DE1471169A1

DE1471169A1 - Verfahren zur Herstellung kugelfoermiger Kernbrennstoff-Karbidteilchen

Info

Publication number: DE1471169A1
Application number: DE19631471169
Authority: DE
Inventors: Shoemaker Howard Edwin
Original assignee: Gulf General Atomic Inc
Current assignee: Gulf General Atomic Inc
Priority date: 1962-04-02
Filing date: 1963-03-28
Publication date: 1969-01-16
Also published as: US3179722A; GB1015301A

Description

UIPL.-1NG. JP. WEICKMANN, υκ. iss\j. λ., υ*

General Dynamica Corporation, One Rockefeller Plaza, Hew York, Hew York /

Verfahren zur Herstellung kugelförmiger Kernbrennstoff-Karbldteilohen·

Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von kugelt förmigen Kernbrennstoffkarbidteilohen·

Das Verfahren besteht darin, daß man Kernbrennstoff enthaltende TeHohen, insbesondere Kernbrennstoffmetall und Kohle enthaltende feilohen, wovon letzteres mindestens in einer Menge vorliegt, die äquivalent ist zu den Metallmolen, in eine Reaktionsssone verbringt, dort in einer im wesentlichen sauerstofffreien Umgebung auf Schmelztemperatur erhitzt, auf der Temperatur hält bis die !Feilohen geschmolzen sind und Kugelform angenommen haben, um sodann abzukühlen·

Ss sind verschiedene Verfahren für die Herstellung von Kernbrennetoffkarbiden vorgeschlagen, von denen einzelne die Herstellung von körnigen Karbiden betreffen. Unter "Kernbrennstoffkarbid" sind im vorliegenden Falle Monokarbide und Dikarbide des Thoriums, Urans, Plutoniums und Gemische derselben verstanden. Die bekannten Verfahren zur Herstellung von Kern* brennetoffkartei den Bind verhältnismässig teuer und zeitkonsunierend. Dies gilt insbesondere für diejenigen Verfahren, welche die Herstellung verhältnismäasig gleichförmigen Korne·. »um Ilel haben. In diesem falle sind formgebende Operationen vor und n&oa 4er KarblAiil&ung, unter Verwendung kompliiierter

Kernbrennstoffkarbid iat das bevorzugte Material für den Gebrauoh in Brennstoffelementen der verschiedensten Typen von Kernreaktoren. In einigen solcher Reaktoren ist es, vom Kernstandpunkt aus betrachtet, vorteilhaft, Brennstoffkarbid in dichter, körniger Form gleiobjsässigen Durehmessers zu verwenden. Zweekmässig ist besonders die Porm von Kügelchen in etwa einheitlicher Größe. ,, _f.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Kernbrennstoff dieser Form unter Anwendung eines wenig kostspieligen Verfahrens und verhältnismäsaig einfacher Ausrüstung herzustellen»

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es, kugelförmig· Kernbrennstoffteilchen herzustellen, ohne daß eine Agglomeration der einzelnen Teilchen erfolgt. Dabei werden vorteilhaft Kernbrennstoffteilohen verwendet» welche nicht sohon von Anfang an Karbid sind, sondern welche währer : des Herstellungsverfahrens erst Karbid werden, um sodann in die Kugelform übergeführt zu werden. Die Oberführung in Karbid und in die Kugelform erfolgt in einem Graphitbett bei erhöhter Temperatur. Das Ergebnis des erfindungsgemäaeen Verfahrens sind dichte Brennstoffkarbidteilohen einigermassen einheitlicher Große, welche eine anhaftende Schicht von Kohle oder Graphit auf ihrer Aussenseite aufweisen.

2)urchführung dea Verfahr·»» wird Kernbrennstoff in pulverförmiger «der granulierter Form mit Kohl· οder Graphitpulver gemischt. Der Kernbrennetoff kann, au* Thorium, Uran oder

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BAP ORIGINAL

-Plutonium bestehen, vmS. zwar In angereicherter oder In nicht angereicherter Porm. Auch liischxuigen der genannten Metall« können zur Anwendung kommen ο TtiiiäTigBweise liegt der Brenn*- atoff in Qxydfona vor, z.B. inform von Thoriumdioiyd_f Urandioxyd oder Gemischen derselben. Dies schließt nicht aus, : daß der Kernbrennstoff auch in metallischer oder in Karbid·· . form öder in einem Gemisch d„er, genannten Stoffe vorliegte

Kohle wird vornehmlich mit dem Kernbrennstoff anstelle des Graphites verwendet und kann in beliebiger Pulverfora vorliegen, vorzugsweise ala Eeaktorpulver, wie es ζ·Β· "bei besonderen Presslingen, für besondere Reaktoren vorliegt. Eine bestimmte. Menge Kohle wird mit dem Kernbrennstoff vermischt, um die Mischung während der nachfolgenden Behandlung in die Karbidfona, vorzugsweise in die Dikarbldform überzuführen. Vorzugsweise sind die Mengenverhältnisse so, daß eine eutektische Mischung entsteht. Sofern der Kernbrennstoff von Anfang an in Karbidform vorliegt, kann natürlich die Kohle aus der Mischung weggelassenjwerden. Nichtsdestoweniger 1st es besser, die Kernbrennst of fkarbidbildung während der -Behandlung der Mischung eintreten zu lassen, als Karbid von vornherein ala Auegangematerial zu verwenden»

ο Eine kleine Meng·, z.B. etwa 2 i» oder mehr eines geeigneten co

Bindematerials kann der Mischung zugegeben werden, und zwar zweokmäasig Äthylzelluloao von geeigneter Viskoeität. Sa kommen aber auch andere harzartige Binder in Betraoht, wie z.B· Polyvinylalkohol, Shellao, Polymethyl, Methacrylat,

Polystyrol, Furfuralalkoholharz, Paraffin} auch können

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die anteilsmässigen Mengen des Kernbrennstoffes, der Kohle und des Binders je nach dem gewünschten Ergebnis verändert werden· Geeignete Zusammensetzungen der einzelnen Kernbrenn·· stoffe; sind in der nachfolgenden Tafel aufgeführt:

Bestandteil

(1) UO₂ KoIlIe Äthylzellulose

(2) ThOp Kohle

Äthylzellulose
ThO₉

UO₂

Konle

Äthylzellulose
U) ThO₉

UO₂

Konle

Äthylzellulose
(5) ThO₉

UO₂

Konle

Äthylzellulose

Tafel. Konzentrationen

85 ·0 g

15.1

85*0 g

15*5

80*0

8*0 16«0 2
70.0

7oO

16.7 2

56·0 25.0

17·5 2

erzeugte Karbide

UO,

ThO,

ThO₂-UO₂

ThO₉-UC.2-ö eutektisch ^()

ThO₉-UO^-O eutektisch ^(f5

Zum Zweoke der Durchführung des Verfahrens werden die einzelnen Bestandteile innig miteinander vermischt und auf geeignete Korngröße gebracht· So können der Kernbrennstoff, die Kohle (eofern verwendet) und Binder trocken miteinander vermisoht werden. In diesem Falle wiord sodann ein geeignetes, flüchtige« Lösungemittel für den Binder, vorzugsweise Triohloräthylen für Äthylzelluloee, zugesetzt, um den Binder zu lösen und das Ganze in die Porm eines Sohlamaee zu bringen· Das lösungsmittel kann während des Vermisohena verdampft werden, so daß das gründliche Mischen der einzelnen Bestandteile, unter Agglomera-

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tion derselben, die körnige Form herbeiführt.

Das Mischen und Agglomerieren läßt sioh in irgendeiner bekannten, geeigneten Apparatur vornehmen* Sin geeignetes Gerät ist für größere Mengen der PK Twin Shell-Misoher. Bin solches Gerät läßt sich vorteilhaft wie folgt verwenden!

Eine 3 kg - Charge Trookenpulvers (Kernbrennstoffoxyd und Kohle, plus etwa 60 g Äthylzellulosabinder) wird in den Mi a ober verbracht. Das Mischen wird 30 Minuten lang mit nie«* driger Geschwindigkeit vollsogen, worauf etwa 850 ml Triohloräthylen in den Misoher zugegeben werden, und zwar zweokmässig über eine Zeit von 45 Minuten. Daraufhin wird das Mischen fortgesetzt bis die gewünschte Teilohengröese erhalten ist. Eine bestimmte Teilchengröße: läßt sich durch Verwendung bestimmter Konzentrationen! des dem Misoher zugegebenen Lösungsmittels gewinnen·

Sollen kleinere Chargen von Teilohen aus dem Trookenpulver erzeugt werden, so kommt ein kleinerer Mischer zur Anwendung, ZeB* ein Hobart-Misoher. Das Mischen geschieht dabei in folgender Weisel

Die pulverförmige Charge von weniger als 3 kg wird einem PK-Misoher zugesetzt· Dort wird 30 Minuten lang gemisoht· Daraufhin wird die Charge in einen Hobart-Miecher übergesetzt und es wird Triohioräthylen zugesetzt in einer Menge, die der bei der vorangehenden Beschreibung des P K - Mischers verwendeten Menge äquivalent ist. Es wird sodann ein Schlau bei Anwendung

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ι ν/ ι ι

niederer Mischer-Geschwindigkeit erzeugte Wenn die Mischung nicht mehr an den Wänden des Mischers haftet, wird die Ge·* sohwindigkeit erhöht und wird solange durchgeführt» bis kleine Kügelohen der Mischung erhalten werden und kein Staub eioh in dieser mehr befindet· Daraufhin wird die Mischung wieder in den PK- Mischer übergesetzt und dort solange ge* aisohti bis die gewünschte Korngröße erhalten ist. Die Mi« sohung kann aber auch in dem HobartwMlsoher verbleiben, um dort durch Mischen auf die gewünschte Korngröße gebracht zu werden»

Die Korngröße nach dem beschriebenen Mischen ist vorzugsweise von 300 bis 500 Mikron. Das Material wird dem Mischer entnommen und z»B· bei 60° 0 im Ofen getrocknet und sodann gesiebt, um ζ_βΒ· eine Teilchengröße von 295 bis 495 Mikron zu erhalten» Diese Korngröße ist etwa um 75 Mikron größer, als die gewünscht· Korngröße der kugelförmigen, als Bndpre«· dukt anfallenden Brennstoffteilchen. Teilchen, die außerhalb der angegebenen Größen liegen, können im Kreislauf dem Mischer wieder zugeführt werden, um in diesem Falle mehr Irichloräthylen oder ein anderes Lösungsmittel für den Binder zuzusetzen« In dem Falle, in dem der PK- Mischer bei der Wiederverwendung im Kreislauf zur Anwendung kommt, ist es zweckmäßig, die übergebliebenen Eestteilohea vor der Verwendung im Kreislauf wieder in die Pulverform zurückzuführen»

Die so gewonnenen agglomerierten Brennstoffteilohea werden, schließlich mit Graphitmehl gemischt oder gleiohmässlg in

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aolchen diesem dispergiert. Das Graphitmehl liegt in einer/Menge vor,

daß das Verhältnis vom Brennstoffteilchen zum Graphit etwa 8:1 ist» derart, daß das Brennstoff-Agglomerat nicht in physikalischen Kontakt mit einem anderen Agglomerat steht* Selbstverständlich lassen sich auch andere Graphitmengen verwenden· Ss wurde jedoch festgestellt, daß mindestens ein Gewiohtsteil Graphit für acht Gewichtsteile des Brennstoff enthaltenden Agglomerates zweckmässig ist·

Ist die Mischung hergestellt, so wird sie in eine Reaktionen zone gebracht und in einer annähernd sauerstoffreien Umgebung erhitzt, zweckmässig im Vacuum, um so den Brennstoff in die Karbidform überzuführen, wenn nicht schon die Karbidform von Anfang an vorgelegen hat» Die Behandlung hat zum Ziel, die B_rennetoffteilchen in die kugelige Form überzuführen· Die Behandlung kann in einem Graphittiegel durchgeführt werden, weleher innerhalb eines hocherhitzten Ofens sich befindet· Für das Erhitzen eignet sich jede, für solche oder ähnliche Zwecke bekannte Apparatur·

Die beiliegende Zeichnung zeigt eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, und zwart Pig. I im Schnitt,

Pig· 2 die einzelnen Teilchen des Kernbrennstoffes- in vergrößertem Maßstab.

Die Binriohtung in Pig· 1 ist mit 9 bezeichnet. In Jihr befindet sich ein Graphittiegel 11, welcher sich lose in einer

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Aufnahmekammer 13 aus Graphit befindet. Die Kammer ist mit einem Kohledeokel 15 versehen. Die Aufnahmekammer 13 wiederum befindet sich innerhalb eines Ruß- oder dergleichen Isolator-Bettes 17, welches in einer Quarzreaktionsröhre 19 untergebracht ist· In einen Deekel 33 der Röhre 19 führt ein Rohr 20, in welches ein an eine Vaouumquelle angeschlossenes Rohr 21 mit Ventil 23 einmündet. Das Rohr 20 ist in Form eines Rohres 25 mit "Ventil 27 fortgesetzt und trägt über dem Ventil ein Schauglas 29· Zwischen dem Deckel 33 und einem Flansch der Röhre 19 ist eine Gummi dichtung 31 angeordnet. Ein Heizdraht 37 ist um den unteren Teil der Röhre 9 gewunden, um den Schmelztiegel 11 auf Reaktionstemperatur zu bringen·

Der Schmelztiegel 11 ist in der Regel zylindrischer Form und besitzt einen Boden 39, welcher mit einem sich aus diesem zentrieoh erstreckenden Kern 40 aus einem Stüok besteht· Die Seitenwände 41 des Tiegels bestehen ebenfalls mit dem Bodenteil und damit auch mit dem Kern 40 aus einem Stüok. Auf das obere Ende der Seitenwandung 41 ist ein mit Gewinde 43 versehener Graphitdeckel 45 aufgeschraubt.

Aus dem Deckel 45 erstreckt sich nach oben ein hohler Kamin 47» dessen Hohlraum mit eine« Hohlraum 51 des Deokels 45 korrespondiert. Der Kamin 47 erstreckt sich nach oben und endet über dem Niveau der Rußisolier füllung 17 in der Quarzröhr· 19· Häohat seinem oberen Ende ist der Kamin 47 mit einer Kehrzahl radial ausmündender öffnungen 53 versehen,

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welche in den Baum oberhalb der Rußfüllung ausmünden. Am Ende des Kamins 47 befindet sich eine achsiale Bohrung 55» welche mittig gegen das Rohr 20 und das Rohr 25, sowie das Schauglas 29 gerichtet ist*

Der Kamin hat zweierlei Aufgaben. Zunächst hat er die Reaktionsgase aus der Reaktionszone abzuleiten, und gestattet die Peststellung der Temperatur in dem Schmelztiegel 11»

Die aus der Reduktion von Brennstoffoxyden mit Kohle entstehenden Reaktionsgast, wie Kohlenoxyd, wandern vom Tiegel 11 durch dessen Wandungen in den Zwischenraum 57 zwischen dem Schmelztiegel und der Kammer 13, um sodann durch die Öffnung in den Hohlraum 49 des Kamins 47 zu gelangen« Die Gase treten duroh die Öffnungen 53 und 55 aus dem Kamin in den Hohlraum 59 aus· Schließlich und endlich gelangen die Grase von dort duroh das Rohr 20 über das Ventil 23 in das Exhaustorrohr 21_β

Es ist natürlich wichtig, eine genaue Übersicht über die Temperatur im Tiegel während des Verfahrens zu haben· Meßablesungen für diesen Tiegel 11 können periodisch durch das Schauglas 29, das Ventil 27, die Rohre 25 und 20, die Bohrung 55 und den Kaminhohlraum 49 und den Deckelhohlraum 51 gemacht werden· Diese Messungen werden optisch oder in anderer !"eise durchgeführt, und zwar unter Anwendung bekannter Prinzipien, welche auf den Charakteristiken eines RuB- oder Kohle«· körpers basieren* Als solcher Kohlekörper wirkt der Siegel 11»

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Die Mischung von Graphitmehl und agglomerierten. Brennstoffteilchen wird in den Tiegel 11 gebracht, um diesen ganz zu füllen.. Sodann wird die Kappe 45 dicht aufgeschraubt. Schließlich wird der Tiegel in die Kammer 13 eingesetzt und diese wird mit dem Deckel 15 verschlossen* Die Kammer 13 wird schließlich in das Kohle- oder Rußbett 17 in der Röhre 19 eingesetzt, derart, daß sich der Kamin. 47 oben aus der Bettung heraus erstreckt. Der Deckel 33 mit Dichtung 31 wird aufgesetzt. Das Ventil 23 ist geöffnet und das Innere der Einrichtung 9 wird unter Vacuum gesetzt· Duroh das Vacuum wird Sauerstoff aus dem System abgezogen. Die Einrichtung kann, wenn erforderlich, mit Inertgas oder reduziertem Gas bespült werden, um sodann das Vacuum erst zur Anwendung zu bringen«

Ist schließlich aller Sauerstoff aus dem System entfernt, wird der Tiegel 11 allmählioh erhitzt auf die Sinterungs- und Aufkohlungstemperatur (Karbidbildungstemperatur)· Zweckmäßig kommt ein Hochvaouum zur Anwendung, z.B. unterhalb 200 bis 300 Mikron Druck, um jeden Rest von Gas zu entfernen. In den meisten Fällen ist die Sinterungs- und Aufkohlungstemperatur von etwa 2000 bis etwa 2300° 0. Solche Temperaturen werden im Verlaufe einer Zeit von 2 bis 5 Stunden erreicht. Die be sondere, angewendete Temperatur hängt von der Art des Konstituenten des Kernbrennstoffes ab. Je höher die Konzentration von Thorium in einer Thorium-TJran-Kischung (Oxydform) ist, desto höher ist die Aufkohlungstemperatur· Der Temperaturbereich von 2000 bis 2300° 0 ist z.B. für Kernbrennstoff teilch en ge«

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- li -

eignet» welche ein Atomverhältnie von Thorium zu uran von etwa 4·5t2 aufweisen· Die Reduktion, der Kernbrennstoffoxyde zu Dikarbiden wird bei den angegebenen. Sinterungs- und Aufkohlungstenperaturen vollendet, d.h., die K_arbidbildung vollzieht sich, und zwar begleitet von Reaktionsgasen, nämlich Kohlenoxyd und Kohlendioxyd. Die Aufkohlungstemperatur wird in dem Tiegel so« lange gehalten, bis die Karbidbildung beendet ist« Die gewünschte Karbidbildung kann durch Druckreduktion im System festgestellt werden, da Reaktionsgas· nicht mehr entwickelt werden· Selbstverständlich tritt eine Karbidbildung dann, nicht ein, wenn Karbid von Anfang an als Ausgangsmaterial verwendet wird. Beim Erhitzen der leuchen tritt eine Pyrolyse des Binders in dem einzelnen Teilohen unter Gasentwicklung ein, und zwar in der Regel unter der Aufkohlungstemperatur· Auch diese ß_ase werden durch das Vaouumrohr 21 abgezogen» ,

In allen Fällen, ob nun Karbid als Ausgangsmaterial verwendet wird oder Metall oder Oxyd, ist die Temperatur stets auf den Schmelzpunkt, und zwar auf dein Schmelzpunkt des schwer schmelz·· barsten Karbides oder der eutektisohen Mischung zu bringen, zweokmässig ist die Temperatur mindestens 50° 0 über dem Schmelzpunkt· Normalerweise wird die Temperatur etwa 2500° 0 sein« Sie hängt jedoch von der Art der Brennstoffteilohen ab. Der Schmelzpunkt der B_rennstoffteilohen kann während des Erhitzen« festgestellt werden, da während des Schmelzverfahrene bei Erreichen des Schmelzpunktes plötzlich eine Gasentwicklung ein·« tritt, davon herrührend, daß Zwischenräume mit dem geschmolzenen

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Karbid ausgefüllt werden» Die Begleiterscheinung ißt ein. Unterbleiben des !Temperaturanstiegeβ im System, dadurch bedingt, daß Hitze zum Schmelzen, d„h. zur überführung von der Fest** form in die flüssige Form verbraucht wird« Während eines Weitererhitzen» wird Vacuum aufgedrückt. Ist die gewünscht· Temperatur erreicht, so brauoht diese nur verhältnismässig kurze feit, z.B· 15 bis 30 Minuten, zu verbleiben» Diese Zeit genügt, um ein völliges Schmelzen des Karbides aller Brenn" stoffteilohen in dem Schmelztiegel herbeizuführen»

2S₈ wird also Jedes B_rennst off teilchen im Graphitmehlbett des ■ Tiegels geschmolzen. Das Schmelzen hat ein Ansteigen der Diohte jedes einzelnen Teilchens gegenüber derjenigen der gesinterten Form zur Folg·· Jedes geschmolzene Brennetoffteliehen 61 (Fig»2) nimmt eine kugelige Form an, da es sioh im Graphitmehlbett 63 befindet und sich nicht mit einem anderen Schmelztellohen 61 agglomerierte

Die verdichteten, kugelförmigen Brennstoffteilohen werden sodann allmählich auf die Umgebungstemperatur abgekühlt, zweck-· massig unter Anwendung von Kühlgas, z.B_e Methan oder einem anderen Kohlenwasserstoff» Schließlich wird der Apparat zerlegt. Der dicht verschlossene Schmelztiegel wird in eine inerte, trocken· Atmesphäre gebracht, in der auch der Tiegel zerlegt wir*· Die einzelnen Teilchen werden eedann entfernt, gesiebt oder anderweitig vom Graphitmehl getrennt, β·Β· durch Blasen. So können die Teilohen durch ein 35 und 100 mesh-Sieb getrieben werden. Sin auf dem 100 mesh-Sieb verbleibendes

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Material besitzt etwa 150 bis 420 Mikron Durohmesser· Der kleine Prozentsatz von Material, welches größer ist, als dem 35 mesh-Sieb entspricht, wird für ein weiteres Körnujigsverfahren nach der Erfindung aufbewahrt. Das das 100 mesh«"»Sieb zusammen mit dem Graphit passierende, unterkörnige Material kann wiederverwendet werden, z«B· als Graphitisolierungsmaterial. Die Ausbeute von 150 bis 420 Mikron Kernbrennstoffkarbid überschreitet 99 #. Das Ver·· fahren ist somit äusserst wirksam. Das gewonnene Bndmaterial ist dicht, im wesentlichen kugelig und enthält üblion einen dünnen Überzug von Graphit. Dieser besitzt den Vorzug, daß er als Sperre gegen Wanderung von Zertrümmerungsprodukteii aus dem Kernbrennstoff während der Verwendung im Kernreaktor wirkt» Das Bndprodukt ist für unmittelbaren Gebrauch in Kernbrennstoffelementen und dergleichen verwendbar, kann aber auch, je nach Bedarf, weiterbehandelt werden, ζ·Β» durch Überziehen der Oberfläche mit pyrolytischer Kohle oder dergleichen. Da angereicherter Kernbrennstoff, welcher z.B» Uran 235 enthält, teurer ist, als nicht angereicherter Kern·· brennstoff und da Verluste an Kernbrennstoff aus den Kernbrennstoff teilchen des umgebenden Graphitbettes während der Ho ^temperaturbehandlung zurerzeiohnen sind, ist es zweckmäßig, den Schmelztiegel und das Graphitmehl vor ihrer An·* wendung mit angereicherten Brennstofftellohea zunächst mit nicht angereicherten Brennetoffteilohen zu benutzen« Diese Vorbenutzung hat die Wirkung, daß das Graphitmehl mit nicht

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angereioiiertem Kernbrennstoff (Thorium 232, Uran 238 usw·) angereichert wird, so daß während der nachfolgenden Behandlung mit angereichertem Brennstoff ein Verlust nicht zu verzeiohnen ist«

Beispiel I

Eine 1200 g - Charge einer Kenbrennstoffteilchen—Misehung wird unter Verwendung der in nachfolgender Tafel II aufgeführten Bestandteile hergestellt»

	Tafel II	Gewichtsteile
Bestandteile		56
Thoriumdioxyd		25
Urandioxyd		17,5
Kohle		2
Xthylzellulose.

Die Bestandteile werden 30 Minuten lang trocken, gemischt. Sodann wird Trichlorethylen bis zu einer Gesamtmeng· von etwa 340 ml langsam zugegeben. Das Mischen wird fortgesetzt bis kleine Teilchen oder Kügelchen erhalten werden· Sie Kugelchen werden sodann bei 60° C ofengetrocknet und auf 295 bis 495 Mikron Korngröße gesiebt. Die Teilchen werden sodann mit Graphitmehl gemischt im bereits angegebenen Verhältnis von 8 ι 1. Sodann gelangt die Mischung in den Graphittiegel der Reaktionsapparatur, wie in Fig. 1 gezeigt. Bs wird dort drei Stunden lang unter Vakuum (unter 200 Mikron Druok) auf 2300° C erhitzt. Das Vacuum wird solang· gehalten, bis tie Karbidbildung in jedem einzelnen Teilchen vollzogen

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ist« Sedann wird die Temperatur auf 2500° 0 erhöht. Babel wird das Vaouüm auf einen Druck unter 300 Mikron 15 Minuten lang gehalten* Sohließlioh wird abgekühlt. Sodann wird mit Methan auf die Umgebungstemperatur abgekühlt·

Der Schmelztiegel wird in eine inerte Atmosphäre übergesetzt und geöffnet« Sie Teilchen werden gesiebt, um diejenigen von 150 bis 420 Mikron Größe zu verwenden (99 #)· Das gewonnene Produkt wird geprüft. Es erweist sich als dichtes, hartes, graphitüberzogenes, im allgemeinen kugelförmiges Material, welches zur Verwendung in Hoohtemperaturkernreaktoren geeignet ist· Der Kernbrennstoff im einzelnen Teilchen liegt im we sent»* liehen als Dikarbid vor«

Beispiel II

Kugelförmige, harte, diohtao Kernbrennstoffkarbidteilohen. werden naoh Beispiel I gewonnen, mit der Abweichung,» daß der Kernbrennstoff. Thoriumdikarbidl und Urandikarbid ist und keine freie Kohle gegenwärtig ist. Die Temperatur wird allmählioh ohne Unterbrechung auf 2550° 0 getrieben und auf dieser Höh« 20 Minuten lang gehalten· Bs wird gekühlt, gesiebt und geprüft, wie beschrieben·

Entsprechend einem verbesserten Verfahren können Kernbrennstoff· K_arbidteilohen. in nicht agglomerierter Form aus Kernbrennstoff gewonnen werden. Dieses Verfahren ist besonders wirksam, verhältnismässig einfach und rasoh· Das Endprodukt ist zur Verwendung in Hoohtemperaturkernreaktoren ohne weitere Behandlung geeignet«

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Claims

- 16 -Patentansprüche t

Terfahren zur Herstellung kugelförmiger Kernbrennstoffkarbidteilchen, dadurch gekenneeichnet, dafl nan einen Kernbrennstoff, enthaltend körniges BrennstoffMetall und Kohle, letzteres in einer Menge, die mindesten* eu den Metallmolen äquivalent ist, in säuerstoffreier Atmosphäre auf eine das Schneisen herbeiführende Temperatur erhitzt, die Teilchen auf dieser Temperatur hält bis sie gesohmolzen und kugelig geworden sind und daraufhin die TeilohexjkUhlt·

2. Terfahren naoh Anepruoh 1, gekennselohnet durch die Verwendung von Xernbrennetoffteilohen, welche karbonisierbare Binder enthalten·

3· Terfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kembrennstoffteilchen in der Eeaktionssone in einer auereichenden Menge körnigen Graphites hält«

4· Terfahren nach Anspruch 1 bis 3# dadurch gekennseiehnet, daß man die Kernbrennstoffbestandteile in einem für die karbonieierbaren Binder geeigneten, flUehtigen Meer aufschlemmt und während der Verdampfung des Lösungsmittels in Teilchenform hält·

5. Terfahren naoh Anepruoh 1 bis 4, dadurch gekenneβiehnet, daß die Kernbrennstoffteilchen, körnigen Kernbrennstoffkarbid enthalten.

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6· Verfahren nach Anspruoh 1 bis 5, dadurota gekennieiohnet, daS der Kernbrennstoff aus Urankarbid besteht oder solchen enthält.

7· Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, daduroh gekennieiohnet, daß der Kernbrennstoff aus Thoriumkarbid besteht oder solchen enthält·

8· Verfahren naoh Anspruoh 1 bio 7, dadurch gekennselebnet, daß d er Kernbrennstoff aus Kernbrennstoffoxyd besteht oder solches enthält·

9· Verfahren naoh Anspruch 1 bis 8, daduroh gekennzeichnet, dafi man die Kohle in einer Menge anwendet, welche etöohiometrisch mindestens ausreicht, um ein Dikarbid mit im wesentlichen alles anwesenden Brennetoffmeteilen au bilden·

10· Verfahren nach Anspruoh 1 bis 9, daduroh gekennieiohnet, dafl man die Kernbrennstoffteilchen sunäohst auf Aufkohlungetemperatur βrhitat, diese Temperatur hält, bis die Aufkohlung im wesentlichen beendet ist und aohliefilioh die Temperatur über den Schmelspunkt des während der Aufkohlung gebildeten Karbides erhöht«

11· Verfahren naoh Anspruch 1 bis 10, gekennieiohnet duroh die Verwendung eines Kernbrennet of foiydes, welches Thorium-' unt/bsw. oder Urancxy* enthält·

12« Verfahren naoh Anspruch 1 eis 11, dadurch gskenrnseiehnet, dal msm Kohle un* Kernirennetofftellehem in einer selohem

Kongo Terwesdet, Aal sieh eine eutektisch· Misohua* toä

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BAD ORIGINAL

KernbrtnJD et of fkarbid ergibt»

13. Verfahren naoh JLnepruoh 1 bis 12, dadurch gekennmelohnet, daß man als eaueretoffreie Atmosphäre oder Umgebung ein Vacuum rerwendet·

14· Verfahren naoh Anspruch 1 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß man ale karbonleierbaren Binder A'thylsellulose rer~ wendet«

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