus Uran-- und/oder Thoriumlösungen in einer Menge von mehr als 3 000 Tropfen τ>^^η Minute, w^bei diese Tropfen in eine Ammoniaklösung fallen und anschliessend getrocknet und gesintert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Tropfen vor dem Eintauchen in die Ammoniaklösung zuerst eine ammoniakgasfreie Fallstrecke durchlaufen, die so bemessen ist, dass die Tropfen in ihr gerade ihre kugelförmige Gestalt angenommen haben, und anpo^liessend eine von Ammoniakgas durchströmte Fallstrecke durchlaufen, wobei das Ammoniakgas mittels eines oder mehrerer Einleitungsrohre so in diese Fallstrecke eingeleitet wird, dass neben einer der Tropfenfallrichtung entgegengesetzten Ammoniakgasströrrunn; auch eine horizontale Querströmunp; des Ammoniakgases durch die Tropfenzwisehenräume gewährleistet ist, und diese Fallstrecke so bemessen ist, dass die kugelförmigen Tropfen vor dem Eintauchen in die Ammoniaklösung ausreichend aushärten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, da dur ch g ekenn ζ ei ehrtet, dass der Ammoniakgasstrom entgegen der Tropfenfallrichtung bei ■ Tropfendurchmesser zxfischen 0,5 "und 2,5 mm eine Strömungs-

o geschwindigkeit von 0,05 "bis 2cm/min je cm neu gebildeter Tropfenoberfläche pro Minute und Düse besitzt.

Frankfurt/Main, 9.12.197^zt-Dr.Br.-Bi

609828/0300

e e r s e i f e