DE1953277A1 - Process for the production of sintered bodies from uranium dioxide - Google Patents

Description

Dr. rer. nat. Horst SchülerDr. rer. nat. Horst pupil PATENTANWALTPATENT ADVOCATE

Frankfurt/Main 1, den 22. Okt. 1969 Niddastraße52 Dr. Sa./höFrankfurt / Main 1, October 22, 1969 Niddastraße52 Dr. Sat./ho

Telefon (0611)23 72 20 Postscheck-Konto: 282420 Frankfurt/M. Bank-Konto: 523/3168 Deutsche Bank AG, Frankfurt/M.Telephone (0611) 23 72 20 Postal check account: 282420 Frankfurt / M. Bank account: 523/3168 Deutsche Bank AG, Frankfurt / M.

GENERAL ELECTRIC COMPANYGENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road SCHENECTADY, N.Y./U.S.A.1 River Road SCHENECTADY, N.Y./U.S.A.

Verfahren zur Herstellung von Sinterkörpern aus UrandioxidProcess for the production of sintered bodies from uranium dioxide

Die vorliegende Erfindung gehört allgemein in das Gebiet der Sintertechnik und betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung gesinterter Urandioxidkörner kontrollierter Größe zur Verwendung als Kernbrennstoff.The present invention belongs generally to the field of sintering technology and, in particular, relates to a method for Manufacture of sintered uranium dioxide granules of controlled size for use as nuclear fuel.

009823/1239009823/1239

Die Verwendung von Urandioxid als Kernbrennstoff beinhaltet zahlreiche Schwierigkeiten, insbesondere dann, wenn der Reaktor zahlreiche längliche, enge Rohre aufweist, die mit Kernbrennstoff gefüllt sind. Da Urandioxid eine schwache thermische Leitfähigkeit besitzt, muß es in das Reaktorrohr so eingepackt werden, daß zwischen den Körnern wenig freier Zwischenraum bleibt. Leider wird handelsübliches Urandioxid in Form eines feinen, ziemlich porösen Pulvers hergestellt, das nicht direkt als Kernbrennstoff verwendbar ist. Das Pulver ist nicht fließfähig sondern klumpt und ballt sich zusammen, wodurch das Rohr schwierig mit der gewünschten Dichte zu packen ist. Außerdem ist die Porosität der einzelnen Teilchen im allgemeinen für eine ausreichende thermische Leitfähigkeit zu hoch.The use of uranium dioxide as a nuclear fuel presents numerous difficulties, particularly when the Reactor has numerous elongated, narrow tubes filled with nuclear fuel. Because uranium dioxide is a weak one Has thermal conductivity, it must be packed in the reactor tube so that little between the grains free space remains. Unfortunately, commercially available uranium dioxide comes in the form of a fine, fairly porous powder produced that cannot be used directly as nuclear fuel. The powder is not flowable but clumps and agglomerates making the pipe difficult to pack with the desired density. Also is the porosity of the individual particles are generally too high for sufficient thermal conductivity.

Die spezifische Zusammensetzung des handelsüblichen Urandioxids verhindert auch seine direkte Verwendung als Kernbrennstoff. Urandioxid stell; eine Ausnahme des Gesetzes der konstanten Proportionen dar, da "UO₂" in Wirklichkeit eine einzelne stabile Phase bezeichnet, die in ihrer Zusammensetzung von UO₁ r, bis UO_{0 oc} schwanken kann. Da die Wärmeleitfähigkeit mit zunehmendem O/U-Verhältnis abnimmt, wird Urandioxid mit einemjmöglichst geringen O/U-Verhältnis bevorzugt. Da Jedoch Urandioxidpulver sich an der Luft leicht oxidiert und Feuchtigkeit absorbiert, liegt das O/U-Verhältnis dieses Pulvers beträchtlich über dem für einen Brennstoff annehmbaren Verhältnis. In der Praxis hat die Industrie ein Verhältnis von 2,00 gewählt, da dieses in technischen Sinterverfahren kontinuierlich hergestellt werden kann. Kernreaktoren sind deshalb im allgemeinen für Brennstoffe angelegt, die ein O/U-Verhältnis von vorzugsweise 2,0, am besten jedoch von 2,01 aufweisen.The specific composition of the commercial uranium dioxide also prevents its direct use as a nuclear fuel. Uranium dioxide stell; represent an exception to the law of constant proportions, since "UO ₂ " actually denotes a single stable phase which can vary _{in its composition from UO 1} r to UO _{0 oc.} Since the thermal conductivity decreases with increasing O / U ratio, uranium dioxide with as low an O / U ratio as possible is preferred. However, since uranium dioxide powder is easily oxidized and moisture absorbed in air, the O / U ratio of this powder is considerably higher than that which is acceptable for a fuel. In practice, the industry has chosen a ratio of 2.00, as this can be continuously produced in technical sintering processes. Nuclear reactors are therefore generally designed for fuels which have an O / U ratio of preferably 2.0, but most preferably 2.01.

009823/ 1 239009823/1 239

Es gibt zahlreiche Verfahren, Urandioxid als Brennstoff brauchbar zu machen. Gegenwärtig wird es im allgemeinen zu zylindrisch geformten Preßlingen bestimmter Größe zusammengepreßt, die in einer Atmosphäre aus feuchtem Wasserstoff bei einer Temperatur von etwa 1700⁰C gesintert werden. Durch dieses Sintern sollen die Preßlinge verdichtet und auf das richtige O/U-Verhältnis gebracht werden. Feuchtes Wasserst off gas findet deshalb Anwendung, da sein Wasserdampf die Sintergeschwindigkeit beschleunigt und dadurch die Anwendung entsprechend niedrigerer Sintertemperaturen erlaubt.There are numerous methods of making uranium dioxide useful as a fuel. At present, it is compressed to generally cylindrically shaped compacts of certain size, which are sintered in an atmosphere of wet hydrogen at a temperature of about 1700 ⁰ C. This sintering is intended to compact the compacts and bring them to the correct O / U ratio. Moist hydrogen gas is used because its water vapor accelerates the sintering speed and thus allows the use of correspondingly lower sintering temperatures.

Ein solches Sinterverfahren weist zahlreiche spezifische Nachteile auf. Das Pulver muß zuerst sorgfältig zu einem Preßling der richtigen Größe und Form zusammengepreßt werden. Alle gesinterten Preßlinge müssen nahezu die gleiche Größe, d.h. die jeweils vom Reaktor verlangte Größe aufweisen, so daß sie mit einem Minimum an leerem Raum in das Reaktorrohr.gepackt werden können» Preßlinge, die nicht die richtige Größe aufweisen, müssen mechanisch auf die richtige Größe gebracht werden, wodurch ein zusätzlicher Verfahrensschritt erforderlich wird und durch den dabei entstehenden Staub eine Gesundheitsgefahr entsteht. Außerdenfcnüssen diese Preßlinge spezifischer Größe sorgfältig in den Reaktor gepackt werden, damit im Rohr eine möglichst hohe Gesamtdichte erhalten wird.Such a sintering process has numerous specific disadvantages. The powder must first be carefully taken to one Compact of the correct size and shape are pressed together. All sintered compacts must be nearly the same Size, i.e. the size required by the reactor, so that it can be inserted into the reactor with a minimum of empty space Reactor tube. Can be packed »pellets that are not the Have the correct size, must be mechanically brought to the correct size, whereby an additional process step is required and the resulting Dust creates a health hazard. Besides, these are necessary Compacts of a specific size are carefully packed into the reactor, so that the highest possible overall density in the tube is obtained.

Es gibt auch Verfahren zur Herstellung von Urandioxid als Brennstoff in Form kleiner Teilchen. Bei all diesen Verfahren müssen jedoch die gesinterten oder geschmolzenen Preßlinge oder Tabletten aus Urandioxid auf die verlangte Teilchengröße gemahlen werden. Ein dem Mahlvorgang eigentümlicher Nachteil besteht in der Schwierigkeit, Teilchen der verlangten Größe, insbesondere Teilchen einer sehr kleinen Größe herzustellen. Im allgemeinen muJ? sich an das Mahlen ein Siebvorgang anschließen, um Teilchen der verlangten Größe zu erhalten.There are also methods of making uranium dioxide as Fuel in the form of small particles. In all of these processes, however, the sintered or molten compacts must be used or tablets made of uranium dioxide are ground to the required particle size. A disadvantage peculiar to the grinding process consists in the difficulty of producing particles of the required size, particularly particles of a very small size. In general, must? grinding is followed by a sieving process, to get particles of the required size.

009823/1239009823/1239

Neben den durch Staub und erschwerte Weiterverarbeitung verursachten Problemen führt das Mahlen des Urandioxidbrennstoffes zu Teilchen, die ein rauhe Struktur aufweisen, was den Nachteil aufweist, daß sie dadurch nicht fließfähig sind und in dem Kernreaktor schwierig zu der gewünschten Dichte gepackt werden können.In addition to those caused by dust and difficult processing The grinding of the uranium dioxide fuel into particles that have a rough structure leads to problems has the disadvantage that they are not flowable and difficult to achieve in the nuclear reactor Can be packed tightly.

Durch die vorliegende Erfindung werden die vorstehend erwähnten Nachteile vermieden. Sie betrifft ein Verfahren zur Herstellung gesinterter Urandioxidkörner beherrschbarerThe above-mentioned disadvantages are avoided by the present invention. It concerns a method for Manufacture of sintered uranium dioxide grains more manageable

ft Größe, die fließfähig sind und im Reaktorrohr leichter zu der verlangten Dichte gepackt werden können als die nach dem Stand der Technik gesinterten oder anderweitig behandelten Materialien. Bei dem vorliegenden Verfahren muß *.as Pulver lediglich zu Preßlingen irgendeiner geeigneten G*üße gepreßt werden, da diese Preßlinge im weiteren Verlauf des Verfahrens auf Partikelform gebracht werden. Das sorgfältige anfängliche Zusammenpressen des Pulvers zu Preßlingen bestimmter Form, wie es nach dem Stand der Technik notwendig war, wird deshalb vermieden. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß gesinterte Körner geregelter Größe erhalten werden, die im wesentlichen die gleiche Achse aufweisen. Es ist deshalb kein Mahl- oderft size that are flowable and easier to increase in the reactor tube of the required density can be packed than the materials sintered or otherwise treated according to the prior art. In the present procedure, * .as Powder only into pellets of any suitable size be pressed, since these compacts are brought into particle shape in the further course of the process. The careful one initial compression of the powder into compacts of a certain shape, as is necessary according to the prior art was therefore avoided. A particular advantage of the method according to the invention is that sintered Grains of controlled size are obtained which have substantially the same axis. It is therefore not a meal or

ψ Siebverfahren erforderlich und die in der Rauheit bestehende Schwierigkeit tritt nicht auf. Da die erfindungsgemäßen Produkte fließfähig sind, können sie leicht mit anderen Materialien vereinigt werden. ψ Sieving process required and the problem of roughness does not arise. Since the products according to the invention are flowable, they can easily be combined with other materials.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß gesinterte Körner hergestellt werden, die mit Hilfe zahlreicher konventioneller Verfahren im Reaktorrohr leicht auf die verlangte Dichte gebracht werden können. Beispielsweise können mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens sowohl große als auch kleine Körner hergestellt werden. DieseAnother advantage of the present invention is that sintered grains are made using Can easily be brought to the required density in the reactor tube with the help of numerous conventional processes. For example Both large and small grains can be produced with the aid of the method according to the invention. These

009823/1239009823/1239

Körner können mit Hilfe einer Schüttelmaschine in das Reaktorrohr gepackt werden, so daß die kleineren Körner die Zwischenräume zwischen den großen Körnern ausfüllen und dadurch einen ausreichend dichten Brennstoff ergeben.Grains can be packed into the reactor tube with the aid of a shaker, so that the smaller grains are in the gaps fill in between the large grains, making a sufficiently dense fuel.

Kurz ausgedrückt besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, daß Urandioxidpulver zu Preßlingen gepreßt und diese Preßlinge bei einer Temperatur von mindestens etwa 1900 C solange erhitzt werden, bis sich Körner der gewünschten Größe gebildet haben. Dieses Erhitzen geschieht in einer Atmosphäre aus trockenem Wasserstoffgas, worin der Taupunkt des Wasserstoffgases ausreicht, bei der Sintertemperatur unterstöchiometrisches Urandioxid zu bilden. Anschließend werden die gesin-= terten Preßlinge in Wasserstoff mit einer Geschwindgkeit abgekühlt, die ausreicht, an den Korngrenzen Uran auszufällen. Das ausgeschiedene Uran reagiert mit dem Wasserstoff der Atmosphäre unter Bildung von Uranhydrid, wodurch eine beträchtliche Volumenzunahme erreicht wird, durch welche die Preßlinge im wesentlichen in die gebildeten Körner aufgelöst werden.In short, the method according to the invention consists in that uranium dioxide powder is pressed into compacts and these compacts heated at a temperature of at least about 1900 C until grains of the desired size are formed to have. This heating occurs in an atmosphere of dry hydrogen gas, which is the dew point of the hydrogen gas sufficient to form less than stoichiometric uranium dioxide at the sintering temperature. Subsequently, the Gesin- = Terten compacts are cooled in hydrogen at a speed sufficient to precipitate uranium at the grain boundaries. The precipitated uranium reacts with the hydrogen in the atmosphere to form uranium hydride, which causes a considerable amount of water Volume increase is achieved, through which the compacts are essentially dissolved into the formed grains will.

Bei dem vorliegenden Verfahren kann das ursprüngliche stöchiometrische Verhältnis des verwendeten Urandioxids innerhalb weiter Grenzen schwanken, d.h. das O/U-Verhältnis kann 1,7 bis 2,25 betragen. In der Praxis wird jedoch das O/U-Verhältnis des Urandioxids nahezu immer größer als 2,00 sein.In the present process, the original stoichiometric The ratio of the uranium dioxide used can vary within wide limits, i.e. the O / U ratio can be 1.7 to 2.25. In practice, however, the O / U ratio of the uranium dioxide will almost always be greater than 2.00.

Das im Rahmen des erfindungsgemäßen Sinterverfahrens verwendete Urandioxidpulver muß lediglich eine sinterfähige Größe aufweisen. Pur die meisten Verwendungen weist es eine Ober-The uranium dioxide powder used in the context of the sintering process according to the invention only has to be of a sinterable size exhibit. For most uses it has an upper

2 fläche auf, die im allgemeinen zwischen etwa 2 bis 12 m /g beträgt. Derartige Teilchen gestatten,das Sintern innerhalb eines vernünftigen Zeitraumsjund bei Temperaturen durchzuführen, die für wirtschaftliche Verwendungen geeignet sind. Teilchen, die eine kleinere Oberfläche aufweisen, können gleich-2 area, which is generally between about 2 to 12 m / g. Such particles allow sintering within for a reasonable period of time at temperatures suitable for economic uses. Particle, which have a smaller surface can be

009823/1239009823/1239

falls Verwendung finden, verlangen jedoch höhere Sintertemperaturen, während Teilchen, die eine größere Oberfläche aufweisen, infolge ihrer hohen chemischen Reaktionsfähigkeit schwierig zu handhaben sind.if used, however, require higher sintering temperatures, while particles that have a larger surface area due to their high chemical reactivity are difficult to use.

Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Pulver zuerst zu Preßlingen irgendeiner gewünschten Größe und praktischen Form gepreßt. Die Preßlinge müssen nur ausreichend gepreßt werden, daß sie eine für die Handhabung notwendige mechanische Festigkeit aufweisen. Jedes konventionelle Preßverfahren kann hierfür Anwendung finden, wie z.B. das isostatische Pressen oder Verfahren unter Verwendung von Stahlformen. To carry out the process of the invention, the powder is first made into compacts of any desired size and pressed into practical shape. The compacts only need to be pressed sufficiently that they are one for handling have the necessary mechanical strength. Any conventional pressing process can be used for this, such as e.g. isostatic pressing or processes using steel molds.

Für die Mehrzahl der wirtschaftlichen Verwendungen kann die Sintertemperatur zwischen etwa 1900 bis etwa 2200⁰C betragen. Temperaturen von etwa l800° können gleichfalls zur Anwendung kommen, verlangen jedoch eine beträchtlich längere Heizdauer, ehe das Material in die unterstöchiometrische Form reduziert wird, die für die Ausfällung des Urans während des anschließenden Abkühlens erforderlich ist. Auf der anderen Seite bringen Temperaturen über 2200° keinen Vorteil, der ihre An-Wendung rechtfertigen würde. Die theoretisch höchste Sintertemperatur ist der Schmelzpunkt des Urandioxids.For the majority of economic uses, the sintering temperature can be between approximately 1900 to approximately 2200 ^° C. Temperatures of about 1800 ° can also be used, but require a considerably longer heating time before the material is reduced to the substoichiometric form required for the precipitation of the uranium during the subsequent cooling. On the other hand, temperatures above 2200 ° do not bring any advantage that would justify their use. The theoretically highest sintering temperature is the melting point of uranium dioxide.

Da für das vorliegende Verfahren verhältnismäßig hohe Temperaturen erforderlich sind, sollte der Sinterofen aus feuerfestem Material, wie beispielsweise aus Molybdän bestehen. Weiterhin sollte die Ofentemperatur kontrollierbar sein, so daß nur die gewünschte Gasatmosphäre während des Sintervorgangs anwesend ist. Insbesondere sollte das Eindringen von Sauerstoff und Wasserstoff in die Ofenatmosphäre verhindert werden. Vor dem Sintern sollte der Ofen mit einem Inertgas, wie z.B. Stickstoff ausgespült werden, damit alle eingedrungene Luft entfernt wird, die das O/U-Verhältnls nachteiligAs for the present process, relatively high temperatures are required, the sintering furnace should be made of refractory material such as molybdenum. Furthermore, the furnace temperature should be controllable so that only the desired gas atmosphere during the sintering process is present. In particular, the penetration of oxygen and hydrogen into the furnace atmosphere should be prevented will. Before sintering, the furnace should be flushed out with an inert gas such as nitrogen, so that all penetrated Air is removed, which is detrimental to the O / U ratio

000823/1239000823/1239

OASOAS

beeinflussen könnte. Ist der Ofen nicht mit einer Einbringung
vorricht/, wie beispielsweise Gasschleusen ausgerüstet, mit deren Hilfe das Urandioxid in den Ofen eingeführt werden kann, ohne daß dessen Atmosphäre beeinflußt wird, so sollte das Urandioxid in den Ofen eingegeben werden, ehe dieser mit Inertgas ausgespült wird.could affect. Isn't the furnace with an introduction
device /, such as gas locks, with the help of which the uranium dioxide can be introduced into the furnace without affecting its atmosphere, the uranium dioxide should be entered into the furnace before it is flushed out with inert gas.

Beim vorliegenden Verfahren wird das Sintern des Urandioxids in einer Atmosphäre aus trockenem Wasserstoff ausgeführt. Unter "trockenem Wasserstoff" ist ein Wasserstoffgas zu verstehen, das ausreichend trocken ist, damit das Urandioxid während des Sintervorgangs in die unterstöchiometrische Form, d.h. in U0₂__x überführt wird. Insbesondere hängt der Taupunkt des Wasserstoffgases insofern von der Jeweils angewandten Sintertemperatur ab, als je höher die Sintertemperatur ist, umso höher der Taupunkt des Gases sein kann. Für Sintertemperaturen, die im Bereich von etwa 1900 bis 2200°C liegen, genügt Wasserstoff gas, da3 einen Taupunkt von etwa -¹IO⁰C aufweist. 'In the present method, the sintering of the uranium dioxide is carried out in an atmosphere of dry hydrogen. “Dry hydrogen” is to be understood as a hydrogen gas which is sufficiently dry that the uranium dioxide is converted into the substoichiometric form, ie into U0 ₂ _ _x , during the sintering process. In particular, the dew point of the hydrogen gas depends on the sintering temperature used in each case, as the higher the sintering temperature, the higher the dew point of the gas can be. For sintering temperatures which range from about 1900 to 2200 ° C, sufficient hydrogen gas, da3 a dew point of about - having ¹ IO ⁰ C. '

Der Wasserstoffgasstrom sollte durch den Sinterofen ausreichend schnell hindurch geleitet werden, so daß das Urandioxid auf eine unterstöchiometrische Zusammensetzung reduziert wird. Die jeweilige Fließgeschwindigkeit des Gases hängt von der Menge der Beschickung des Ofens und etwas von der Temperatur ab. Je geringer die Geschwindigkeit des Gasstromes ist, umso höher ist die Zeitdauer, die erforderlich ist, um das gleiche Urandioxid-ReduktlonserKebnis zu erzielen.The hydrogen gas flow through the sintering furnace should be sufficient are passed through quickly, so that the uranium dioxide is reduced to a sub-stoichiometric composition will. The particular flow rate of the gas depends on the amount of charge in the furnace and somewhat on the temperature away. The lower the speed of the gas flow, the longer the time required to achieve the to achieve the same uranium dioxide reduction results.

Beim vorliegenden Verfahren werden die Urandioxidpreßlinge bei Sirtertemperatur solange erhitzt, bis die sich in den Preßlingen gebildeten Körner die gewünschte Größe haben. Anschließend werden die Preßlinge in Wasserstoff mit einer Geschwindigkeit abgekühlt, die ausreicht, Uran an den Korn-In the present process, the uranium dioxide compacts are heated at Sirtertemperatur until the in the Pellets formed grains have the desired size. The compacts are then placed in hydrogen at one rate cooled, which is sufficient to transfer uranium to the grain

009823/1239009823/1239

8AD ORIGINAL8AD ORIGINAL

grenzen auszuscheiden. Die Menge des während des Abkühlens verwendeten Wasserstoffes muß nur dafür ausreichen ,um mit dem ausgefällten Uran unter Bildung von Uranhydrid zu reagieren, was im allgemeinen bei Temperaturen unterhalb 400 C eintritt. Bei Bildung von Uranhydrid tritt eine beträchtliche Volumenzunahme ein, wodurch der Preßling im wesentlichen entlang der Korngrenzen auseinanderbricht und im wesentlichen gleichachsige Körner aus Urandioxid gebildet werden. Werden die gespaltenen Preßlinge der Luft ausgesetzt, so oxidiert das Uranhydrid zu Urandioxid, das ein O/U-Verhältnis von 2,00 fe aufweist oder diesem Wert sehr nahe kommt.to eliminate borders. The amount of hydrogen used during cooling only needs to be sufficient to keep up with to react with the precipitated uranium to form uranium hydride, which generally occurs at temperatures below 400 C. entry. When uranium hydride is formed, a considerable increase in volume occurs, causing the compact to move essentially along the grain boundaries break apart and essentially equiaxed grains of uranium dioxide are formed. Will If the split compacts are exposed to air, the uranium hydride oxidizes to uranium dioxide, which has an O / U ratio of 2.00 fe or comes very close to this value.

Die spezifische Abkühlungsgeschwhdigkeit ist empirisch bestimmbar. Werden die gesinterten Preßlinge zu langsam at gekühlt, scheidet sich zwar Uran ab, das sich jedoch zu gxoßen Klumpen formt, die die Korngrenzen nicht ausreichend umgeben. Bilden sich dage^en/Korner, wenn die Preßlinge zu schnell abgekühlt werden, so kann dies dazu führen, daß nicht genügend Zeit für die Diffusion des Uran an die Korngrenzen vorhanden ist. Im allgemeinen ist eine Abkühlungsgeschwindigkeit von etwa 100 bis 300⁰C pro Minute ausreichend. Die schnelle Abkühlungsgeschwindigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens steht in starkem Gegensatz zu der Abkühlungsgeschwindigkeit der bis- ψ her üblichen Verfahren, bei denen eine verhältnismäßig langsame Abkühlungsgeschwindigkeit zur Anwendung kommt.The specific cooling rate can be determined empirically. If the sintered compacts are cooled too slowly, uranium does deposit, but it forms into large lumps that do not adequately surround the grain boundaries. If, on the other hand, grains are formed when the compacts are cooled too quickly, this can mean that there is not enough time for the uranium to diffuse to the grain boundaries. In general, a cooling rate of about 100 to 300 ^° C. per minute is sufficient. The rapid cooling rate of the present process is in stark contrast to the cooling rate of the bis ψ her usual methods in which a relatively slow cooling rate is used.

Für die vorliegende Erfindung können zahlreiche konventionelle Abkühlungsverfahren Anwendung finden. Beispielsweise kann bei kleinen Beschickungen die Energiezufuhr für den Ofen abgestellt und die Preßlinge im Ofen abgekühlt werden. Auf der anderen Seite können die Preßlinge aus der heißen Ofenzone ausreichend langsam in eine andere wasserstoffhaltige Zone gebracht werden, so daß sich unterhalb etwa ¹IOO⁰C Uranhydrid bilden kann.Numerous conventional cooling methods can be used with the present invention. For example, in the case of small loads, the energy supply for the furnace can be switched off and the compacts can be cooled in the furnace. On the other hand, the compacts can be sufficiently slowly brought in another hydrogen-containing zone from the hot zone of the furnace, so that can form below about ¹ IOO ⁰ C uranium hydride.

009823/1239009823/1239

8AD ORiGiNAL8AD ORiGiNAL

Die Abkühlung der gesinterten Preßlinge kann auch mittels eines zweistufigen Verfahrens durchgeführt werden, bei dem die gesinterten Preßlinge zuerst in einem anderen Gas als Wasserstoff abgekühlt werden, d.h. in einem Inertgas bis gerade oberhalb der Temperatur, bei der sich Uranhydrid bildet und anschließend das Abkühlen im Wasserstoff fortgesetzt wird, so daß sich Uranhydrid bilden kann. Für wirtschaftliche Verwendungen ist jedoch die Anwendung eines solchen Zweistufenverfahrens nicht empfehlenswert.The cooling of the sintered compacts can also be carried out by means of a two-stage process in which the sintered compacts are first cooled in a gas other than hydrogen, i.e. in an inert gas to just above the temperature at which uranium hydride is formed and then cooling in the hydrogen continues so that uranium hydride can form. For economic uses, however, is the use of such The two-step process is not recommended.

Die Größe der mit Hilfe des vorliegenden Verfahrens erhaltenen Körner kann auf zahlreiche Weise vorherbestimmt werden. Beispielsweise können mehrere Chargen bei der gleichen Siritertemperatur jedoch während verschiedener Zeiten gesintert werden und die Größe der erhaltenen Körner gegen die Sinterzeit aufgetragen werden. Ein anderes Verfahren besteht darin, mehrere Chargen während des gleichen Zeitraumes und bei verschiedenen Sintertemperaturen zu sintern und die Größe der erhaltenen Körner gegen die Sintertemperatur aufzutragen.The size of the grains obtained by the present process can be predetermined in a number of ways. For example, several batches can be used at the same temperature however, are sintered during different times and the size of the grains obtained versus the sintering time be applied. Another method is to run several batches during the same period and at different times Sintering temperatures and plotting the size of the grains obtained against the sintering temperature.

Mit Hilfe eines anderen Verfahrens kann die Korngröße bestimmt werden, ehe die Preßlinge gespalten werden. Hierbei werden die Urandioxidpreßlinge während einer bestimmten Zeitdauer gesintert und anschließend in Wasserstoff auf eine Temperatur, die oberhalb der liegt, die für die Bildung von Uranhydrid erforderlich ist, vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa 1000 C abgekühlt und anschließend das Abkühlen in einem Inertgas, wie z.B. Stickstoff zu Ende geführt, um die Bildung von Uranhydrid und die Spaltung der Preßlinge zu verhindern. Das Kornwachstum kann in den abgekühlten Preßlingen metallografisch mit Hilfe von Standardverfahren gemessen werden. Das gleiche Verfahren kann auch für den Nachweis der Anwesenheit von Uran an den Korngrenzen verwendet werden. Die Größe der Körner ist ein Anzeichen dafür,Another method can be used to determine the grain size before the compacts are split. Here the uranium dioxide compacts are sintered for a certain period of time and then in hydrogen to a temperature which is above that which is required for the formation of uranium hydride, preferably at a temperature cooled from about 1000 C and then the cooling in an inert gas such as nitrogen to complete to prevent the formation of uranium hydride and the cleavage of the pellets. Grain growth can occur in the cooled Pressings are measured metallographically using standard methods. The same procedure can also be used for the Evidence of the presence of uranium at grain boundaries can be used. The size of the grains is an indication that

009823/1239009823/1239

- ίο -- ίο -

bis zu welchem Maß das Sintern fortgesetzt werden soll. Anschließend können die Preßlinge dann zum Zwecke des weiteren Sinterns bei der gleichen Sintertemperatur oder gegebenenfalls bei einer höheren Sintertemperatur wiederum erhitzt werden.to what extent the sintering should be continued. Afterward the compacts can then for the purpose of further sintering at the same sintering temperature or if necessary be heated again at a higher sintering temperature.

Möglicherweise wird während des Sinterns das gewünschte Kornwachstum erhalten, ehe sich unterstöchiometrisches Urandioxid bildet. In einem solchen Fall zersetzen sich die Preßlinge während des Abkühlens nicht, da sich kein Uranhydrid bildet. Um die Geschwindigkeit der Reduktion des Urandioxids auf die unterstöchiometrische Form zu erhöhen, ehe das gewünschte Kornwachstum eintritt, können mehrere Verfahren, beispielsweise die Verwendung einer höheren Sintertemperatur oder gegebenenfalls die Verwendung von Urandioxid mit einem geringeren O/U-Verhältnis Anwendung finden.The desired grain growth may occur during sintering obtained before substoichiometric uranium dioxide is formed. In such a case, the compacts decompose not during cooling, as no uranium hydride is formed. To reduce the rate of uranium dioxide reduction to the To increase substoichiometric shape before the desired grain growth occurs, several methods, for example the use of a higher sintering temperature or, if necessary, the use of uranium dioxide with a lower one O / U ratio apply.

Wenn dies gewünscht wird, können dem Urandioxidpulver zur Beschleunigung des Kornwachstums, ehe es zu einem Preßling geformt wird, bestimmte Stoffe zugesetzt werden. Jedes Material, das ein Eutektikum bildet, kann zur Beschleunigung des Kornwachstums verwendet werden, d.h. jedes Material, das der Bildung einer Flüssigkeit um das Urandioxidteilchen im Preßling während des Sinterns förderlich ist. Beispiele für solche Kornwachstumsbeschleuniger sind Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Berylliumoxid und Titandioxid. Der Kornwachstumsbeschleuniger findet im allgemeinen in sehr kleinen Mengen, d.h. in Mengen von etwa 0,1 bis 1 Gew.yS des Urandioxids Verwendung. If so desired, uranium dioxide powder can be used to accelerate grain growth before it becomes a compact is shaped, certain substances are added. Any material that forms a eutectic can accelerate it grain growth, i.e. any material that allows the formation of a liquid around the uranium dioxide particle in the Compact is beneficial during sintering. Examples of such grain growth accelerators are aluminum oxide, magnesium oxide, Beryllium oxide and titanium dioxide. The grain growth accelerator is generally found in very small amounts, i.e. in amounts of about 0.1 to 1 wt. yS of the uranium dioxide used.

Bei einer Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens kann Ammoniumdiuranat anstelle des Urandioxids verwendet werden. Das Ammoniumdiuranat kann auf die gleiche Weise zu Preßlingen geformt werden wie das Urandioxid. Bei Erwärmen der PreßlingeIn one embodiment of the present method, ammonium diuranate can be used in place of the uranium dioxide. The ammonium diuranate can be formed into pellets in the same way as the uranium dioxide. When the compacts are heated

009823/ 1 239009823/1 239

- li -- li -

auf Sintertemperatur wird jedoch das Ammoniumdiuranat vollstandig in Urandioxid umgewandelt, so daß das Verfahren anschließend das gleiche ist, wie es für Urandioxid beschrieben wurde. Zusatzstoffe können dem Ammoniunnaranat ebenfalls zur Beschleunigung des Kornwachstums zugesetzt werden.At the sintering temperature, however, the ammonium diuranate is completely converted into uranium dioxide, so that the process subsequently is the same as described for uranium dioxide. Additives can also be added to the ammonium caranate can be added to accelerate grain growth.

In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Urandioxid oder das Ammoniumdiuranatpulver zuerst mit Uranpulver vermischt und die erhaltene Mischung anschließend zu Preßlingen gepreßt werden. Zur Beschleunigung des Kornwachstums können der Mischung gleichfalls Zusätze zugesetzt werden. Während des Sinterns reagiert das Uran mit Urandioxid unter Bildung von unterstöehiometrischem Urandioxid, wodurch die für die Bildung dieses unterstöchlometrischen Dioxids erforderliche Zeitdauer erheblich verkürzt wird. Nach dem Sintern scheidet sich das Uran während des Abkühlens aus und reagiert mit dem Wasserstoff unter BiI-dung des Uranhydrids, das anschließend die Preßlinge spaltet. Die spezifische Menge des jeweils verwendeten Urans hängt im wesentlichen von der Beschickung des Ofens und anderen Verfahrensbedingungen ab und kann leicht durch Versuch festgestellt werden. Wird beispielsweise das Sintern unterbrochen, ehe das unterstöchiometrische Oxid gebildet ist, so scheidet sich kein Uran aus, weshalb sich kein Uranhydrid bildet, das'die Preßlinsce spaltet. Daran ist zu erkennen, daß eine längere Erwärmungszeit oder eine höhere Sintertemperatur erforderlich ist.In another embodiment of the present invention For example, the uranium dioxide or the ammonium diuranate powder can first be mixed with uranium powder and the mixture obtained can then be pressed into compacts. To speed up the Additives can also be added to the mixture for grain growth. The uranium also reacts during sintering Uranium dioxide with the formation of sub-stoichiometric uranium dioxide, whereby the for the formation of this sub-stoichlometric Dioxide required time is shortened significantly. After sintering, the uranium separates during the Cooling off and reacts with the hydrogen to form of uranium hydride, which then splits the compacts. The specific amount of each uranium used depends depends essentially on furnace loading and other process conditions and can easily be determined by experiment will. If, for example, the sintering is interrupted before the substoichiometric oxide is formed, then so uranium is not precipitated, which is why no uranium hydride is formed that would split the pressed lens. This shows that a longer heating time or a higher sintering temperature is required.

Im allgemeinen sind bei der Ausführung des erfindunfrseremäßen Verfahrens die schließlich erhaltenen pesinterten Körner umso größer, je länger die Sinterdauer und je höher die Sintertemperatur ist. Da ganze Körner und keine Kornbruchstücke gebildet werden, neigen sie an Luft nicht stark zur Oxidation. Außerdem sind sie fließfähig und im wesentlichen rund. d.h.In general, when carrying out the inventive The longer the sintering time and the higher the sintering temperature, the larger the finally obtained pesintered grains is. Since whole grains are formed rather than grain fragments, they do not have a strong tendency to oxidize in air. They are also flowable and essentially round. i.e.

009823/ 1239009823/1239

gleichachsig und können leicht in ein Reaktorrohr eingepackt werden. Im allgemeinen beträgt ihr O/U-Verhältnis 2,00.equiaxed and can be easily packed into a reactor tube. In general, their O / U ratio is 2.00.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Beispiele näher beschrieben, in denen, soweit nicht etwas Abweichendes ausdrücklich festgestellt wird, folgende Bedingungen und Verfahren zur Anwendung kamen:The invention is described in more detail below with reference to the examples, in which, unless otherwise expressly it is established that the following conditions and procedures were used:

ο Das Wasserstoffgas hatte einen Taupunkt von -MO C und dieο The hydrogen gas had a dew point of -MO C and the

Fließgeschwindigkeit betrug 150 ml/min.Flow rate was 150 ml / min.

Der Sinterofen bestand aus einem Molybdänrohr von etwa 25 cm (10 inches) Länge und 5 cm (2 inches) Durchmesser. Der Ofen wurde in etwa 10 min. auf die gewünschte Sintertemperati r aufgeheizt.The sintering furnace consisted of a molybdenum tube about 25 cm (10 inches) long and 5 cm (2 inches) in diameter. The furnace was brought to the desired sintering temperature in about 10 minutes heated up.

Nach der Spaltung wurde die Größe der Teilchen mit Hilfe metallografischer Standardverfahren bestimmt.After cleavage, the size of the particles was determined using standard metallographic methods.

Die Dichte des Produktes wird in Prozent des theoretischen Wertes gegeben. Sie wurde mit Hilfe eines Standardverfahrens, d.h. mittels eines differentiellen Wäfreverfahrens durch Wägung in Kohlenstofftetrachlorid und in Luft und durch Be-" rechnung des Volumens aus der Gewichtsdifferenz und der bekannten Dichte des Kohlenstofftetrachlorids bestimmt.The density of the product is given as a percentage of the theoretical value. It was made using a standard process, i.e. by means of a differential weighing method by weighing in carbon tetrachloride and in air and by loading " Calculation of the volume is determined from the difference in weight and the known density of the carbon tetrachloride.

Beispiel 1example 1

ρ Urandioxidpulver, das eine Oberfläche von etwa 2 m /g und ein O/U-Verhältnis von 2,15 aufwies, wurde unter einem Druck vonρ uranium dioxide powder, which has a surface area of about 2 m / g and a The O / U ratio of 2.15 was under a pressure of

ρ
2100 kg/cm (30 000 psi) unter Bildung von fünf Preßlingen von etwa 12,5 cm Länge (5 inches) und 2,5 cm Durchmesser (1 inch) isostatisch gepreßt. Jeder dieser Preßlinge hatte ein Gewicht von etwa 425 f.ρ
2100 kg / cm (30,000 psi) isostatically pressed to form five compacts approximately 12.5 cm (5 inches) long and 2.5 cm (1 inch) in diameter. Each of these compacts weighed about 425 f.

009823/ 1 239009823/1 239

Die Preßlinge wurden zerkleinert, so daß der Ofen während jedes Brennvorganges mit etwa 250 bis 300 g beschickt werden konnte. Anschließend wurde der Ofen während etwa 10 Minuten zur Entfernung aller eingedrungener Luft mit Stickstoff ausgespült. Man ließ daraufhin Wasserstoffgas durch den Ofen strömen, der anschließend auf eine Temperatur von etwa 207O⁰C aufgeheizt und während drei Stunden bei dieser Temperatur gehalten wurde.The compacts were crushed so that the furnace could be loaded with about 250 to 300 g during each firing process. The furnace was then purged with nitrogen for about 10 minutes to remove any air that had entered. Then was allowed to flow hydrogen gas through the furnace, which was then heated to a temperature of about 207O ⁰ C and held for three hours at this temperature.

Nach dieser Zeit wurde die Energiezufuhr für den Ofen abgestellt und man ließ die gesinterten Preßlinge im Ofen unter Wasserstoffatmosphäre abkühlen.After this time, the energy supply for the furnace was switched off and the sintered compacts were left in the furnace Cool down hydrogen atmosphere.

Während des Abkühlens spalteten sich die Preßlinge unter Bildung von Teilchen auf, die nahezu rund und etwa 50 ,um groß waren. Alle Teilchen hatten offenbar im wesentlichen die gleiche Größe und wiesen eine Dichte von 98,2 % auf.During cooling, the compacts split up to form particles that were nearly round and about 50 µm in size. All of the particles appeared to be essentially the same size and have a density of 98.2 % .

Das für die in der folgenden Tabelle nachstehend aufgeführten Beispiele angewandte Verfahren war im wesentlichen das gleiche wie in Beispiel 1 mit den in der Tabelle angegebenen Abweichungen. Außerdem wurde das Material in den Beispielen 3 bis 10 mit Hilfe einer Form unter Anwendung eines Druckes von 3850 kg/cm² (55 000 psi) gepreßt.The procedure used for the examples set out in the table below was essentially the same as in Example 1 with the exceptions noted in the table. In addition, in Examples 3 through 10, the material was molded using a mold using a pressure of 3850 kg / cm ² (55,000 psi).

009823/ 1239009823/1239

TabelleTabel

Proben
Nr-rehearse
No- Zusammen
setzungTogether
settlement ienge des gesinter
ten Preßmaterialsienge of sinter
th press material Sintertempe- I
ratur (⁰C)Sintering temperature I
temperature ( ⁰ C) SinterzeitSintering time Abkühlgeschwindig
keit °C/min.Cooling speed
speed ° C / min. CVlCVl Urandioxid
und 0,2
Gew.? Al₂O,Uranium dioxide
and 0.2
Weight? Al ₂ O, ^ 60 g^ 60 g 20702070 3 h3 h 200°/min.200 ° / min. 3
O3
O Urandioxid
und 0,2
Gew.% Al₂O,Uranium dioxide
and 0.2
Wt.% Al ₂ O, 0,6 g
(einzelne TaÜette)0.6 g
(single TaÜette) 21002100 3 h3 h 1000/min.1000 rpm. ο η
co
m ο η
co
m UrandioxidUranium dioxide 0,6 g
(einzelne Tablette)0.6 g
(single tablet) 21002100 3 h3 h 100°/min.100 ° / min. OJOJ Urandioxid
und 0,6
Gew.? Al₂O,Uranium dioxide
and 0.6
Weight? Al ₂ O, 0,6 g
(einzelne Tablette)0.6 g
(single tablet) 21002100 3 h3 h 100°/min.100 ° / min. ΙΌ
co 6
coΙΌ
co 6
co UrandioxidUranium dioxide 0,7 g
(einzelne Tablette)0.7 g
(single tablet) 21002100 3 h3 h 100°/min.100 ° / min. 77th UrandioxidUranium dioxide 0,8 g
(einzelne Tablette)0.8 g
(single tablet) 21002100 3 h3 h 100°/min.
bis 1000°100 ° / min.
up to 1000 ° 88th Urandioxid
und 0,6
Gew.Ji Al₃O₅ Uranium dioxide
and 0.6
Weight Ji Al ₃ O ₅ 0,8 g
(einzelne Tablette)0.8 g
(single tablet) 21002100 3 h3 h 100°/min.
bis 1000°100 ° / min.
up to 1000 ° 99 Irandioxid
und 0,6
Gew.Ji Al₂O,Irane dioxide
and 0.6
Weight Ji Al ₂ O, 0,7 g
(einzelne Tablette)0.7 g
(single tablet) 21002100 6 h6 h 100°/min.100 ° / min. 1010 Ammoniumdi-
uranat und
3,3Gew.Ji TiAmmonium di-
uranate and
3.3 weight Ji Ti 0,7 g
(einzelne Tablette)
°2 0.7 g
(single tablet)
° 2 20002000 2 h2 h 300°/min.300 ° / min.

Fortsetzung TabelleContinuation table

Proben
Nr.rehearse
No.

1010

VerfahrensbesonderheitProcedural peculiarity

Sintern erfolgte j._n Hg mosphäre (Taupunkt = 6Sintering took place j. _n Hg atmosphere (dew point = 6

Sintern erfolgte in H₂ZH₀O-Atmosphäre (Taupunkt=0 C) Einführung von N_? während des Abkühlens bei 10QO⁰CSintering took place in H ₂ ZH ₀ O atmosphere (dew point = 0 C) Introduction of N _? while cooling at 10QO ⁰ C

Einführung von N- während des Abkühlens bei 100O⁰C Gebildetes ProduktIntroduction of N- during cooling at 100O ⁰ C Formed product

!Dichte des Produktes! Density of the product

Spaltung inSplit into

^LbO »um-Telichen^ LbO »um-Telichen

Spaltung inSplit into

Spaltung in ~60 ,um-Teilchen. Röntgenanalyse (Debye-Scherrer) ergab nur Urandioxid mit a_Q = 5,^708 ÄSplit into ~ 60 µm particles. X-ray analysis (Debye-Scherrer) only showed uranium dioxide with a _Q = 5, ^ 708 Ä

97,6T97.6T

Keine Spaltung. Unter Verwendung metallografischer Standardverfahren wurde j die Tablette aufgeteilt, poliert, angeätzt und metallografisch untersucht .Es) ergab sich eine Korngröße yon --17O /um No division. Using standard metallographic methods, the tablet was divided, polished, etched and examined metallographically. The result was a grain size of n --17O / µm

,6 % .6 %

Keine SpaltungNo division

Keine Spaltung. Tablette wurde untersucht wie in Beispiel 5.Es zeigte sich die Anwesenheit von Uran an den Korngrenzen. Die Körner zeigten sehr geringe Porosität No division. The tablet was examined as in Example 5. It was found the presence of uranium at the grain boundaries. The grains showed very little porosity

97,297.2

98,2 % 98.2 %

Keine Spaltung. Tablette wurde untersucht wie in Beispiel 7.Es zeigte sich die Anwesenheit von Uran an den Kornp-renzen. Die Körner zeigten sehr gerlnpe Pnrosität.No division. The tablet was tested as in Example 7. It was found the presence of uranium at the grain boundaries. The grains were very thin Promiscuity.

Spaltung inSplit into

um-Te11chenum-Te11chen

Spaltung in ~190 /um-TeilchenSplit into ~ 190 / µm particles

Die Beispiele 2, 3, 4, 9 und 10 der Tabelle veranschaulichen die vorliegende Erfindung. In jedem dieser Beispiele spaltete sich die gesinterte Tablette bzw. der Preßling unter Bildung nahezu gleichachsiger Teilchen, die im wesentlichen die gleiche Größe aufwiesen. Ein Vergleich der Beispiele 1 und 4 oder 2 und 3 ergibt, daß die jeweilige Menge des gesinterten Materials nicht kritisch ist. Außerdem zeigt ein Vergleich der Beispiele 1 und 2 oder 3 und 4 die Entstehung großer Teilchen durch Zugabe eines Kornwachstumsbeschleunigers bei einer vorfe gegebenen Wärmebehandlung. Eine längere Erwärmungszeit erlaubt größeres Kornwachstum und führt zu größeren Teilchen, wie dies die Beispiele 3 und 9 zeigen. Das Beispiel 10 zeigt, daß c ie vorliegende Erfindung mit Ammoniumdiuranat als Ausgangsmaaerial ausgeführt werden kann.Examples 2, 3, 4, 9 and 10 of the table illustrate the present invention. In each of these examples, the sintered tablet or compact split to form almost equiaxed particles that were essentially the same size. A comparison of Examples 1 and 4 or 2 and 3 shows that the respective amount of the sintered material is not critical. In addition, a comparison of Examples 1 and 2 or 3 and 4 shows the formation of large particles by adding a grain growth accelerator to a given heat treatment. A longer heating time allows greater grain growth and results in larger particles, as Examples 3 and 9 show. The example 10 shows that c ie present invention can be carried out with ammonium diuranate as Ausgangsmaaerial.

In den Beispielen 5 und 6 wurde die erforderliche Sinteratmosphäre aus trockenem Wasserstoff nicht verwendet und es trat während des Abkühlens in Wasserstoff keine Aufspaltung ein. Die Beispiele 7 und 8 zeigen, daß gleichfalls keine Aufspaltung eintritt, wenn die gesinterte Tablette nicht bei niedrigen Temperaturen in Wasserstoff abgekühlt wird, so daß sich Uranhydrid bilden kann. Ein Vergleich der Beispiele 3 und 5 zeigt, daß die Größe der nach der Spaltung gebildeten Teilchen im wesentlichen die Größe der in dem Preßling gebildeten Körner ist.In Examples 5 and 6, the required sintering atmosphere was from dry hydrogen not used and no decomposition occurred during cooling to hydrogen. Examples 7 and 8 show that also no splitting occurs if the sintered tablet is not at low levels Temperatures in hydrogen is cooled so that uranium hydride can form. A comparison of Examples 3 and 5 shows that the size of the particles formed after cleavage is essentially the size of those formed in the compact Grains is.

Das erfindungssemäP.e Produkt wird normalerweise in ein Fohr erepackt und das verschlossene Erzeugnis im Handel vertrieben. Insbesondere wird Urandioxid im allgemeinen in Rohre gepackt, die an einem Ende offen sind und aus einem Metall, wie beispielsweise rostfreiem Stahl oder aus Zirkonleerierungen bestehen. Diese Rohre weisen z.E. einen Durchmesser von 1,12 (1/2 inch) oder 0,6 cm (l/M Inch) und eine Länge· von mehr als einem Meter, d.h. bis etwa 3,5 m Länge auf. Um eine Pakkunpr der gewünschten Dichte zu erhalten, wird das Rohr imThe inventive product is normally in a Fohr unpacked and the sealed product sold in stores. In particular, uranium dioxide is generally packaged in tubes that are open at one end and made of a metal such as made of stainless steel or zirconium empties. These pipes have e.g. 1.12 (1/2 inch) or 0.6 cm (1 / M inch) in diameter and greater than or equal to length than one meter, i.e. up to about 3.5 m in length. In order to obtain a package of the desired density, the tube is placed in the

009823/1239 6AÖ OHtGiNAL 009823/1239 6AÖ OHtGiNAL

allgemeinen geschüttelt, anschließend evakuiert, mit einem Inertgas, wie z.B. Helium gefüllt und auf das offene Ende unter Inertgasatmosphäre ein Verschluß aufgeschweißt.generally shaken, then evacuated, filled with an inert gas such as helium and placed on the open end A closure welded on in an inert gas atmosphere.

009823/ 1 239009823/1 239

Claims (1)

- 18 Patentansprüche: - 18 patent claims: 1. Verfahren zur Herstellung von Kernbrennstoffteilchen aus Urandioxid, die im wesentlichen gleiche Achsen aufweisen, dadurch gekennzeichnet , daß pulverförmiges Urandioxid oder Ammoniumdiuranat zu Preßlingen gepreßt wird, die Preßlinge solange auf eine Temperatur von mindestens etwa 1900⁰C erhitzt werden, bis sich in ihnen Körner der gewünschten Größe gebildet haben, das Erhitzen in einer Atmosphäre aus trockenem Wasserstoff ausgeführt wird, der einen ausreichenden Taupunkt aufweist, so daß unterstöchiometrisches Urandioxid gebildet wird, das Abkühlen der Preßlinge in einer Wasserstoffatmosphäre geschieht, so daß Uran ausgeschieden und das ausgeschiedene Uran während des Abkühlens mit Wasserstoff angereichert wird, so daß Uranhydrid gebildet wird und die Preßlinge dadurch im wesentlichen in die in ihnen gebildeten Körner aufgespalten werden.1. A process for the production of nuclear fuel particles from uranium dioxide, which have essentially the same axes, characterized in that powdered uranium dioxide or ammonium diuranate is pressed into pellets, the pellets are heated to a temperature of at least about 1900 ⁰ C until they contain grains of the desired size, the heating is carried out in an atmosphere of dry hydrogen which has a sufficient dew point so that substoichiometric uranium dioxide is formed, the cooling of the compacts takes place in a hydrogen atmosphere, so that uranium is separated and the separated uranium is during the cooling process is enriched with hydrogen, so that uranium hydride is formed and the compacts are thereby essentially split into the grains formed in them. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß dem Pulver ein Kornwachsturnsbeschleuniger zugesetzt wird, ehe es zu Preßlingen gepreßt wird.2. The method according to claim 1, characterized that the powder contains a grain growth accelerator is added before it is pressed into pellets. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Kornwachstumsbeschleuniger aus der Gruppe Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Berylliumoxid und Titandioxid gewählt wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the grain growth accelerator from selected from the group of aluminum oxide, magnesium oxide, beryllium oxide and titanium dioxide. *<. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß dem pulverförmipen Urandioxid oder Ammoniumdiuranat, ehe es zu Preßlingen gepreßt wird, Uran zugemischt wird.* <. Process according to Claims 1 to 3, characterized in that uranium is added to the pulverulent uranium dioxide or ammonium diuranate before it is pressed into pellets. 009823/ 1239009823/1239 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis ¹J, dadurch gekennzeichnet , daß die Preßlinge bis oberhalb 400⁰C zuerst in einer Inertp;asatmosphäre abgekühlt werden.5. The method according to claims 1 to ¹ J, characterized in that the compacts are ^{first cooled to above 400 0} C in an inert atmosphere. 6. Kernbrennstoff, dadurch gekennzeichnet, daß er nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 5 hergestellt wird.6. Nuclear fuel, characterized in that it is produced according to the method of claims 1 to 5 will. 009823/1239009823/1239