Verfahren zum Betreiben eines Kernreaktors Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrei ben eines Kernreaktors, welches dadurch gekennzeich net ist, dass man eine Kernreaktion herbeiführt und da durch einen Neutronenfluss bewirkt und die Neutronen bremst und gegebenenfalls reflektiert, indem man in den Weg der Neutronen geformte Reaktorteile bringt, die im wesentlichen durch Graphitierung von verkok- tem Gilsonit hergestellt sind.
Die beschriebenen Graphitprodukte sind sehr ge eignet zur Verwendung in Kernreaktoren, in denen das spaltbare Material, wie z. B. Uranoxyd, Urancarbid oder Plutonium, oder ein Brutmaterial (orig.: fertile material) und der als Moderator dienende Graphit in der Reaktionskammer angeordnet werden und die in nerhalb derselben erzeugte Wärme abgeleitet wird.
Die se Graphitprodukte können nicht nur als Moderator in der Reaktionszone, als Behälter für Brennstoffelemente oder als Brennstoffelemente selbst, sondern auch als Materialien für einen die Reaktionszone von Kernreak toren umgebenden Reflektormantel dienen, um einen Teil der Neutronen, die die Reaktionszone verlassen, zu reflektieren. In jedem Falle kann gesagt werden, dass sich die Graphitkörper in der Flusszone bzw. Feldzone der Kernreaktoren befinden, da sie sich un ter der Berührung bzw. Einwirkung der Neutronen be finden.
In diesen und anderen möglichen Fällen ist es wünschenswert, die Graphitkörper in Form von Plat ten, Blöcken, Rohren oder Kugeln mit einem typischen Durchmesser von 1;27 cm oder darüber bzw. in Form anders gestalteter Stücke zu verwenden, d. h. also in Form von Stücken, die man als massive Strukturkör per bezeichnen kann, und nicht in Form von kleinen Teilchen bzw. Pulver.
Derart gestaltete Stücke können durch Pressen bzw. Formen eines Gemisches aus einem Bindemittel und ei nem besonders geeigneten kohlenstoffhaltigen Material - das im Anschluss hieran noch ausführlicher beschrie ben wird - auf die gewünschten Abmessungen und die gewünschte Gestalt und anschliessendes Brennen und Graphitisieren der auf diese Weise erhaltenen Form körper hergestellt werden.
In sämtlichen Fällen liegen die Kristallite in den graphitierten Körpern der Erfindung in einer hoch un geordneten, unorientierten Anordnung vor. Dieser Zu stand zeigt sich an der Isotropie in den Eigenschaften des fertigen Graphitstückes. Das einzigartige kohlen stoffhaltige Material, das bei der Herstellung der gra- phitierten Körper verwendet wird, ist nicht nur im ma- kroskopischen,
sondern auch im mikroskopischen Sinne praktisch isotrop. Die Unordnung der Kristallite lässt sich durch Röntgenstrahlenbeugungs- und magnetische Verfahren nachweisen und zeigt sich an den graphiti- sierten Körpern an den hohen Wärmeausdehnungs- koeffizienten.
Es wurde gefunden, dass geformte und graphitierte Körper, die durch eine derartige ungeordnete, unorien- tierte Kristallit-Anordnung gekennzeichnet sind und un ter Verwendung des weiter unten ausführlicher erläu terten Ausgangsmaterials hergestellt worden sind, zur Verwendung in Kernreaktoren - insbesondere bei Tem peraturen oberhalb von 500 C, wie sie in Hochtempe- ratur-Kernreaktoren auftreten - sehr geeignet sind und gegenüber der Verwendung von Graphitkörpern, die aus anderen Ausgangsmaterialien hergestellt worden sind, in der gleichen Umgebung verschiedene Vorteile bieten,
von denen die meisten auf ihre Formbeständig keit unter Neutronenbestrahlung zurückzuführen sind.
Das einzigartige und besonders geeignete kohlen stoffartige Material, von dem hier die Rede ist und das zur Herstellung von erfindungsgemäss verwendbaren Graphitkörpern verwendet werden kann, leitet sich vom Gilsonit ab, einem der reinsten natürlichen Bitumen, der in typischer Weise zu 99 % in Schwefelkohlenstoff löslich ist und nur eine Spur von 1 % Mineralbestand- teilen aufweist.
Gilsonit ist auch als schwarzer, fester Kohlenwasserstoff mit hohem Harzgehalt oder Asphal- tit umschrieben worden, der sich vermutlich durch Po lymerisation von Ölen aus Tertiärformationen, die den Lagerstätten zugrundeliegen, gebildet hat. Gilsonit wird auch als Uintait bzw. Uintahit bezeichnet und wird in den Vereinigten Staaten in Utah und Colorado gefun den.
Er besitzt im allgemeinen ein spezifisches Gewicht von etwa 1,01 bis 1,10 (15,6 /15,6 C), eine Härte (nach der Mohs'schen Härteskala) von etwa 2 und ei nem Schmelzpunkt von etwa 110 bis 204 C.
Der aus Gilsonit hergestellte Koks weist einzigartige Eigenschaften auf, und die Kristallite, aus denen der Koks besteht, liegen in unorientiertem bzw. ungeord netem Zustand vor. Roher Gilsonit-Koks erfordert da her keine Spezialbehandlung, um die Kristallite in die sen Zustand der Unordnung zu bringen, bevor er kal- ziniert wird. Mit anderen Worten: die einzigen erforder lichen Massnahmen bestehen darin, dass der rohe bzw.
grüne Gilsonit-Koks kalziniert, gemahlen und nach der Teilchengrösse klassifiziert wird, bevor man ihn mit einem geeigneten kohlenstoffhaltigen Bindemittel vermischt. Das Gemisch kann dann nach den bei der Herstellung von Kohle- und Graphitelektroden üblichen Verfahren geformt, gebrannt und graphitiert werden. In typischer Weise können etwa 20 bis 40 % eines üblichen kohlenstoffhaltigen Bindemittel, z. B. Pech, verwendet werden.
Der rohe bzw. grüne Gilsonit-Koks wird aus dem Gilsonit im allgemeinen unter Verwendung einer übli chen Schwelverkokungsanlage (orig.:
delayed coker) hergestellt und besitzt in typischer Weise einen Gehalt an flüchtigen Stoffen von etwa 8 bis 14 %, was von der Durchführungsweise der Verkokung abhängt.
(Die hier gemachten Angaben über den Gehalt an flüchtigen Stoffen beziehen sich auf das ASTM-Prüfverfahren D 271-48, modifiziert für Zündbrennstoffe , und ver stehen sich ausschliesslich der Feuchtigkeit und des freien Öles, die durch Erhitzen auf Temperaturen von 204 bis 260 C entfernt werden. Der Gehalt an flüch tigen Stoffen wird bestimmt, indem in einem Platin tiegel in einem elektrisch beheizten Ofen erhitzt wird, der auf Temperaturen von 950 20 C gehalten wird.
Eine 1/g-Probe trockenen Kokes mit einer solchen Teilchengrösse, dass die Teilchen durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,250 mm hindurch gehen, wird bei Temperaturen unterhalb von 950 vor erhitzt und sodann 6 Minuten bei einer Temperatur von 950 50 C gehalten. Der auftretende Gewichts verlust wird als Gehalt an flüchtigen Stoffen bezeich net). Beim Kalzinieren verringert sich der Gehalt des Kokses an flüchtigen Stoffen in typischer Weise auf 0,5 0/0 oder darunter.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter erläutert. <I>Beispiel 1</I> 100 Teile kalziniertes Gilsonit-Koksmehl (50 % der Teilchen gehen durch ein Sieb mit einer lichten Ma schenweite von 0,075 mm hindurch) wurden in einem Kollergang-Mischer bei 155 C etwa 30 Minuten mit 23 Teilen Erdölpech (Erweichungspunkt 96 C) als Bindemittel gemischt. Das Gemisch wurde sodann in eine zylindrische Form gebracht und bei 100 C und einem Druck von 112,5 kg/cm2 zu einem Zylinder von 10,15 cm Durchmesser und 30,5 cm Länge geformt.
Der Formkörper wurde sodann in einen Brennofen gebracht, mit Packungsmaterial umgeben und über ei nen Zeitraum von 10 Tagen auf eine Temperatur von 950 C erhitzt. Nach dem Abkühlen wurde der ge brannte Körper in einen Graphitierungsofen gebracht und über einen Zeitraum von 40 Stunden auf eine Tem peratur oberhalb von 2500 Cerhitzt.
Die Wärmeausdehnungskoeffizienten dieses graphi- tierten Körpers in den Richtungen X, Y und Z wur den durch Schneiden von Prüfstücken parallel zur Rich tung der Formkraft (X-Richtung) und in zwei senk recht zueinander und senkrecht zur Richtung der Form kraft stehenden Richtungen (Y- und Z-Richtung) be stimmt.
Die über den Temperaturbereich von 20 C bis 100 C gemessenen mittleren Wärmeausdehnungs- koeffizienten waren wie folgt:
EMI0002.0077
X-Richtung: <SEP> 49 <SEP> x <SEP> 10 <SEP> -7 <SEP> cm/cm. <SEP> <SEP> C
<tb> Y-Richtung: <SEP> 42 <SEP> x <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 7 <SEP> cm/cm. <SEP> <SEP> C
<tb> Z-Richtung:
<SEP> 42 <SEP> x <SEP> 10-7 <SEP> CM/CM. <SEP> <SEP> C Prüfstücke von dieser Probe wurden in einen Kern reaktor eingeschoben, um ihre Formbeständigkeit un ter den im Kernreaktor herrschenden Bestrahlungsbe dingungen zu prüfen. Die Prüfstücke wurden bei einer Temperatur von etwa 650 C bestrahlt und jeweils einer Gesamtbestrahlung von 1730 Mwd/At (Megawatt- Tage pro angrenzende Tonne [vgl. Nuclear Graphite , Academic Press, 1962, Kapitel 8 über angewendete Bestrahlungsverfahren]) unterworfen.
Sodann werden die Veränderungen in den Abmessungen der Prüfstücke gemessen, um die prozentualen Veränderungen in den Richtungen parallel und quer zur Richtung der Form- kraft zu bestimmen.
Es wurden die folgenden Ergeb nisse erhalten:
EMI0002.0087
Durchschnittliche
<tb> Richtung <SEP> Längenveränderung
<tb> <U>in <SEP> o/o</U>
<tb> parallel <SEP> + <SEP> 0,017 <SEP> <SEP> 0,008
<tb> quer <SEP> + <SEP> 0,007 <SEP> <SEP> 0,004 Dieses Beispiel zeigt, dass graphitierte Körper, die aus kalziniertem Gilsonit-Koksmehl und einem kohlen stoffhaltigen Bindemittel hergestellt worden sind, eine sehr gute Formbeständigkeit aufweisen und bei der Bestrahlung in jeder Richtung nur geringe Verände rungen in den Abmessungen eingehen.
Im Gegensatz zum vorstehenden Beispiel besassen Graphit-Prüfkörper, die durch gründliches Mischen von 100 Teilen handelsüblichem kalziniertem Erdölkoks- mehl (mit einer solchen Teilchengrösse, dass 50 % der Teilchen durch ein Sieb mit einer lichten Maschen weite von 0,075 mm hindurchgehen) mit 23 Teilen Erd ölpech als Bindemittel,
Auspressen bei 100 C und 112,5 kg/cm' zu einem Zylinder von 10,15 cm Durch messer und 30,5 cm Länge, Brennen und Graphitieren wie in Beispiel 1 hergestellt worden waren, mittlere Wärmeausdehnungskoeffizienten (über den Tempera turbereich von 20 bis 100 C) in den X-, Y, und Z- Richtungen von 10 X 10 - 7, 25 X 10 - 7 bzw. 25 X 10 - 7 und gingen bei der Prüfung im Kernreaktor unter den gleichen Bedingungen die folgenden Veränderungen in bezug auf die Abmessungen ein:
EMI0003.0001
Durchschnittliche
<tb> Richtung <SEP> Längenänderung
<tb> <U>in <SEP> 0/0</U>
<tb> parallel <SEP> + <SEP> <B>0,017</B> <SEP> <SEP> 0,008
<tb> quer <SEP> + <SEP> 0,056 <SEP> <SEP> 0,019 Neben den zwischen den Typen von Graphitkörpern vorliegenden Unterschieden in bezug auf die Isotropie (bzw. Anisotropie) zeigen diese Daten, dass graphitierte Körper, die aus kalziniertem Gilsonit-Koksmehl und ei nem kohlenstoffhaltigen Bindemittel hergestellt worden sind, eine beträchtlich bessere Formbeständigkeit unter Bestrahlungsbedingungen bzw.
eine beträchtlich bessere Strahlungsbeständigkeit aufweisen als Graphitkörper, die aus einem typischen Erdölkoks als Ausgangsmate rial hergestellt worden sind.
Das folgende Beispiel erläutert ebenfalls die Her stellung eines graphitierten Körpers aus kalziniertem Gilsonit-Koks und zeigt verschiedene Abänderungen in der Herstellungsweise sowie zusätzliche Eigenschaften der graphitierten Körper.
<I>Beispiel 2</I> 100 Teile kalziniertes Gilsonit-Koksmehl (55 % der Teilchen gingen durch ein Sieb mit einer lichten Ma schenweite von 0,075 mm hindurch) wurden in einem Kollergang-Mischer bei 155 C etwa 30 Minuten mit 27 Teilen Kohlenteerpech (Erweichungspunkt 97 C) als Bindemittel gemischt,
und das Gemisch wurde so dann in eine zylindrische Form gebracht und bei 105 C und unter einem Druck von 253 kg/cm2 zu einem Zylinder von 21,6 cm Durchmesser und 25,4 cm Länge verformt.
Der Formkörper wurde dann in einen Brennofen gebracht, mit einem wärmeleitenden Packungsmaterial umgeben und über einen Zeitraum von 16 Tagen auf eine Temperatur von 950 C erhitzt. Nach dem Abküh len wurde der gebrannte Körper in einen Graphitie- rungsofen gebracht und 40 Stunden auf eine Tempera tur von über 2500 C erhitzt.
Die mittleren Wärmeausdehnungskoeffizienten (über den Temperaturbereich von 20 bis 100 C) in den X-, Y- und Z-Richtungen betragen 49 X 10-7, 43 X <B>1</B>0-7 bzw. 43 X 10-7.
Der graphitierte Körper besass ausserdem die fol genden Eigenschaften:
EMI0003.0032
Scheinbare <SEP> Dichte <SEP> (g/ccm) <SEP> 1,73
<tb> Zugfestigkeit <SEP> (kg/cm2) <SEP> quer <SEP> 260
<tb> parallel <SEP> 211
<tb> Bruchmodul <SEP> (kg/em2) <SEP> quer <SEP> 366
<tb> (Biegefestigkeit) <SEP> parallel <SEP> 309
<tb> Druckfestigkeit <SEP> (kg/cm2) <SEP> quer <SEP> 738
<tb> parallel <SEP> 759
<tb> Elektrischer <SEP> Widerstand <SEP> quer <SEP> 43 <SEP> X <SEP> 10-5
<tb> (Ohm-cm) <SEP> parallel <SEP> 49 <SEP> X <SEP> 10-5
<tb> Wärmeleitfähigkeit <SEP> quer <SEP> 1105
<tb> (kcal/m2.h.m. <SEP> C) <SEP> parallel <SEP> 960
<tb> Brinell-Härte <SEP> 15,0
<tb> Durchlässigkeit <SEP> nach <SEP> D'Arcy <SEP> quer <SEP> 0,06
<tb> parallel <SEP> 0,02 <I>Anmerkungen:
</I> Quer = Prüfstücke mit ihrer langen Abmessung quer bzw. senkrecht zur Formrichtung geschnitten. Parallel = Prüfstücke mit ihrer langen Abmessung parallel zur Formrichtung geschnitten.
Aus Gilsonit hergestellte graphitierte Körper, die in jeder Richtung Wärmeausdehnungskoeffizienten von mindestens 30 X 10-7 cm/cm.' C aufweisen, wobei die Koeffizienten in den einzelnen Richtungen um nicht mehr als 25% voneinander differieren, zeigen bei der Verwendung in Kernreaktoren eine verbesserte Form beständigkeit bzw. eine verbesserte Strahlungsbeständig keit.
Körper mit noch vollkommenerer Isotropie, wie z. B. solche, die in jeder Richtung Wärmeausdehnungs- koeffizienten von mindestens 40 + 10-7 cm/cm.' C auf weisen, wobei die Koeffizienten in den einzelnen Rich- tungen um nicht mehr als 20 % voneinander differie- ren, werden jedoch bevorzugt.
Die Formbeständigkeit von in Kernreaktoren ver wendeten Graphitkörpern ist aus mehreren Gründen von Bedeutung. In vielen Fällen ist die in den Reak toren vorliegende Graphitmasse sehr gross, mit Ab messungen von mehr als 9,15 oder 12,2 m, so dass be reits geringe oder sogar schon sehr geringe Abmes sungsveränderungen zu einer verhältnismässig grossen absoluten Gesamtänderung führen. Die Formunbestän digkeit, wie z.
B. eine zu starke Ausdehnung oder ein zu starkes Schrumpfen, kann ferner einen Bruch der Graphitbauteile bzw. ein Zerbrechen oder Verbiegen der Brennstoffelemente oder anderer Bestandteile des Reaktors hervorrufen. Diese Erscheinungen können ferner ein Zerbrechen bzw. eine Beschädigung von Tei len wie dem Kühlsystem, dem Kontrollsystem, usw., hervorrufen.
Method for operating a nuclear reactor The invention relates to a method for operating a nuclear reactor, which is characterized in that a nuclear reaction is brought about and caused by a neutron flow and the neutrons are slowed down and, if necessary, reflected by reactor parts formed in the path of the neutrons brings, which are essentially made by graphitizing coked gilsonite.
The graphite products described are very suitable for use in nuclear reactors in which the fissile material, such as. B. uranium oxide, uranium carbide or plutonium, or a breeding material (orig .: fertile material) and the graphite serving as a moderator are arranged in the reaction chamber and the heat generated within the same is dissipated.
These graphite products can serve not only as a moderator in the reaction zone, as a container for fuel elements or as fuel elements themselves, but also as materials for a reflector jacket surrounding the reaction zone of nuclear reactors in order to reflect some of the neutrons leaving the reaction zone. In any case, it can be said that the graphite bodies are in the flow zone or field zone of the nuclear reactors, since they are under the contact or action of neutrons.
In these and other possible cases it is desirable to use the graphite bodies in the form of plates, blocks, tubes or spheres with a typical diameter of 1.27 cm or more or in the form of differently shaped pieces, i.e. H. so in the form of pieces that can be described as massive structure bodies, and not in the form of small particles or powder.
Pieces designed in this way can be made to the desired dimensions and shape by pressing or molding a mixture of a binder and a particularly suitable carbonaceous material - which will be described in more detail below - to the desired dimensions and the desired shape and then firing and graphitizing the obtained in this way Mold body can be made.
In all cases the crystallites in the graphitized bodies of the invention are in a highly disordered, unoriented arrangement. This was shown by the isotropy in the properties of the finished piece of graphite. The unique carbonaceous material that is used in the manufacture of the graphited bodies is not only found in the macroscopic,
but also practically isotropic in the microscopic sense. The disorder of the crystallites can be demonstrated by X-ray diffraction and magnetic methods and is shown in the graphitized bodies by the high coefficients of thermal expansion.
It has been found that shaped and graphitized bodies, which are characterized by such a disordered, unoriented crystallite arrangement and have been produced using the starting material explained in more detail below, for use in nuclear reactors - especially at temperatures above 500 C, as they occur in high-temperature nuclear reactors - are very suitable and offer various advantages over the use of graphite bodies made from other starting materials in the same environment,
Most of which are due to their dimensional stability under neutron radiation.
The unique and particularly suitable carbon-like material of which we are talking and which can be used for the production of graphite bodies that can be used according to the invention is derived from gilsonite, one of the purest natural bitumens, which is typically 99% soluble in carbon disulfide and has only a trace of 1% mineral components.
Gilsonite has also been described as a black, solid hydrocarbon with a high resin content or asphaltite, which is believed to have formed through the polymerization of oils from the tertiary formations on which the deposits are based. Gilsonite is also known as Uintaite or Uintahite and is found in Utah and Colorado in the United States.
It generally has a specific gravity of about 1.01 to 1.10 (15.6 / 15.6 C), a hardness (according to the Mohs hardness scale) of about 2 and a melting point of about 110 to 204 ° C .
The coke made from gilsonite has unique properties and the crystallites that make up the coke are in an unoriented or disordered state. Raw gilsonite coke therefore does not require any special treatment to bring the crystallites into this state of disorder before it is calcined. In other words, the only measures required are that the raw or
green gilsonite coke is calcined, ground and classified according to particle size before being mixed with a suitable carbonaceous binder. The mixture can then be shaped, fired and graphitized by the methods customary in the manufacture of carbon and graphite electrodes. Typically, about 20 to 40% of a common carbonaceous binder, e.g. B. pitch, can be used.
The raw or green Gilsonite coke is generally made from the Gilsonite using a customary smoldering coke plant (orig .:
delayed coker) and typically has a volatile content of about 8 to 14%, depending on how the coking is carried out.
(The information given here about the content of volatile substances refers to the ASTM test method D 271-48, modified for pilot fuels, and refers exclusively to the moisture and the free oil, which is removed by heating to temperatures of 204 to 260 C. The content of volatile substances is determined by heating in a platinum crucible in an electrically heated oven, which is kept at temperatures of 950-20 ° C.
A 1 / g sample of dry coke with a particle size such that the particles pass through a sieve with a mesh size of 0.250 mm is preheated to temperatures below 950 and then held at a temperature of 950 50 C for 6 minutes. The resulting weight loss is referred to as the volatile matter content). Calcination typically reduces the volatile matter content of the coke to 0.5% or less.
The invention is further illustrated by the following examples. <I> Example 1 </I> 100 parts of calcined gilsonite coke meal (50% of the particles pass through a sieve with a mesh size of 0.075 mm) were mixed with 23 parts of petroleum pitch in a pan mixer at 155 ° C. for about 30 minutes (Softening point 96 C) mixed as a binder. The mixture was then brought into a cylindrical shape and formed into a cylinder 10.15 cm in diameter and 30.5 cm in length at 100 ° C. and a pressure of 112.5 kg / cm 2.
The shaped body was then placed in a furnace, surrounded with packing material and heated to a temperature of 950 ° C. over a period of 10 days. After cooling, the burnt body was placed in a graphitization furnace and heated to a temperature above 2500 C over a period of 40 hours.
The thermal expansion coefficients of this graphed body in the directions X, Y and Z were made by cutting test pieces parallel to the direction of the form force (X-direction) and in two directions perpendicular to each other and perpendicular to the direction of the form force (Y- and Z-direction).
The mean coefficients of thermal expansion measured over the temperature range from 20 C to 100 C were as follows:
EMI0002.0077
X direction: <SEP> 49 <SEP> x <SEP> 10 <SEP> -7 <SEP> cm / cm. <SEP> <SEP> C
<tb> Y-direction: <SEP> 42 <SEP> x <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 7 <SEP> cm / cm. <SEP> <SEP> C
<tb> Z-direction:
<SEP> 42 <SEP> x <SEP> 10-7 <SEP> CM / CM. <SEP> <SEP> C test pieces from this sample were inserted into a nuclear reactor in order to test their dimensional stability under the irradiation conditions prevailing in the nuclear reactor. The test pieces were irradiated at a temperature of about 650 C and each subjected to a total irradiation of 1730 Mwd / At (megawatt days per adjacent ton [see Nuclear Graphite, Academic Press, 1962, Chapter 8 on irradiation methods used]).
The changes in the dimensions of the test pieces are then measured in order to determine the percentage changes in the directions parallel and transverse to the direction of the molding force.
The following results were obtained:
EMI0002.0087
Average
<tb> Direction <SEP> Change in length
<tb> <U> in <SEP> o / o </U>
<tb> parallel <SEP> + <SEP> 0.017 <SEP> <SEP> 0.008
<tb> quer <SEP> + <SEP> 0.007 <SEP> <SEP> 0.004 This example shows that graphitized bodies, which have been produced from calcined gilsonite coke powder and a carbon-containing binder, have very good dimensional stability Irradiation in each direction only changes the dimensions slightly.
In contrast to the previous example graphite test specimen obtained by thoroughly mixing 100 parts of commercially available calcined petroleum coke flour (with a particle size such that 50% of the particles pass through a sieve with a mesh size of 0.075 mm) with 23 parts of earth oil pitch as a binder,
Pressing out at 100 C and 112.5 kg / cm 'to a cylinder 10.15 cm in diameter and 30.5 cm in length, firing and graphitizing as were produced in Example 1, mean coefficient of thermal expansion (over the temperature range from 20 to 100 C) in the X, Y, and Z directions of 10 X 10 - 7, 25 X 10 - 7 and 25 X 10 - 7, respectively, and the following changes occurred in the test in the nuclear reactor under the same conditions the dimensions:
EMI0003.0001
Average
<tb> Direction <SEP> Change in length
<tb> <U> in <SEP> 0/0 </U>
<tb> parallel <SEP> + <SEP> <B> 0.017 </B> <SEP> <SEP> 0.008
<tb> quer <SEP> + <SEP> 0.056 <SEP> <SEP> 0.019 In addition to the differences between the types of graphite bodies in terms of isotropy (or anisotropy), these data show that graphitized bodies made from calcined gilsonite -Coke meal and a carbonaceous binder have been produced, a considerably better dimensional stability under irradiation conditions or
have a considerably better radiation resistance than graphite bodies that have been produced from a typical petroleum coke as a starting material.
The following example also explains the manufacture of a graphitized body from calcined gilsonite coke and shows various modifications in the method of manufacture and additional properties of the graphitized body.
<I> Example 2 </I> 100 parts of calcined Gilsonite coke meal (55% of the particles passed through a sieve with a mesh size of 0.075 mm) were mixed with 27 parts of coal tar pitch in a pan mixer at 155 ° C. for about 30 minutes (Softening point 97 C) mixed as a binder,
and the mixture was then brought into a cylindrical shape and molded at 105 ° C. and under a pressure of 253 kg / cm 2 into a cylinder 21.6 cm in diameter and 25.4 cm in length.
The shaped body was then placed in a furnace, surrounded with a thermally conductive packing material and heated to a temperature of 950 ° C. over a period of 16 days. After cooling, the fired body was placed in a graphitizing furnace and heated to a temperature of over 2500 C for 40 hours.
The mean thermal expansion coefficients (over the temperature range from 20 to 100 C) in the X, Y and Z directions are 49 X 10-7, 43 X <B> 1 </B> 0-7 and 43 X 10- 7th
The graphitized body also had the following properties:
EMI0003.0032
Apparent <SEP> density <SEP> (g / ccm) <SEP> 1.73
<tb> tensile strength <SEP> (kg / cm2) <SEP> transverse <SEP> 260
<tb> parallel <SEP> 211
<tb> modulus of fracture <SEP> (kg / em2) <SEP> transverse <SEP> 366
<tb> (flexural strength) <SEP> parallel <SEP> 309
<tb> Compressive strength <SEP> (kg / cm2) <SEP> across <SEP> 738
<tb> parallel <SEP> 759
<tb> Electrical <SEP> resistance <SEP> across <SEP> 43 <SEP> X <SEP> 10-5
<tb> (Ohm-cm) <SEP> parallel <SEP> 49 <SEP> X <SEP> 10-5
<tb> Thermal conductivity <SEP> across <SEP> 1105
<tb> (kcal / m2.h.m. <SEP> C) <SEP> parallel <SEP> 960
<tb> Brinell hardness <SEP> 15.0
<tb> Permeability <SEP> according to <SEP> D'Arcy <SEP> across <SEP> 0.06
<tb> parallel <SEP> 0.02 <I> Notes:
</I> Cross = test pieces cut with their long dimension crosswise or perpendicular to the shape direction. Parallel = test pieces with their long dimensions cut parallel to the direction of the shape.
Graphitized bodies made of gilsonite with a coefficient of thermal expansion of at least 30 X 10-7 cm / cm in each direction. ' C, with the coefficients in the individual directions not differing from each other by more than 25%, show when used in nuclear reactors an improved dimensional stability or an improved radiation resistance.
Bodies with even more perfect isotropy, such as B. those with a coefficient of thermal expansion of at least 40 + 10-7 cm / cm in each direction. ' C, the coefficients in the individual directions not differing from one another by more than 20%, are preferred.
The dimensional stability of graphite bodies used in nuclear reactors is important for several reasons. In many cases, the graphite mass present in the reactors is very large, with dimensions of more than 9.15 or 12.2 m, so that even small or even very small changes in dimensions lead to a relatively large absolute change. The unsteadiness of shape, such.
B. too much expansion or too much shrinkage, can also cause the graphite components to break or the fuel elements or other components of the reactor to break or bend. These phenomena can also cause breakage or damage to parts such as the cooling system, control system, etc.