DE2626446C3 - Verfahren zur Beschichtung von Teilchen für die Herstellung von Brenn- und/oder Absorberelementen für Kernreaktoren und Vorrichtung dazu - Google Patents
Verfahren zur Beschichtung von Teilchen für die Herstellung von Brenn- und/oder Absorberelementen für Kernreaktoren und Vorrichtung dazuInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beschichtung von Brennstoff-, Brutstoff- und/oder Absorbermaterial enthaltenden Teilchen durch Einleiten thermisch spaltbarer Gase in den
heißen Reaktionsraum einer Wirbelschichtanlage bei Temperaturen über 10000C mit Pyrolytkohlenstoff
und/oder pyrolytischen Karbiden. Solche Teilchen werden als Brennstoff bzw. als Absorberstoff zur
Neutronenabsorption in Brennelemente bzw. Absorberelemente eingebracht, die in Kernreaktoren, insbesondere in Hochtemperaturreaktoren, eingesetzt werden.
Brennelemente für Hochtemperaturreaktoren bestehen im allgemeinen aus Graphit als Strukturmaterial, in
das der Brennstoff und Brutstoff in Form von beschichteten Partikeln eingebracht ist. Diese beschichteten Partikeln sind kugelförmige Teilchen aus Karbiden und/oder Oxiden der Brenn- oder Brutstoffe,
insbesondere aus Uran und Thorium, die mit Schichten aus pyrolytischem Kohlenstoff, fallsweise auch aus
Silziumkarbid umhüllt sind (J. L Kaae, Journal of
Nuclear Materials 29 [1969], 249-266). Gegebenenfalls werden in die Brennelemente oder in besondere
Absorberelemente auch beschichtete Absorberparti
kein eingebracht, deren Kerne aus Borkarbid, anderen
Borverbindungen, z. B. Bonden, oder anderen Absorberverbindungen, z. B. Hafniumkarbid, bestehen.
Die Herstellung der beschichteten Partikeln erfolgt im allgemeinen durch Beschichten der Schwermetall
kerne in Wirbelbettanlagen. Dazu werden die Kerne in
einem senkrecht stehenden Graphitrohr, das unten mit einem konischen oder plattenförmigen Loch- oder
Frittenboden abgeschlossen ist, aufgeheizt. Durch den
Boden wird Trägergas, üblicherweise Argon, eingebla
sen und so die Partikelschüttung in Bewegung gehalten.
Das für die Beschichtung erforderliche spaltbare Gas, z. B. ein Kohlenwasserstoffgas, wird fallweise direkt
durch Bohrungen des Bettbodens eingeblasen, meist aber durch eine wassergekühlte Düse, bestehend aus
einer Düsenspitze mit langgestrecktem Zuleitungsrohr, eingeleitet, die in den Bettboden eingepaßt ist Der
Kohlenwasserstoff wird in der heißen Wirbelschicht der Schwermetallkerne pyrolytisch zersetzt, wobei sich der
Kohlenstoff als Schicht auf den Partikeln abscheidet und
der Wasserstoff mit dem Abgas abgeführt wird (P.
K ο s s, Ben der Deutschen Keramischen Ges, Bd. 34
[1966], Heft 3,239-245).
Außer Koklenwasserstoffgasen werden auch andere thermische spaltbare Gase eingesetzt, um andere Stoffe
als Schichten auf den Kernen abzuscheiden. So wird zur Herstellung von pyrolytischen Siliziumkarbidschichten
im allgemeinen Trimethylchlorsilan verwendet, und zur Abscheidung von Zirkoniumkarbidschichten wird Zirkoniumchlorid eingesetzt. Diese thermisch spaltbaren
Gase werden zur Erzielung eines geeigneten Reaktionsablaufs im allgemeinen mit einem Inertgas verdünnt, das
im Wirbelbett gleichzeitig als Trägergas oder als Ergänzung zu dem zusätzlich eingeführten Trägergas
zur Aufwirbelung der Wirbelschicht dient.
Neben dem Einleiten der Beschichtungsgase durch den Wirbelbettboden sind neuerdings gute Beschichtungsergebnisse auch durch Einleiten der Beschichtungsgase über eine wassergekühlte Düsenlanze von
oben in die Wirbelschicht erzielt worden (DE-OS
23 43 123).
Um einen störungsfreien Verlauf des Beschichtungsvorganges zu gewährleisten, muß das Beschichtungsgas
unterhalb seiner Zersetzungstemperatur in die Wirbelschicht eingeleitet werden, da sonst die Gaseinleitöff-
nungen schnell zuwachsen. Die Beschichtungstemperatur in der Wirbelschicht liegt über 10000C, meistens bei
etwa 1200 bis 20000C, und die Gaseinleitdüse steht in direktem thermischen Kontakt mit dem fast ebenso
heißen Boden des Reaktionsrohres. Die Abbildung 1
zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer wassergekühlten Gaseinleitdüse. In der Regel besteht die
Gaseinleitdüse aus Metallen, deren Schmelzpunkte unterhalb der Beschichtungstemperatur liegen. Eine
Ausnahme bildet üblicherweise nur die DUsenspitze 7,
bo die z. B. aus Molybdän gefertigt wird.
Bei einer solchen Wirbelbettanlage übernimmt die Gaseinleitdüse folgende Aufgaben:
Sie muß das Reaktionsrohr 2 mit dem Boden 1 im Heizrohr 3 zentrieren, die Gewichte des Reaktionsroh
res 2, des Bodens 1 und der Wirbelschicht 4 tragen, ein
ausreichend dichtes Verschließen des Reaktionsraumes zwischen Düsenkopf 5 und Boden 1 gewährleisten, das
Einleiten des Trägergases über den Ringspalt 6 in die
Wirbelschicht 4 und das Einleiten des Beschichtungsgases gegebenenfalls auch des Beschichtungsgas-ZTrägergas-Gemisches,
in die heiße Wirbelschicht ohne unzulässig hohe Erwärmung des Beschichtungsgases
ermöglichen, was eine ausreichende Abführung der Kontakt- und Strahlungswärme bedingt.
Solche Gaseinleitdüsen besitzen tci allgemeinen
weiterhin ein inneres Gaszuleitungsrohr 8 für das Beschichtungsgas, das von dem Trägergaszuleitungsrohr
11 umgeben ist, dessen Außenfläche gekühlt wird
mit Hilfe des Leitrohres 10 für das Kühlwasser. Nach außen abgeschlossen wird die Gaseinleitdüse durch den
metallischen Außenmantel 9.
Bei den bisher üblichen Konstruktionen für Gaseinleitdüsen können diese Aufgaben voll übernommen
werden, solange für eine ausreichende Wärmeabfuhr gesorgt wird. Wegen der sehr hohen spezifischen
thermischen Flächenbelastung zwischen dem heißen Reaktionsrohrboden 1 und dem Düsenkopf 5 glaubte
man bisher, eine genügende Kühlung nur mit Wasser erzielen zu können. Die Verwendung sonstiger Kühlmedien
war wenig erfolgreich.
Eine besondere Gefahr für die bisherigen Wirbelschichtofenanlagen,
insbesondere für die Gaseinleitdüse, besteht, wenn die Kühlwasserversorgung ausfällt, da
die in den heißen Ofenteilen (Reaktionsrohr, Boden, Heizrohr, Wirbelgut) gespeicherte Wärmemenge ausreicht,
um die Gaseinleitdüse bis in den Bereich der Schmelztemperatur zu erwärmen, selbst, wenn sofort
nach dem Kühlwasserausfall die Ofenheizung abgeschaltet wird.
Weiterhin wird bei der Herstellung und Verarbeitung von Kernbrennstoffen bekanntlich die kernphysikalisch
zulässige Menge an Spaltstoff, die in einem Behälter oder Apparat beliebiger Geometrie hantiert werden
darf, die sogenannte sichere Menge, stark durch die Gegenwart eines Moderators, z. B. Wasser, eingeschränkt
Bei Wirbelschichtofenanlagen mit wassergekühlter Gaseinleitdüse muß immer mit dem Störfall des
Wassereinbruches und dem Überfluten des Spaltstoffes durch Wasser gerechnet werden. Somit ist die je Charge
beschichtbare Menge an Schwermetallkernen durch die Wasserkühlung auf eine bestimmte Größe begrenzt, die
bei der durch das Beschichtungsverfahren vorgegebenen Geometrie sonst nur noch von der Art und
Zusammensetzung der Schwermetalle abhängig ist.
Zur Vermeidung dieser Begrenzung ist neuerdings vorgeschlagen worden, als flüssiges Kühlmedium
anstelle von Wasser Kohlenstoffverbindungen mit Chlor und Fluor einzusetzen, die in der Kühl- und
Klimatechnik vielfach verwendet werden. Diese Stoffe sind jedoch grundsätzlich schlechtere Wärmeträger als
Wasser und haben den Nachteil, daß sie sich bei den vorliegenden hohen Temperaturbelastungen in gewissem
Umfang thermisch zersetzen. Nachteilig ist ferner, daß diese Stoffe bei einer nie ganz auszuschließenden
Leckage im heißen Reaktionsraum Zersetzungsprodukte bilden, die aggressiv auf die im
Abgastrakt befindlichen Apparateteile einwirken. Diese Korrosionsgefahr ist besonders schädlich bei Anlagen,
in denen Brennstoffe und Brennelemente aus einem in einem Hochtemperaturreaktor aus Brutstoff erhaltenen
und anschließend aufgearbeiteten spaltbaren Brennstoff in einer fernbedienten Refabrikationsanlage hergestellt
werden, da in einer solchen Anlage alle Wartungsarbeiten sehr erschwert und teuer sind. In Refabrikationsanlagen
kommt als nachteilig hinzu, daß sich die chlor-/fluorhaltigen Kühlmedien allein schon durch die
radioaktive Strahlung des Wirbelgutes zersetzen.
Aufgabe der Efindung war es daher, zur Beschichtung von Teilchen für die Herstellung von Brennelementen
und/oder Absorberelementen für Kernreaktoren thermisch spaltbare Gase ohne ihre frülizeitige Zersetzung
in den heißen Reaktionsraum einer Wirbelschichtanlage mit Hilfe einer mit einem Kühlmedium gekühlten
Gaseinleitdüse mit langgestrecktem Zuleitungsrohr einzuleiten, ohne daß die eine frühzeitige Zersetzung
ίο der Gase verhindernde Kühlung eine wesentliche
Begrenzung der Einsatzmenge an Brennstoffkernen infolge kernphysikalischer Sicherheitsbestimmungen
oder die Gefahr einer aggressiven Einwirkung durch das Kühlmedium oder seine Zersetzungsprodukte mit sich
bringt
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß das Kühlmedium auschließlich gasförmig ist und
daß nur der axial innenliegende Teil der Zuleitung zur Düsenspitze der Gaseinleitdüse gekühlt wird und der
von außen eindringende Wärmestrom durch eine Wärmeisolation reduziert wird.
Besonders vorteilhaft ist es, das dem Wirbelbett zuzuleitende Trägergas gleichzeitig als Kühlmedium zu
verwenden.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bedient man sich vorteilhafterweise einer Vorrichtung,
die aus einer Wirbelschichtanlage mit der damit verbundenen Gasleitungsdüse besteht und dadurch
gekennzeichnet ist daß das Außenrohr der Gaseinlei-
jo tungsdüse aus einem hitzebeständigen Material mit
einer Schmelztemperatur oberhalb der Arbeitstemperatur der Anlage besteht und durch eine Isolierschicht von
dem vom Kühlmedium durchströmten, ebenfalls aus hitzebeständigem Material gefertigten, zentral in dem
J5 Außenrohr befindlichen Rohr getrennt ist.
Zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in Abbildung II, III und IV schematisch drei
beispielhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt.
Die Abbildung II zeigt eine gasgekühlte Gaseinleitdüse. Sie ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß ein
hitzebeständiges Außenrohr 25, z. B. aus Graphit, die Aufgaben übernimmt, das Reaktionsrohr 22 mit Boden
21 im Heizrohr 23 zu zentrieren, die Gewichte von
4) Reaktionsrohr 22, Boden 21 und Wirbelschicht 24
abzutragen sowie den Reaktionsraum ausreichend dicht abzuschließen.
Das Trägergas wird durch einen Ringspalt 27 und durch zusätzliche Bohrungen 31 im Kopfteil des
w Außenrohres 25 in die heiße Wirbelschicht eingeleitet,
das Beschichtungsgas strömt durch die hitzebeständige Düsenspitze 26 in den Reaktionsraum ein.
Die Aufgabe, Trägergas und Beschichtungsgas dem Düsenkopf zuzuleiten, übernehmen zwei konzentrisch
angeordnete Gasleitrohre 29 und 30, die vom heißen Außenrohr 25 durch eine hochwertige Isolation 28, z. B.
Graphitfilz, getrennt sind. In der Regel reicht bereits die durch den Ringspalt zwischen den Gasleitrohren 29 und
30 strömende Trägergasmenge aus, um die durch die
bo Isolation 28 tretende Wärmemenge in den Reaktionsraum abzuführen, ohne daß das durch das zentrale Rohr
30 strömende Beschichtungsgas bis auf die Zersetzungstemperatur erwärmt wird.
Die Verwendung von hitzebeständigem Material, z. B.
Die Verwendung von hitzebeständigem Material, z. B.
br> Graphit, für das Außenrohr 25 und z. 13. Molybdän für
die Düsenspitze 26 und die Gaseinleitungsrohre 29 und 30 hat den Vorteil, daß bei Ausfall der Kühlung das
gesamte Gaseinleitsystem funktionsfähig erhalten
bleibt. Durch einfache Maßnahmen, z. B. elektrische Verriegelung kann die Zufuhr von Beschichtungsgas
unterbrochen werden, sobald keine ausreichende Menge an Trägergas zur Kühlung mehr durch das
Düsensystem strömt. Damit wird ein Verstopfen des Gaseinleitsystems durch vorzeitige Zersetzung des
Beschichtungsgases sicher verhindert.
Bei der Verwendung eines Gases als Kühlmedium kann die bei einer Verwendung von Kühlwasser
vorhandene Gefahr eines Wassereinbruchs in das Wirbelbett mit Sicherheit ausgeschlossen werden,
wodurch sich eine um 10- bis 20fach größere Menge (sichere Menge) an Schwermetallkernen je Charge
beschichten lassen.
In den folgenden Beispielen werden Verfahrensvarianten
und Auslegungsvarianten für die Durchführung der Erfindung dargelegt:
Eine 3-kg-ThO2-Kerne-Charge mit einem mittlerer
Kerndurchmesser von 600 μΐη wurde mit der in
Abbildung II dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Beschichtungsanlage mit Pyrolytkohlenstoff
beschichtet. Das verwendete Wirbelbett hatte einen Innendurchmesser des Arbeitsrohres 22, auch als
Bettdurchmesser bezeichnet, von 170 mm, die Gaseinleitrohre 29 und 30 hatten Innendurchmesser von lOmrr
bzw. 4 mm, der Außendurchmesser des Außenrohres 25 betrug 80 mm, und die Isolationsschicht aus Graphitfilz
hatte eine Schichtdicke von etwa 25 mm. Die Beschich tung erfolgt unter Normaldruck. Die Beschichtungspa
rameter sowie die erzielten Ergebnisse sind in dei Tabelle 1 wiedergegeben. Eine Verstopfung der Düse
wurde nicht beobachtet.
Beschichtungsparameter | 3,5 | Schichteigenschaften | 92 |
Puffer-Schicht | 3,5 | 8,9 | |
Gasfluß (NmVh) Argon: | 1450 | Schichtdicke (μηι) | 1,09 |
Gasnuß (Nm3h) C2H2: | Standardabweichung (μίτι) | ||
Temperature C) | 3,5 | Schichtdichte (g/cm3) | 71 |
Isotrope Außenschicht | 2,7 | 7,8 | |
Gasfluß (NmVh) Argon: | 1300 | Schichtdicke (μηι) | 1,85 |
Gasfluß (NmVh) C3H6: | Standardabweichung (μηι) | 4,2 | |
Temperatur (0C) | Schichtdichte (g/cm3) | ||
Aufwachsgeschwindigkeit | |||
(μπι/ΐηϊη) | |||
Beim Herstellen der Pufferschicht entsprechend Tabelle 1 beträgt die Beschichtungstemperatur 1450° C,
und es strömen 3,5 Nm3 C2H2Zh (Azethylen) durch das
innere Gaseinleitrohr 29 und 3,5 Nm3 Ar/h durch den Ringraum zwischen Rohr 29 und Rohr 30. Der
Wärmefluß durch die Graphitfilzisolation 28 beträgt bei der Länge des Gasleitsystems von 400 mm und bei
einem Wärmeleitwert von 0,3 kcal/m · h · grd unter der Annahme gleichbleibender Temperatur von 1450° C
über die ganze Länge des Außenrohres 25 mit einem Außendurchmesser von etwa 80 mm nur etwa
500 kcal/h, was einer Erwärmung des Beschichtungsgasstromes bei einer Wärmedurchgangszahl »Ar« des
Systems von etwa 0,85 kcal/m · h · grd von weniger als 2000C entspricht. Eine Temperaturerhöhung des Beschichtungsgases
im Bereich der Düsenspitze 26, die für eine Länge von maximal 20 mm unmittelbar dem
wärmestrahlenden, ca. 1450° C heißen Außenrohr 25 ausgesetzt ist (Verweilzeit bei einem Durchmesser von
2$ mm etwa 0,1 msec), bleibt mangels Wärmeaustauschfläche
zwischen Düse und Beschichtungsgas auf weniger als 10O0C beschränkt. Die Temperatur des Beschichtungsgases
bleibt also im Gaseinleitsystem weit untei der Zersetzungstemperatur des Beschichtungsgases vor
mehr als 75O0C. Bei den in Tabelle 1 aufgeführter Abscheidungsbedingungen für die Außenschicht sine
die Wärmeströme geringer und daher die Temperaturanstiege niedriger.
3 kg ThO2-Kerne mit einem mittleren Durchmesse!
von 600 μΐπ wurden mit der in Beispiel 1 beschriebener
Vorrichtung (nach Abbildung II) mit einer Vierfachschicht versehen, wobei als dritte Schicht ein«
SiC-Schicht aufgebracht wurde. Die als 2. und 4. Schichi
abgeschiedenen hochdichten isotropen Kohlenstoff schichten wurden aus einem Kohlenwasserstoffgemisch
bestehend aus Proben und Azetylen, abgeschieden.
Die Beschichtungsparameter sowie die erzielter Ergebnisse sind in der Tabelle 2 wiedergegeben. Auch
hier wurde keine Verstopfung der Düse beobachtet
Beschichiungsparameter
Schichteigenschaften
Puffer-Schicht | 3,5 | Schichtdicke (um) | 86 |
Gasflufl (NmVh) Argon: | 3,5 | Standardabweichung (μτη) | 8,8 |
Gasfluß (NmVh) C2H2: | 1450 | Schichtdichte (g/cm3) | 1,02 |
Temperatur ("C) | |||
Fortsetzung | 26 26 | 446 | 8 | Schichteigenschaften | 39 | |
7 | Beschichtungsparameter | 43 | ||||
Isotrope Innenschicht | Schichtdicke (μπι) | 1,86 | ||||
Gasfluß (NmVh) Argon: | Standardabweichung (μιη) | 4,4 | ||||
GasfluB (Nm3/h) C3H6ZC2H2: | Schichtdichte (g/cm3) | |||||
Temperatur (0C) | 3,5 | Aufwachsgeschwindigkeit | ||||
3,2 | (μΐη/min) | 28 | ||||
1300 | 2,0 | |||||
SiC-Schicht | Schichtdicke (μm) | 3,20 | ||||
Gasfluß (NmVh) H2: | Standardabweichung (μιη) | 0,4 | ||||
Gasfluß (NmVh) H2/Silan: | Schichtdichte (g/cm3) | |||||
Temperatur (0C) | 8,5 | Aurwachsgeschwindigkeit | ||||
1,0 | (μιη/min) | 41 | ||||
!500 | 5,1 | |||||
Isotrope Außenschicht | Schichtdicke (μπι) | 1,85 | ||||
GasfluQ (Nm3Zh) Argon: | Standardabweichung (μπι) | 4,0 | ||||
Gasfluß (NmVh) C3H6ZC2H2: | Schichtdichte (g/cm3) | |||||
Temperatur (0C) | 3,5 | Aufwachsgeschwindigkeit | ||||
3,2 | (um/min) | |||||
1300 | ||||||
Weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den im folgenden beschriebenen Abbildungen IH und IV verdeutlicht.
Die Abbildung III zeigt eine gasgekühlte Gaseinleitdüse, bei der das Trägergas nicht zur Wärmeabfuhr
herangezogen werden kann oder nicht ausreicht
Bei dieser Vorrichtung ist das Trägergasrohr 39 von einem Kühlmantelrohr 42 mit einem dazwischenliegenden Kühlgasleitrohr 41 umgeben, und die durch die
Isolation 38 tretende Wärmemenge wird über den Kühlmantel durch separat angeschlossenes Kühlgas
abgeführt Die übrigen Teile entsprechen den in Abbildung II gezeigten Teilen: Das Reaktionsrohr 32
mit Boden 31 enthält die Wirbelschicht 34 und ist umgeben vom Heizrohr 33. Das hitzebeständige
Außenrohr 35 trägt in seinem Kopf Bohrungen 37 für die Zuführung des Trägergases und die Düsenspitze 36
zur Zuführung des Beschichtungsgases, das durch das Rohr 40 der Düsenspitze zugeleitet wird.
Wie in den Abbildungen II und III gezeigt, kann erfindungsgemäß das Kühlmedium entweder das
Trägergas sein, das die beim Kühlen der Isolationsinnenwand aufgenommene Wärmemenge in das Wirbel-
bett einbringt, oder es wird nach Abbildung III ein zusätzlicher Gasstrom zugeführt, der die Wärme von
der Isolationsinnenwand abführt Die letztere, aufwendigere Verfahrensvariante ist erforderlich, wenn die
dem Wirbelbett durch die Düse zuzuführende Trägergasmenge zu gering ist, um die auftretende Wärmemenge abzuführen.
Abbildung IV zeigt eine Vorrichtung mit einer von oben in das Wirbelbett 53 eintauchenden gasgekühlten
Gaseinleitdüse. Sie setzt sich entsprechend der Vorrichhing in Abbildung ΙΠ zusammen aus dem hitzebeständigen Außenrohr 44, bestehend z. B. aus Graphit, aus der
hochwertigen Isolationsschicht 45, ζ. Bi aus Graphitfilz,
aus dem Kühlmantelrohr 46, dem Kühlgasleitrohr 47, dem Trägergasrohr 48 und dem innenliegenden
Beschichtungsgasrohr 49 mit angeschlossener Düsenspitze 50, die umgeben ist vom Kopf des hitzebeständigen Außenrohres 44 mit den im Kopf befindlichen
Bohrungen 51, durch die das die Düsenspitze umspülende Inertgas in den Wirbelraum 52 geleitet wird. Die
Düse mit Düsenspitze 50 endet in einem gewissen Abstand über den im Wirbelbett befindlichen fluidisierten Partikeln 52 innerhalb des Reaktionsrohres 53, das
von dem Heizrohr 54 umgeben ist Das Wirbelbett ist unten abgeschlossen durch den Bettboden 56, durch
dessen Bohrungen bzw. Spalte 55 von unten das zum Wirbeln erforderliche Trägergas eingeleitet wird, das
dem Bettboden mit Hilfe des hitzebeständigen Rohres 58 mit Zentralkanal 57 zugeleitet wird.
Bei der in Abbildung IV dargestellten Zuführung des Beschichtungsgases von oben in das Wirbelbett bei der
die Düsenlanze eine lange Strecke in das heiße Reaktionsrohr eintaucht und dicht über der Wirbelschicht endet wird das Beschichtungsgas beim Austritt
aus der Düsenspitze nur von einer kleinen Menge Inertgas umspült, um ein Zuwachsen der Düsenspitze zu
vermeiden, während das Trägergas von unten in das Wirbelbett eingeleitet wird. Auch hier kann das
Trägergas, bevor es von unten in das Wirbelbett eingeleitet wird, als Kühlgas durch die oben im Bett
befindliche Gaseinleitdüse geführt und dabei aufgewärmt werden.
Als Trägergas wird im allgemeinen Argon oder Helium verwendet, in Sonderfällen auch Wasserstoff,
entweder allein oder im Gemisch mit Argon oder Helium. Zur Vermeidung von korrosiven Einwirkungen
muß das gegebenenfalls zusätzlich zum Trägergas verwendete Kühlgas ein Inertgas sein, d.h., es darf
keinen Sauerstoff oder eine Sauerstoffverbindung enthalten. Vorzugsweise wird Argon oder Helium
verwendet, andere Edelgase oder sauerstofffreier Stickstoff sind aber ebenfalls einsetzbar.
Zur Reduzierung des Betriebsaufwandes kann die Kühlgasmenge, die gegebenenfalls zusätzlich zu dem
Trägergas erforderlich ist, im Kreislauf über ein wassergespeistes Kühlaggregat umgepumt werdea
809 650/436
Claims (4)
1. Verfahren zur Beschichtung von Brennstoff-, Brutstoff- und/oder Absorbermaterial enthaltenden
Teilchen für Brenn- und/oder Absorberelemente in Kernreaktoren durch Einleiten thermisch spaltbarer
Gase in den über 1000° C heißen Reaktionsraum
einer Wirbelschichtanlage mit Hilfe einer mit einem Kühlmedium gekühlten Gaseinleitdüse mit langgestrecktem Zuleitungsrohr, wobei die spaltbaren
Gase nach dem Austritt aus der Düse zersetzt, die Zersetzungsprodukte auf den in der Wirbelschicht
vorhandenen Brennstoff-, Brutstoff- oder Absorberteilchen abgeschieden und diese beschichteten
Teilchen in Brennelemente oder Absorberelemente eingebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium ausschließlich gasförmig
ist und daß nur der axial innenliegende Teil der Zuleitung zur Düsenspitze der Gaseinleitdüse
gekühlt wird und der von außen eindringende Wärmestrom durch eine Wärmeisolation reduziert
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Wirbelbett zugeleitete
Trägergas als Kühlmedium verwendet wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, bestehend im
wesentlichen aus einer Wirbelschichtanlage und einer damit verbundenen Gaseinleitungsdüse, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (25) der
Gaseinleitungsdüse aus einem hitzebeständigen Material mit einem Schmelzpunkt oberhalb der
Arbeitstemperatur der Anlage besteht und durch eine Isolierschicht (28) von dem vom Kühlmedium
durchströmten, ebenfalls aus hitzebeständigem Material gefertigten, zentral in dem Außenrohr (25)
befindlichen Rohr (29) getrennt ist
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (39), durch welches
Trägergas oder Inertgas dem Reaktionsraum zugeleitet wird, mit einem Kühlmantel (42) für eine
zusätzliche Kühlung mit einem Kühlgas umschlossen ist.
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