WO2007065836A1 - Nuclear fuel containing a burnable poison and method of manufacturing such a fuel - Google Patents
Nuclear fuel containing a burnable poison and method of manufacturing such a fuel Download PDFInfo
- Publication number
- WO2007065836A1 WO2007065836A1 PCT/EP2006/069091 EP2006069091W WO2007065836A1 WO 2007065836 A1 WO2007065836 A1 WO 2007065836A1 EP 2006069091 W EP2006069091 W EP 2006069091W WO 2007065836 A1 WO2007065836 A1 WO 2007065836A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- boron
- fuel
- glass
- pellets
- mass
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C7/00—Control of nuclear reaction
- G21C7/02—Control of nuclear reaction by using self-regulating properties of reactor materials, e.g. Doppler effect
- G21C7/04—Control of nuclear reaction by using self-regulating properties of reactor materials, e.g. Doppler effect of burnable poisons
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/42—Selection of substances for use as reactor fuel
- G21C3/58—Solid reactor fuel Pellets made of fissile material
- G21C3/62—Ceramic fuel
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/42—Selection of substances for use as reactor fuel
- G21C3/58—Solid reactor fuel Pellets made of fissile material
- G21C3/62—Ceramic fuel
- G21C3/623—Oxide fuels
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Definitions
- the present invention relates to a nuclear fuel based on uranium oxide comprising boron, as a consumable neutron poison and to a process for the production in the form of pellets of such a fuel.
- Nuclear fuel pellets of this type can be used in nuclear reactors such as pressurized water reactors.
- the fuel which is used in the core of a nuclear reactor has the role of providing energy in the form of heat by fission of the nuclides (uranium, plutonium, thorium, ...) which it contains, under the neutron action.
- the nuclides uranium, plutonium, thorium, ...) which it contains, under the neutron action.
- PWR pressurized water reactors
- part of the fuel present in the reactor core (up to 30% of the total fuel present in the core) can be MOX fuel (Mixed Oxide fuel) comprising a mixture of uranium oxide and plutonium oxide (the plutonium oxide content in the fuel can be between 3% and 7.5% depending on the location in the core).
- MOX fuel Mated Oxide fuel
- the plutonium oxide content in the fuel can be between 3% and 7.5% depending on the location in the core.
- the addition of plutonium in the fuel has the disadvantage of increasing reactivity of the heart because the 239 Pu of plutonium oxide is more reactive than the 235 U of uranium oxide, in particular, during the "critical in terms of reactivity" phases of starting the reactor, d '' or power variation.
- control and command bars which contain boron, in the form of B 4 C and a ternary absorbent alloy Silver-Indium-Cadmium (AIC), constitute the first means of regulating, or even eliminating (in case of emergency) the neutron flux in which all the fuel rods bathe.
- AIC Silver-Indium-Cadmium
- Adding boric acid H 3 BO 3 to the primary circuit is a second way of regulating reactivity.
- isotopes like 155 Eu, 157 Gd, 164 Dy have a neutron efficiency well suited to a domain of the neutron spectrum resulting in numerous peaks (or resonances) for particular values of the kinetic energy of the neutrons.
- gadolinium is an excellent consumable neutron poison.
- the two isotopes 155 Gd and 157 Gd have very high capture sections.
- the second criterion to take into account concerns the exhaustion kinetics which, for high combustion rate objectives, must be spread over time.
- the third criterion to take into account concerns the adaptation to the neutron spectrum and more precisely the way in which this cross section varies as a function of the kinetic energy of the neutrons. This adaptability plays an important role in the stability of steering.
- the fourth criterion to take into account concerns the easy availability of the element so as not to require an additional enrichment operation.
- the different elements Gd, Er, Eu, Dy, Hf each have advantages.
- Europium has an effective cross section of high neutron absorption.
- the advantage of this element lies in its reaction products which are themselves good absorbents, which increases their lifespan.
- Erbium which has a lower absorption cross-section than Gd or Eu, is an element suitable for very long life cycle management. On the other hand, it participates in a slight degradation of the thermal conductivity of the fuel.
- the isotope 10 B (natural boron is a mixture of the isotopes 10 B (19.8% m ) + 11 B (80.2% m )), has, compared to the other absorbents, an effectiveness in a very broad spectrum, from fast neutrons to thermal neutrons, which prompts its use for piloting PWRs.
- the capture reaction, of type (n, ⁇ ), is given below:
- the isotope 10 B makes it possible to comply with all the criteria described above, since its absorption efficiency is good, the enrichment process is industrially controlled and its behavior under irradiation is well known (the effective section of absorption of nuclide 7 Li produced by absorption of a neutron, is negligible).
- a first type of process consists of coating the pellets or covering them with a film.
- Document US 4560575 describes the coating of fuel pellets (UO 2 , ThO 2 or PuO 2 ) with BN.
- the fuel pellet is exposed to a gas stream of boron trichloride and anhydrous ammonia at a temperature of about 600-800 ° C. At these temperatures, the problem of corrosion of uranium oxide by hydrochloric acid does not arise.
- a boron nitride layer is formed by the product of the reaction of boron trichloride with anhydrous ammonia on the fuel pellet: BCl 3 + NH 3 ⁇ BN + 3 HCl.
- Document WO 9508827 proposes a nuclear fuel comprising boron particles and / or a boron compound coated with a film retaining boron.
- the film can be metallic (alloy or simple body), or ceramic (carbide, nitride, silicide or oxide).
- boric anhydride B 2 O 3 which forms on contact with UO 2 , melts at 45O 0 C to volatilize at 1000 ° C., that is to say at a temperature below that usually reached when sintering raw uranium oxide pellets.
- Document FR2 814 584 proposes a process for the direct incorporation of boron into the fuel with stabilization of the latter, in order to limit the losses of boron during the manufacture of the pellets.
- the nuclear fuel based on UO 2 comprises a consumable poison comprising boron dispersed in the fuel in the form of metal boride and glass containing boron.
- the addition of glass makes it possible to solve the problem of the formation of boric anhydride B 2 O 3 from 1000 ° C. Thanks to the association of a glass containing boron with a boride such as titanium boride TiB 2 , the zirconium boride ZrB 2 and the hafnium boride HfB 2 , a vitreous phase is formed around this boride, protecting it from oxidation.
- the glass promotes the distribution of the neutron absorbing phase at the grain boundaries and gives the pellet a certain plasticity at high temperature, which is an advantage under the conditions of use in the reactor.
- the glass used in document FR 2 814 584 containing boron is a borosilicate having a mass boron content of 4%.
- the manufacturing process includes the steps of preparing a mixture of nuclear fuel powder, metal boride and boron-containing glass, shaping the powder into raw pellets, sintering the pellets at a temperature between 1200 0 C and 1300 0 C and from reduction under hydrogen of the pellets at a temperature between 800 ° C. and 1000 ° C.
- the maintenance rate is understood to mean the ratio between the amount of boron in the fuel when it is ready for use and the amount of boron introduced into the mixture at the start of fuel fabrication.
- a nuclear fuel comprising, among other things, a glass with 7% of boron associated with diboride of titanium, made it possible to obtain a very good distribution of boron throughout the fuel, while having a boron content very close to that of the raw mixture.
- a nuclear fuel based on uranium oxide for example uranium oxide or MOX
- uranium oxide or MOX of a glass comprising 7% by mass of boron and titanium diboride
- the inventors have observed a marked reduction in the overstoichiometry in the sintered pellets produced from the fuel according to the invention, the ratios amount of oxygen to the amount of uranium measured being close to 2.
- the reduction step which aims to reduce this overstoichiometry, is no longer necessary.
- the elimination of this step has the advantage of reducing the fragility of the pellets.
- the nuclear fuel according to the present invention additionally offers a high boron retention rate. limiting to a minimum the oxidation of the boride into B 2 O 3 liable to vaporize.
- the present invention therefore mainly relates to a nuclear fuel based on uranium oxide, comprising a consumable poison formed by boron, the boron introduced into the fuel being contained in titanium diboride and in glass, the glass comprising 7% by mass of boron.
- the fuel according to the invention preferably has a mass content of boron of
- the glass advantageously has a glass transition temperature approximately equal to 500 ° C.
- the glass can comprise from 20 to 25% by mass of B 2 O 3 and from 65 to 70% by mass of silicon oxide SiO 2 .
- the nuclear fuel can be uranium oxide or a mixed uranium-plutonium oxide UO 2 -PuO 2 .
- the present invention also relates to a method for manufacturing nuclear fuel pellets according to the present invention, comprising the steps
- the method according to the invention may also include a step of granulating the mixture obtained at the end of step a), during which wafers with a diameter greater than that of the desired pellets, are produced by pressing under a pressure of 1 'order of 80 MPa, then crushed and forced through a sieve.
- Sintering step c) may include a first temperature rise phase at a speed of 2.5 ° / min, a second stage phase of 4 hours at a temperature between 1200 ° C. and 1300 ° C., and a third phase decrease in temperature by 5 ° / Min until reaching room temperature.
- FIG. 1 is a table grouping together the compositions of the different samples studied
- FIG. 2 represents micrographs of a fuel according to the invention (BORE 3) and of two other fuels (BOREl and BORE 2),
- FIG. 3 is a graphical representation of thermogravimetric measurements on the fuel according to the invention and on two others mixtures comprising 7% glass and a metal boride other than TiB2,
- FIG. 4 is a representation of a thermal sintering cycle implemented in a method according to the present invention.
- the nuclear fuel according to the present invention is manufactured using a nuclear material based on uranium oxide, a glass comprising 7% by mass of boron and titanium diboride TiB 2 .
- the nuclear fuel can be uranium oxide or a mixed uranium oxide-plutonium oxide compound, MOX type.
- the increase in the mass percentage of boron in the glass makes it possible to increase the glass / boride ratio, for the same boron content introduced into the nuclear fuel. Indeed, the glass providing more boron, it is possible to reduce the amount of boride in the form of TiB2 introduced into the mixture. This is particularly interesting, since on the one hand the glass does not lose its boron in temperature, and on the other hand during sintering the glass softens and is distributed between the grains and coats the boride, protecting it from oxidation. Thus the increase in the glass / boride ratio makes it possible to effectively protect the boride and promotes the maintenance of the boron.
- the mass content of boron in nuclear fuel is between 100 ppm and 1000 ppm, and advantageously equal to 500 ppm.
- the glass used in mixture with nuclear fuel based on uranium oxide has a resistance to relatively oxidizing atmospheres. In addition, it is fluid enough to flow within the grains and to coat the boride, however avoiding causing a disintegration of the pellet in the manufacturing temperature range of use of the pellets, in particular between 800 ° C. and 1200 0 C.
- VOIB glass has the characteristics reproduced in the first line of Table I below, in the second line are indicated the characteristics of the Duran ® glass used in the prior art.
- VOIB glass in particular has a mass percentage of B 2 O 3 of 13% and a mass percentage of silicon oxide SiO 2 of 81%.
- the glass chosen has a sufficiently low viscosity between 500 ° C. and 1000 ° C., typically 10 13 ' 3 poises at 500 ° C., to be sufficiently liquid between 500 ° C and 1000 0 C to coat the boride in solid form or boric anhydride before its vaporization, and to distribute itself between the grains so as to have a homogeneous distribution.
- compositions of the BORE 1, BORE 2 and BORE 3 mixtures are grouped in the table in FIG. 1.
- the characteristics of the pellets at the end of the manufacturing process to comply with the specifications i.e. the total mass loss during the process, the ratio of oxygen atoms to the ratio of uranium atoms 0 / U, the dimensional characteristics of the pellets (diameter and height) and the density, were also measured.
- the mass of each pellet (raw then sintered) is measured for example using a Mettler balance of type AT250 (precision 0.1 mg) and given, to the nearest 0.01 g.
- each pellet is measured at three points, top (Dl), middle (D2), and bottom (D3) using a Zygo 1202B laser micrometer (precision 1 ⁇ m), the diameters being given at 0, 01 mm close.
- the average diameter is determined using the following formula:
- each tablet is measured using the SONY ⁇ -mate device (precision 1 ⁇ m).
- the height of each column of ten tablets is given to the nearest 0.1 mm.
- the geometric density is calculated with an accuracy of ICT 2 g / cm 3 .
- pellets are analyzed for exhaustive determination of the banal and capturing impurities of the UO 2 used and for the development of the dilution process by mixing-grinding in ethanol medium.
- the boron content is determined on two tablets. A whole tablet is used to determine the average boron content. Four to six sections of the 2 nd pellet are analyzed separately in order to assess the homogeneity of the boron in the pellet. The determination of boron is supplemented by that of the counter-elements associated with it in the additives, ie Si, Al, Na, K and Ti.
- the analysis takes place in three stages. First, the pellet or the section of sintered pellet is dissolved in an HNO 3 / HC1 mixture, a mixture of sulfuric acid and hydrofluoric acid can also be used. Then, a liquid-liquid extraction of uranium is carried out using a mixture TBP (tributylphosphate of formula (C 4 H 9 O) 3 PO) + dodecane (Ci 2 H 2 6) • An analysis of the different phases (except that containing uranium) is carried out by ICP-AES (Atomic Emission Spectrometry-Inductive Coupled Plasma Source) which allows the determination of elements at high contents as well as in the form of traces.
- TBP tributylphosphate of formula (C 4 H 9 O) 3 PO) + dodecane (Ci 2 H 2 6)
- ICP-AES Atomic Emission Spectrometry-Inductive Coupled Plasma Source
- the mass losses due to the various operations were estimated.
- the table in FIG. 1 groups together the estimation of the mass losses for the different samples BORE 1, BORE 2 and BORE 3. It is assumed that these losses do not modify the contents used, in other words that there is no no selective loss of any of the additives.
- the process according to the present invention therefore requires less energy and less time.
- Table V below makes it possible to compare the superstoichiometry of the fuel according to the present invention with that of a raw control, of a sintered control. It appears that the fuel according to the present invention has a very low superstoichiometry corresponding to a 0 / U 2.025 ratio (the 0 / U ratio to stoichiometry being 2), and therefore a reduction step to approach the stoichiometry appears to be not being necessary.
- Raw tablet 506 705 73 764 For the BORE 3 sample which corresponds to the fuel according to the present invention, the boron content after sintering is relatively close to that before sintering (raw pellet).
- the boron retention rate is very high since it is around 90% on average (ratio between the content in the whole sintered tablet and the boron content in the raw tablet).
- Section 6 440 ⁇ 40 ⁇ 10 60 ⁇ 20 ⁇ 20
- the distribution of boron in the pellet is very variable. Indeed, there is a great dispersion between the contents measured in the different sections.
- the boron content can vary between 200 ⁇ 20 and 340 ⁇ 40 between two sections; for BORE 2, the boron content varies from 195 ⁇ 40 to 440 ⁇ 40.
- the dosages indicate a very low maintenance of boron between 20% and 80% approximately.
- FIG. 2 one can see a photograph obtained in optical microscopy of BORE 3 and by way of comparison of the photographs of BORE 1 and BORE 2.
- the sintered samples are cut transversely using a diamond wire saw.
- the wire is constantly cooled under running water.
- the pellets are first polished under water using a Triefus polisher and polishing cloths with fixed abrasive particles (SiC) of decreasing particle size (400, 800 and 1200 corresponding particles with an average diameter of 35, 21.8 and 15.3 ⁇ m respectively).
- the last step is a diamond paste polishing to obtain a mirror polish.
- the samples are washed with ultrasound between each step of changing the polishing cloth.
- a chemical attack is carried out at room temperature with a solution containing 20 volumes of H 2 O, 2 volumes of H 2 O 2 and 1 volume of H 2 SO 4 .
- the attack time varies according to the sample (from 3 to 10 minutes).
- Observations under the optical microscope at different magnifications are made on the samples (at the edge and in the center of the pellets) before and after attack.
- the observations at low magnifications of the non-attacked samples aim to assess the distribution of pores within the pellets. Those with high magnifications of the attacked samples make it possible to locate the porosity and to determine the size of the grains.
- the BORE 3 pellet has fairly irregular grains and clearly less angular than those of a uranium oxide pellet: there is a tendency to spheroidization of the grains of the borated pellets. Compared to the control tablet, the grain size of the borated tablets is not very different: there is a slight increase in size for the addition of boride + glass mixture (BORE 3).
- the fuel according to the present invention therefore fulfills the criteria required for a nuclear fuel.
- the pellets of BORE 1 and BORE 2 have a relatively homogeneous mixed porosity.
- Table IX regroups the porosity values, the grain size as well as the relative density values based on the metrology results for the fuel according to the invention BORE 3. For comparison, the values of the fuel characteristics indicator, BORE 1 and BORE 2 are also indicated.
- FIG. 3 represents the gravimetric curves A, B and C produced respectively on mixtures comprising VOIB glass and a metal boride, such as TiB 2 , SiB 6 and AlBi 2 .
- the thermal cycle is that indicated D.
- Table X groups together the mass ratios between the VOIB glass and the metal boride for the mixtures mentioned above.
- the VOIB / TiB 2 mixture according to the present invention appears to be more efficient than the VOIB / SiB 6 mixture.
- Table XI below groups together the mass loss values for the mixture according to the invention and the VOIB / AIB12 and VOIB / SiB 6 mixtures.
- the present invention relates to a combination between the boron content of the glass and the choice of metallic boride, that is to say titanium diboride.
- This process comprises the stages: a) mixing powders of nuclear fuel, titanium diboride and glass comprising 7% by mass of boron and homogenization of the mixture obtained by grinding;
- the method may include a step of granulating the mixture obtained at the end of step (a).
- the compression can be of the cold compression type.
- step a the proportions of boride powder and of glass powder used are adjusted so that the crystallized compound (boride) introduces the desired amount of boron, for example 500 ppm, and that the glassy compound either in sufficient quantity to coat the latter.
- step a) the different products
- nuclear fuel for example uranium oxide or
- MOX, metal boride and glass are weighed beforehand and then mixed in a grinding jar.
- the grinding jar is advantageously made of WC tungsten carbide topped with balls of tungsten carbide, for example twenty, and of diameter 10 mm.
- a teflon seal specifically designed to minimize the spread of doped UO 2 powder, can equip the jars.
- tungsten carbide is a very hard material, it allows efficient co-grinding without significant contamination of the jar.
- the mixture can be homogenized by co ⁇ grinding in ethanol medium using a planetary mill for 2 hours. The mixture is then placed in an air oven at a temperature of 50 ° C. for approximately 12 hours. The powder obtained is homogeneous in crystallized and glassy additives. The mixture is then forced through a 200 ⁇ m mesh opening sieve.
- a first step firstly mixing the boride and glass powders, for example with the planetary grinder in the alcoholic liquid phase,
- wafers with a diameter of approximately twice as large as the final target diameter are produced in a uniaxial compression press by applying a relatively low pressure of the order of 80 MPa, and at temperature ambient.
- the wafers obtained are then crushed in a mortar and forced through a sieve with a mesh opening of 200 ⁇ m.
- Granulation improves the flowability of the powder mixture and the filling of the press die during pelletizing.
- step b) the mixture obtained is pressed in the form of raw pellets having the desired dimensions.
- the pressing is carried out for example using a uniaxial compression press similar to that used in the granulation step, this operation also being carried out at ambient temperature. Pressing is carried out at a pressure between 350 MPa and 500 MPa.
- the manufacturing process is called DCN (Double Normal Cycle) with a pelletizing pressure Ppastiiiage higher than that of granulation P gr anuiation-
- the pressing step is similar to that practiced during the manufacture of combustible pellets in the state of technique for a pressurized water nuclear reactor, that is to say by uniaxial pressing under a pressure of 400 to 600 MPa. Consequently, this will not be described further.
- step c) the raw pellets are sintered under conditions favoring the maintenance of boron in the ceramic and avoiding or minimizing its oxidation to volatile boric anhydride.
- Sintering is then carried out at a relatively low temperature, for example between 1250 ° C. and 1300 ° C., under an inert atmosphere, for example of argon in order to allow the flow of glass within the grains, which makes it possible to homogenize the distribution of boron on the one hand and the protection of the boride by coating it on the other hand, without any thermochemical degradation.
- a relatively low temperature for example between 1250 ° C. and 1300 ° C.
- an inert atmosphere for example of argon
- the choice of a UO 2 powder of suitable stoichiometry allows densification of the ceramic before 1000 ° C., that is to say that the open porosity closes. Boron possibly oxidized under B 2 O 3 form is then maintained in the closed pores of the pellet.
- FIG. 4 An example of a thermal sintering cycle is shown in FIG. 4. It includes a phase E of temperature rise from ambient temperature to the bearing temperature, advantageously carried out with a temperature rise rate of 2.5 ° C. / min, a phase F of plateau for approximately 4 hours at a temperature of 125O 0 C, and a phase G of return to ambient temperature carried out with a temperature rise rate of 5 ° C / min.
- the boron retention rate in the fuel (around 90%) is significantly higher than that of the fuel manufactured with Duran® glass, with excellent homogeneity of distribution in the fuel, which is also much higher than that of the fuels of the art. prior.
- the pellets made with VOIB glass have good reproducibility.
- the manufacturing process has been optimized.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
The subject of the present invention is a nuclear fuel based on uranium oxide, which contains a consumable poison formed by boron, the boron being dispersed in the fuel in the form of glass/titanium diboride, the glass containing 7% boron by weight. The subject of the present invention is also a method of manufacturing the fuel according to the present invention, in which after sintering the pellets, a reduction step has been omitted.
Description
COMBUSTIBLE NUCLEAIRE COMPORTANT UN POISON CONSOMMABLE ET UN PROCEDE DE FABRICATION D'UN TEL COMBUSTIBLE NUCLEAR FUEL COMPRISING A CONSUMABLE POISON AND A METHOD OF MANUFACTURING SUCH A FUEL
DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR DESCRIPTION OF THE TECHNICAL FIELD AND PRIOR ART
La présente invention se rapporte à un combustible nucléaire à base d'oxyde d'uranium comportant du bore, comme poison neutronique consommable et à un procédé de fabrication sous forme de pastilles d'un tel combustible. The present invention relates to a nuclear fuel based on uranium oxide comprising boron, as a consumable neutron poison and to a process for the production in the form of pellets of such a fuel.
Des pastilles de combustible nucléaire de ce type sont utilisables dans des réacteurs nucléaires tels que des réacteurs à eau pressurisée. Nuclear fuel pellets of this type can be used in nuclear reactors such as pressurized water reactors.
Le combustible qui est utilisé dans le cœur d'un réacteur nucléaire, a pour rôle de fournir de l'énergie sous forme de chaleur par fission des nucléides (uranium, plutonium, thorium, ...) qu' il renferme, sous l'action des neutrons. Dans les réacteurs à eau pressurisée (REP) , ce combustible se trouve sous la forme de pastilles de dioxyde d'uranium The fuel which is used in the core of a nuclear reactor, has the role of providing energy in the form of heat by fission of the nuclides (uranium, plutonium, thorium, ...) which it contains, under the neutron action. In pressurized water reactors (PWR), this fuel is in the form of uranium dioxide pellets
(UO2). Toutefois dans un souci d'utilisation de radioéléments à forte valeur énergétique issus des usines de retraitement, une partie du combustible présent dans le cœur du réacteur (jusqu'à 30 % du combustible total présent dans le cœur) peut être du combustible MOX (Mixed Oxide fuel) comportant un mélange d'oxyde d'uranium et d'oxyde de plutonium (la teneur en oxyde de plutonium dans le combustible peut être comprise entre 3 % et 7,5 % suivant l'emplacement dans le cœur) .
Si l'emploi de MOX présente le double avantage de permettre de limiter les quantités de plutonium à stocker et d'économiser l'uranium dont les ressources sont épuisables, l'ajout de plutonium dans le combustible présente l'inconvénient d'augmenter la réactivité du cœur car le 239Pu de l'oxyde de plutonium est plus réactif que le 235U de l'oxyde d'uranium, en particulier, lors des phases « critiques sur le plan de la réactivité » de mise en marche du réacteur, d'arrêt ou de variation de puissance. (OU 2 ). However, for the sake of using high energy value radioactive elements from reprocessing plants, part of the fuel present in the reactor core (up to 30% of the total fuel present in the core) can be MOX fuel (Mixed Oxide fuel) comprising a mixture of uranium oxide and plutonium oxide (the plutonium oxide content in the fuel can be between 3% and 7.5% depending on the location in the core). If the use of MOX has the double advantage of making it possible to limit the quantities of plutonium to be stored and to save uranium whose resources are exhaustible, the addition of plutonium in the fuel has the disadvantage of increasing reactivity of the heart because the 239 Pu of plutonium oxide is more reactive than the 235 U of uranium oxide, in particular, during the "critical in terms of reactivity" phases of starting the reactor, d '' or power variation.
La limitation de la réactivité est assurée grâce à des matériaux comportant des nucléides neutrophages . Les barres de contrôle et de commande qui contiennent du bore, sous forme de B4C et un alliage ternaire absorbant Argent-Indium-Cadmium (AIC) , constituent le premier moyen de réguler, voire de supprimer (en cas d'urgence) le flux de neutrons dans lequel baigne l'ensemble des crayons combustibles. Limitation of reactivity is ensured by materials comprising neutron-absorbing nuclides. The control and command bars which contain boron, in the form of B 4 C and a ternary absorbent alloy Silver-Indium-Cadmium (AIC), constitute the first means of regulating, or even eliminating (in case of emergency) the neutron flux in which all the fuel rods bathe.
L'ajout d'acide borique H3BO3 dans le circuit primaire est un deuxième moyen pour réguler la réactivité . Adding boric acid H 3 BO 3 to the primary circuit is a second way of regulating reactivity.
Cependant, ces deux moyens de contrôle de la réactivité connaissent des limites. L'ajout de bore dans les éléments de structures métalliques pose des problèmes de résistance des matériaux importants (fragilisation des structures) et les quantités de bore solubles dans le caloporteur sont elles aussi limitées. However, these two means of reactivity control have limits. The addition of boron in the elements of metallic structures poses problems of resistance of important materials (embrittlement of the structures) and the quantities of soluble boron in the coolant are also limited.
Il existe un troisième moyen de contrôle du flux neutronique par lequel on introduit un poison neutronique consommable (ex : Gd2O3, Eu2O3) directement au sein du combustible. Cette méthode apparaît comme
particulièrement intéressante car elle permet une autorégulation de la production de neutrons. Toutefois il existe des risques de perturbation du comportement physique des pastilles en cœur. There is a third means of controlling the neutron flux by which a consumable neutron poison (eg Gd 2 O 3 , Eu 2 O 3 ) is introduced directly into the fuel. This method appears as particularly interesting because it allows self-regulation of the production of neutrons. However, there are risks of disturbing the physical behavior of the pastilles in the heart.
Plusieurs éléments de la famille des terres rares comme Gd, Er, Eu, Dy, Hf sont a priori de bons candidats potentiels pour être incorporés dans le combustible. Le choix entre ces différents éléments est le résultat d'une étude d'optimisation entre différents critères : Several elements of the rare earth family such as Gd, Er, Eu, Dy, Hf are a priori good potential candidates to be incorporated into the fuel. The choice between these different elements is the result of an optimization study between different criteria:
• Le premier de ces critères est la capacité d'absorption qui est exprimée par la valeur de la section efficace d'absorption des neutrons exprimée en barn (1 barn = ICT24 cm2) . En général, les isotopes comme 155Eu, 157Gd, 164Dy, possèdent une efficacité neutronique bien adaptée à un domaine du spectre neutronique se traduisant par de nombreux pics (ou résonances) pour des valeurs particulières de l'énergie cinétique des neutrons. En particulier, le gadolinium est un excellent poison neutronique consommable. En présence de neutrons thermiques, les deux isotopes 155Gd et 157Gd présentent des sections de capture très élevées . • The first of these criteria is the absorption capacity which is expressed by the value of the neutron absorption cross section expressed in barn (1 barn = ICT 24 cm 2 ). In general, isotopes like 155 Eu, 157 Gd, 164 Dy, have a neutron efficiency well suited to a domain of the neutron spectrum resulting in numerous peaks (or resonances) for particular values of the kinetic energy of the neutrons. In particular, gadolinium is an excellent consumable neutron poison. In the presence of thermal neutrons, the two isotopes 155 Gd and 157 Gd have very high capture sections.
• Le deuxième critère à prendre en compte concerne la cinétique d'épuisement qui pour les objectifs de taux de combustion élevés, doit être étalée dans le temps. • The second criterion to take into account concerns the exhaustion kinetics which, for high combustion rate objectives, must be spread over time.
• Le troisième critère à prendre en compte concerne l'adaptation au spectre neutronique et plus précisément la façon dont cette section efficace varie en fonction de l'énergie cinétique des neutrons. Cette
capacité d'adaptation joue en effet un rôle important dans la stabilité du pilotage. • The third criterion to take into account concerns the adaptation to the neutron spectrum and more precisely the way in which this cross section varies as a function of the kinetic energy of the neutrons. This adaptability plays an important role in the stability of steering.
• Le quatrième critère à prendre en compte concerne la disponibilité aisée de l'élément pour ne pas nécessiter d'opération d'enrichissement supplémentaire . • The fourth criterion to take into account concerns the easy availability of the element so as not to require an additional enrichment operation.
Les différents éléments Gd, Er, Eu, Dy, Hf présentent chacun des avantages. The different elements Gd, Er, Eu, Dy, Hf each have advantages.
• Les pastilles d'U02 dopées par des terres rares (Gd, Er, Eu, Dy) sous forme d'oxyde sont maintenant utilisées industriellement. Par réaction de captures successives, ils se transforment progressivement en isotopes stables et non capturants sans modification de la composition chimique. • U0 2 pellets doped with rare earths (Gd, Er, Eu, Dy) in the form of oxide are now used industrially. By reaction of successive captures, they gradually transform into stable and non-capturing isotopes without modification of the chemical composition.
• L'europium possède une section efficace d'absorption neutronique élevée. L'avantage de cet élément réside dans ses produits de réaction qui sont eux-mêmes de bons absorbants, ce qui augmente leur durée de vie. • Europium has an effective cross section of high neutron absorption. The advantage of this element lies in its reaction products which are themselves good absorbents, which increases their lifespan.
• L'erbium, qui présente une section efficace d'absorption plus faible que Gd ou Eu, est un élément adapté pour une gestion de cycle de vie très long. D'autre part, il participe à une faible dégradation de la conductivité thermique du combustible. • Erbium, which has a lower absorption cross-section than Gd or Eu, is an element suitable for very long life cycle management. On the other hand, it participates in a slight degradation of the thermal conductivity of the fuel.
• L' incorporation des poisons neutroniques sous forme d'oxydes de terres rares et de l'hafnium dans l'UO2 ne présente pas de difficultés particulières : ces composés sont introduits et se dissolvent à haute température dans le matériau pour former des solutions solides fluoritiques . Les
pastilles sont ainsi élaborées par frittage réducteur à 17000C. • The incorporation of neutron poisons in the form of rare earth oxides and hafnium in UO 2 does not present any particular difficulties: these compounds are introduced and dissolve at high temperature in the material to form solid solutions fluoritics. The pellets are thus produced by reducing sintering at 1700 ° C.
Les différents éléments Gd, Er, Eu, Dy, Hf ne remplissent cependant pas tous les critères énoncés plus hauts. The various elements Gd, Er, Eu, Dy, Hf do not, however, meet all the criteria set out above.
Par contre, l'isotope 10B (le bore naturel est un mélange des isotopes 10B (19,8%m) + 11B (80,2%m)), présente, par rapport aux autres absorbants, une efficacité dans un très large spectre, des neutrons rapides aux neutrons thermiques, ce qui suscite son utilisation pour le pilotage des REP. La réaction de capture, de type (n, α) , est donnée ci-dessous : On the other hand, the isotope 10 B (natural boron is a mixture of the isotopes 10 B (19.8% m ) + 11 B (80.2% m )), has, compared to the other absorbents, an effectiveness in a very broad spectrum, from fast neutrons to thermal neutrons, which prompts its use for piloting PWRs. The capture reaction, of type (n, α), is given below:
10B + 1Ti -> 7Li + 4He + 2,6 MeV. 10 B + 1 Ti -> 7 Li + 4 He + 2.6 MeV.
L'isotope 10B permet de respecter l'ensemble des critères décrits ci-dessus, puisque son efficacité d'absorption est bonne, que le procédé d'enrichissement est industriellement maîtrisé et que son comportement sous irradiation est bien connu (la section efficace d'absorption du nucléide 7Li produit par absorption d'un neutron, est négligeable). The isotope 10 B makes it possible to comply with all the criteria described above, since its absorption efficiency is good, the enrichment process is industrially controlled and its behavior under irradiation is well known (the effective section of absorption of nuclide 7 Li produced by absorption of a neutron, is negligible).
Il existe actuellement plusieurs types de procédé pour incorporer le bore dans le combustible. There are currently several types of process for incorporating boron into the fuel.
Un premier type de procédé consiste à enduire des pastilles ou à les recouvrir par un film. Le document US 4560575 décrit l'enduction de pastilles de combustible (UO2, ThO2 ou PuO2) par du BN. La pastille de combustible est exposée à un flux gazeux de trichlorure de bore et d'ammoniac anhydre à une température d'environ 600-8000C. A ces températures, le
problème de corrosion de l'oxyde d'uranium par l'acide chlorhydrique ne se pose pas. Une couche de nitrure de bore est formée par le produit de la réaction de trichlorure de bore avec l'ammoniac anhydre sur la pastille de combustible : BCl3 + NH3 → BN + 3 HCl. A first type of process consists of coating the pellets or covering them with a film. Document US 4560575 describes the coating of fuel pellets (UO 2 , ThO 2 or PuO 2 ) with BN. The fuel pellet is exposed to a gas stream of boron trichloride and anhydrous ammonia at a temperature of about 600-800 ° C. At these temperatures, the problem of corrosion of uranium oxide by hydrochloric acid does not arise. A boron nitride layer is formed by the product of the reaction of boron trichloride with anhydrous ammonia on the fuel pellet: BCl 3 + NH 3 → BN + 3 HCl.
Le document WO 9508827 propose un combustible nucléaire comprenant des particules de bore et/ou un composé de bore revêtu d'un film retenant le bore. Le film peut être métallique (alliage ou corps simple) , ou céramique (carbure, nitrure, siliciure ou oxyde) . Document WO 9508827 proposes a nuclear fuel comprising boron particles and / or a boron compound coated with a film retaining boron. The film can be metallic (alloy or simple body), or ceramic (carbide, nitride, silicide or oxide).
Il existe également des procédés d'incorporation directe du bore, notamment le document US 3431329 décrit une méthode d'incorporation de ZrB2. Pour éviter l'oxydation de ZrB2, des particules d'UH3 sont ajoutées au mélange de poudres. L'oxygène produit par la réduction de l'UO2 provoque préférentiellement l'oxydation de l'UH3 et la formation de vapeur d'eau avec l'hydrogène libéré. ZrB2 est stable dans ces conditions. There are also methods for direct incorporation of boron, in particular document US 3431329 describes a method for incorporating ZrB 2 . To avoid oxidation of ZrB 2 , particles of UH 3 are added to the powder mixture. The oxygen produced by the reduction of UO 2 preferentially causes the oxidation of UH 3 and the formation of water vapor with the hydrogen released. ZrB 2 is stable under these conditions.
Cependant les méthodes décrites ci-dessus ne semblent pas tenir compte de la volatilité de l'anhydride borique B2O3 à partir de 10000C. Ainsi contrairement aux isotopes absorbants des terres rares qui peuvent être directement introduits sous forme d'oxydes (ex : Gd2O3, Er2O3), le bore ne peut être introduit directement dans la poudre d'UO2 destinée au frittage : l'anhydride borique qui se forme au contact de l'UO2, fond à 45O0C pour se volatiliser à 10000C, c'est-à-dire à une température inférieure à celle
atteinte habituellement lors du frittage des pastilles crues d'oxyde d'uranium. However, the methods described above do not seem to take account of the volatility of boric anhydride B 2 O 3 from 1000 ° C. Thus, unlike the isotopes absorbing rare earths which can be directly introduced in the form of oxides ( ex: Gd 2 O 3 , Er 2 O 3 ), boron cannot be introduced directly into the UO 2 powder intended for sintering: boric anhydride which forms on contact with UO 2 , melts at 45O 0 C to volatilize at 1000 ° C., that is to say at a temperature below that usually reached when sintering raw uranium oxide pellets.
Le document FR2 814 584 propose un procédé d' incorporation directe du bore dans le combustible avec stabilisation de celui, afin de limiter les pertes de bore lors de la fabrication des pastilles. Document FR2 814 584 proposes a process for the direct incorporation of boron into the fuel with stabilization of the latter, in order to limit the losses of boron during the manufacture of the pellets.
Dans le document FR 2 814 584, le combustible nucléaire à base de UO2 comprend un poison consommable comportant du bore dispersé dans le combustible sous forme de borure métallique et de verre contenant du bore. L'ajout du verre permet de résoudre le problème de la formation d'anhydride borique B2O3 à partir de 10000C. Grâce à l'association d'un verre contenant du bore avec un borure tel que le borure de titane TiB2, le borure de zirconium ZrB2 et le borure de hafnium HfB2, une phase vitreuse est formée autour de ce borure, protégeant celui-ci de l'oxydation. De plus le verre favorise la répartition de la phase neutrophage aux joints de grains et confère à la pastille une certaine plasticité à haute température, ce qui est un avantage dans les conditions d'utilisation en réacteur. In document FR 2 814 584, the nuclear fuel based on UO 2 comprises a consumable poison comprising boron dispersed in the fuel in the form of metal boride and glass containing boron. The addition of glass makes it possible to solve the problem of the formation of boric anhydride B 2 O 3 from 1000 ° C. Thanks to the association of a glass containing boron with a boride such as titanium boride TiB 2 , the zirconium boride ZrB 2 and the hafnium boride HfB 2 , a vitreous phase is formed around this boride, protecting it from oxidation. In addition, the glass promotes the distribution of the neutron absorbing phase at the grain boundaries and gives the pellet a certain plasticity at high temperature, which is an advantage under the conditions of use in the reactor.
Le verre utilisé dans le document FR 2 814 584 contenant du bore est un borosilicate ayant un taux massique de bore de 4 % . The glass used in document FR 2 814 584 containing boron is a borosilicate having a mass boron content of 4%.
Le procédé de fabrication comporte les étapes de préparation d'un mélange de poudre du combustible nucléaire, du borure métallique et du verre contenant du bore, de mise en forme de la poudre sous forme de pastilles crues, de frittage des pastilles à une température comprise entre 12000C et 13000C et de
réduction sous hydrogène des pastilles à une température comprise entre 8000C et 10000C. The manufacturing process includes the steps of preparing a mixture of nuclear fuel powder, metal boride and boron-containing glass, shaping the powder into raw pellets, sintering the pellets at a temperature between 1200 0 C and 1300 0 C and from reduction under hydrogen of the pellets at a temperature between 800 ° C. and 1000 ° C.
Cependant il est recherché une amélioration de l'homogénéité de la répartition du bore dans les pastilles. However, an improvement in the homogeneity of the distribution of boron in the pellets is sought.
En outre, le procédé décrit précédemment est long, et l'étape de réduction peut provoquer la fragilisation mécanique des pastilles. In addition, the process described above is long, and the reduction step can cause mechanical weakening of the pellets.
Enfin, le coût de revient du procédé est élevé, notamment, du fait des étapes de chauffage à des températures très élevées Finally, the cost price of the process is high, in particular, due to the steps of heating to very high temperatures.
C'est par conséquent un but de la présente invention d'offrir un combustible nucléaire comportant un poison consommable, ayant une bonne homogénéité de répartition du bore et dont le taux de maintien en bore est élevé, et réponde au cahier des charges pour les combustibles nucléaires pour les REP. It is therefore an object of the present invention to offer a nuclear fuel comprising a consumable poison, having a good homogeneity of distribution of boron and whose boron maintenance rate is high, and meets the specifications for fuels nuclear for PWR.
On entend selon la présente invention par taux de maintien, le rapport entre la quantité de bore dans le combustible lorsque celui-ci est prêt à l'emploi et la quantité de bore introduit dans le mélange au début de la fabrication du combustible. According to the present invention, the maintenance rate is understood to mean the ratio between the amount of boron in the fuel when it is ready for use and the amount of boron introduced into the mixture at the start of fuel fabrication.
C'est également un but de la présente invention d'offrir un procédé de fabrication simplifié d'un combustible nucléaire comportant un poison consommable et plus rentable économiquement It is also an object of the present invention to provide a simplified manufacturing process for a nuclear fuel comprising a consumable poison and more economically profitable
EXPOSÉ DE L'INVENTION STATEMENT OF THE INVENTION
Les inventeurs ont découvert de manière inattendue qu'un combustible nucléaire comportant en autres un verre avec 7 % de bore associé à du diborure
de titane, permettait d'obtenir une très bonne répartition du bore dans l'ensemble du combustible, tout en ayant une teneur en bore très proche de celle du mélange cru. The inventors unexpectedly discovered that a nuclear fuel comprising, among other things, a glass with 7% of boron associated with diboride of titanium, made it possible to obtain a very good distribution of boron throughout the fuel, while having a boron content very close to that of the raw mixture.
De manière surprenante, par rapport à l'état de la technique, une très faible augmentation de la quantité de bore dans le verre introduit dans le combustible, associé au diborure de titane permet d'homogénéiser de manière sensible le bore dans le combustible. Surprisingly, compared to the state of the art, a very small increase in the amount of boron in the glass introduced into the fuel, associated with titanium diboride makes it possible to homogenize significantly the boron in the fuel.
Les buts précédemment énoncés sont alors atteints par un combustible nucléaire à base d'oxyde d'uranium, par exemple de l'oxyde d'uranium ou du MOX, d'un verre comportant 7 % en masse de bore et de diborure de titane, et par un procédé ne comportant pas d'étape de réduction sous atmosphère d'hydrogène. The previously stated aims are then achieved by a nuclear fuel based on uranium oxide, for example uranium oxide or MOX, of a glass comprising 7% by mass of boron and titanium diboride, and by a process not comprising a reduction step under a hydrogen atmosphere.
En effet les inventeurs ont constatés une nette diminution de la surstoechiométrie dans les pastilles frittées réalisées à partir du combustible selon l'invention, les rapports quantité d'oxygène sur la quantité d'uranium mesurés étant proches de 2. Ainsi l'étape de réduction, qui a pour objectif de réduire cette surstoechiométrie, ne s'avère plus nécessaire. La suppression de cette étape présente l'avantage de réduire la fragilité des pastilles. In fact, the inventors have observed a marked reduction in the overstoichiometry in the sintered pellets produced from the fuel according to the invention, the ratios amount of oxygen to the amount of uranium measured being close to 2. Thus the reduction step , which aims to reduce this overstoichiometry, is no longer necessary. The elimination of this step has the advantage of reducing the fragility of the pellets.
En outre, on retrouve dans les pastilles frittées selon la présente invention, près de 90 % de la quantité de bore introduite dans le mélange. Ainsi le combustible nucléaire selon la présente invention offre en plus un taux de maintien en bore élevé
limitant au minimum l'oxydation du borure en B2O3 susceptible de se vaporiser. In addition, found in the sintered pellets according to the present invention, almost 90% of the amount of boron introduced into the mixture. Thus the nuclear fuel according to the present invention additionally offers a high boron retention rate. limiting to a minimum the oxidation of the boride into B 2 O 3 liable to vaporize.
La présente invention a alors principalement pour objet un combustible nucléaire à base d'oxyde d'uranium, comportant un poison consommable formé par du bore, le bore introduit dans le combustible étant contenu dans du diborure de titane et dans du verre, le verre comportant 7 % en masse de bore . The present invention therefore mainly relates to a nuclear fuel based on uranium oxide, comprising a consumable poison formed by boron, the boron introduced into the fuel being contained in titanium diboride and in glass, the glass comprising 7% by mass of boron.
Le combustible selon l'invention a de manière préférée une teneur massique en bore de The fuel according to the invention preferably has a mass content of boron of
500 ppm. 500 ppm.
Le verre a avantageusement une température de transition vitreuse environ égale à 5000C. The glass advantageously has a glass transition temperature approximately equal to 500 ° C.
Le verre peut comporter de 20 à 25 % en masse de B2O3 et de 65 à 70 % en masse d'oxyde de silicium SiO2. The glass can comprise from 20 to 25% by mass of B 2 O 3 and from 65 to 70% by mass of silicon oxide SiO 2 .
Le combustible nucléaire peut être de l'oxyde d'uranium ou un oxyde mixte d'uranium et de plutonium UO2-PuO2. The nuclear fuel can be uranium oxide or a mixed uranium-plutonium oxide UO 2 -PuO 2 .
La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication de pastilles de combustible nucléaire selon la présente invention, comportant les étapes The present invention also relates to a method for manufacturing nuclear fuel pellets according to the present invention, comprising the steps
a) de mélange de poudres du combustible nucléaire, du diborure de titane et du verre comprenant a) mixture of nuclear fuel powders, titanium diboride and glass comprising
7 % en masse de bore et d'homogénéisation du mélange obtenu par broyage, 7% by mass of boron and of homogenization of the mixture obtained by grinding,
b) de mise en forme du mélange sous forme de pastilles crues par compression,
c) de frittage des pastilles crues sous gaz faiblement oxydant à une température de 1200 à 13000C, puis de rectification éventuelle, les pastilles étant alors prêtes à être utilisées. b) shaping the mixture in the form of raw pellets by compression, c) sintering the raw pellets under a weakly oxidizing gas at a temperature of 1200 to 1300 ° C., then optional rectification, the pellets then being ready to be used.
Le procédé selon l'invention peut également comporter une étape de granulation du mélange obtenu à l'issue de l'étape a), lors de laquelle des galettes de diamètre supérieur à celle des pastilles désirées, sont fabriquées par pressage sous une pression de l'ordre de 80 MPa, puis concassées et forcées au travers d'un tamis . The method according to the invention may also include a step of granulating the mixture obtained at the end of step a), during which wafers with a diameter greater than that of the desired pellets, are produced by pressing under a pressure of 1 'order of 80 MPa, then crushed and forced through a sieve.
L'étape c) de frittage peut comporter une première phase de montée en température à une vitesse de 2,5°/min, une deuxième phase de palier de 4h à une température entre 12000C et 13000C, et une troisième phase de diminution de la température de 5°/Min jusqu'à atteindre une température ambiante. Sintering step c) may include a first temperature rise phase at a speed of 2.5 ° / min, a second stage phase of 4 hours at a temperature between 1200 ° C. and 1300 ° C., and a third phase decrease in temperature by 5 ° / Min until reaching room temperature.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre et des dessins annexés, sur lesquels : The present invention will be better understood with the aid of the description which follows and of the appended drawings, in which:
- la figure 1 est un tableau regroupant les compositions des différents échantillons étudiés, FIG. 1 is a table grouping together the compositions of the different samples studied,
- la figure 2 représente des micrographies d'un combustible selon l'invention (BORE 3) et de deux autres combustibles (BOREl et BORE 2), FIG. 2 represents micrographs of a fuel according to the invention (BORE 3) and of two other fuels (BOREl and BORE 2),
- la figure 3 est une représentation graphique de mesures thermogravimétriques sur le combustible selon l'invention et sur deux autres
mélanges comportant du verre à 7 % et un autre borure métallique que le TiB2, - Figure 3 is a graphical representation of thermogravimetric measurements on the fuel according to the invention and on two others mixtures comprising 7% glass and a metal boride other than TiB2,
- la figure 4 est une représentation d'un cycle thermique de frittage mis en œuvre dans un procédé selon la présente invention. - Figure 4 is a representation of a thermal sintering cycle implemented in a method according to the present invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS DETAILED PRESENTATION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
Le combustible nucléaire selon la présente invention est fabriqué en utilisant un matériau nucléaire à base d'oxyde d'uranium, un verre comportant 7 % en masse de bore et du diborure de titane TiB2. The nuclear fuel according to the present invention is manufactured using a nuclear material based on uranium oxide, a glass comprising 7% by mass of boron and titanium diboride TiB 2 .
Par la suite le verre utilisé sera désigné VOIB. Thereafter the glass used will be designated VOIB.
Le combustible nucléaire peut être de l'oxyde d'uranium ou un composé mixte oxyde d'uranium - oxyde de plutonium type MOX. The nuclear fuel can be uranium oxide or a mixed uranium oxide-plutonium oxide compound, MOX type.
L'augmentation du pourcentage massique de bore dans le verre, permet d'augmenter le ratio verre/borure, pour une même teneur de bore introduite dans le combustible nucléaire. En effet, le verre apportant plus de bore, il est possible de réduire la quantité de borure sous forme de TiB2 introduite dans le mélange. Ceci est particulièrement intéressant, puisque d'un part le verre ne perd pas son bore en température, et d'autre part lors du frittage le verre se ramollit et se répartit entre les grains et enrobe le borure, le protégeant de l'oxydation. Ainsi l'augmentation du rapport verre/borure permet de protéger efficacement le borure et favorise le maintien du bore.
La teneur massique en bore du combustible nucléaire est comprise entre 100 ppm et 1000 ppm, et avantageusement égale à 500 ppm. The increase in the mass percentage of boron in the glass makes it possible to increase the glass / boride ratio, for the same boron content introduced into the nuclear fuel. Indeed, the glass providing more boron, it is possible to reduce the amount of boride in the form of TiB2 introduced into the mixture. This is particularly interesting, since on the one hand the glass does not lose its boron in temperature, and on the other hand during sintering the glass softens and is distributed between the grains and coats the boride, protecting it from oxidation. Thus the increase in the glass / boride ratio makes it possible to effectively protect the boride and promotes the maintenance of the boron. The mass content of boron in nuclear fuel is between 100 ppm and 1000 ppm, and advantageously equal to 500 ppm.
Le verre VOIB utilisé en mélange a des caractéristiques thermomécaniques compatibles avec le procédé de fabrication des pastilles de combustible, et avec une utilisation dans un réacteur nucléaire. VOIB glass used as a mixture has thermomechanical characteristics compatible with the process for manufacturing fuel pellets, and with use in a nuclear reactor.
Le verre utilisé en mélange au combustible nucléaire à base d'oxyde d'uranium présente une résistance aux atmosphères relativement oxydantes. En outre, il est suffisamment fluide pour s'écouler au sein des grains et enrober le borure, en évitant cependant de provoquer un délitage de la pastille dans la gamme de température de fabrication d'utilisation des pastilles, notamment entre 8000C et 12000C. The glass used in mixture with nuclear fuel based on uranium oxide has a resistance to relatively oxidizing atmospheres. In addition, it is fluid enough to flow within the grains and to coat the boride, however avoiding causing a disintegration of the pellet in the manufacturing temperature range of use of the pellets, in particular between 800 ° C. and 1200 0 C.
Le verre VOIB présente les caractéristiques reproduites à la première ligne du tableau I ci- dessous, à la deuxième ligne sont indiquées les caractéristiques du verre Duran ® utilisé dans l'état de la technique. VOIB glass has the characteristics reproduced in the first line of Table I below, in the second line are indicated the characteristics of the Duran ® glass used in the prior art.
Tableau I Table I
Le verre VOIB présente notamment un pourcentage massique en B2O3 de 13 % et un pourcentage massique en oxyde de silicium SiO2 de 81 %. VOIB glass in particular has a mass percentage of B 2 O 3 of 13% and a mass percentage of silicon oxide SiO 2 of 81%.
Le verre choisi présente une viscosité suffisamment faible entre 5000C et 10000C, typiquement 1013'3 poises à 5000C, pour être suffisamment liquide
entre 500°C et 10000C pour enrober le borure sous forme solide ou l'anhydride borique avant sa vaporisation, et pour se répartir entre les grains de manière à avoir une répartition homogène. The glass chosen has a sufficiently low viscosity between 500 ° C. and 1000 ° C., typically 10 13 ' 3 poises at 500 ° C., to be sufficiently liquid between 500 ° C and 1000 0 C to coat the boride in solid form or boric anhydride before its vaporization, and to distribute itself between the grains so as to have a homogeneous distribution.
Dans le tableau II ci-dessous, sont reproduites les températures caractéristiques du verre VOIB selon la présente invention et, à titre comparatif, celles du verre Duran ® utilisé. In Table II below are reproduced the features glass temperatures võib according to the present invention and, for comparison, those of glass Duran ® used.
Tableau II Table II
A titre de comparaison et afin de montrer l'intérêt du combustible nucléaire selon la présente invention, la description va exposer également, en plus de mesures relatives au combustible selon la présente invention désigné par BORE 3, des mesures des caractéristiques d'autres mélanges BORE 1 et BORE 2 comportant du verre borosilicaté et d'un témoin d'oxyde d'uranium ne comportant pas de verre. By way of comparison and in order to show the advantage of nuclear fuel according to the present invention, the description will also set out, in addition to measurements relating to the fuel according to the present invention designated by BORE 3, measurements of the characteristics of other BORE mixtures 1 and BORE 2 comprising borosilicate glass and a uranium oxide control not comprising glass.
Les compositions des mélanges BORE 1, BORE 2 et BORE 3 sont regroupées dans le tableau de la figure 1. The compositions of the BORE 1, BORE 2 and BORE 3 mixtures are grouped in the table in FIG. 1.
Pour cela, les différentes mesures vont permettre : For this, the different measures will allow:
• d'évaluer le taux de maintien du bore dans les différents combustibles fabriqués et sa reproductibilité, et
• d'évaluer l'homogénéité de la répartition du bore dans les différentes pastilles fabriquées, et d'une pastille à l'autre. To evaluate the degree of maintenance of boron in the various fuels manufactured and its reproducibility, and • to assess the homogeneity of the distribution of boron in the various tablets produced, and from one tablet to another.
Nous allons tout d'abord décrire les moyens et méthodes d'analyse utilisés pour effectuer la caractérisâtion. We will first describe the means and methods of analysis used to perform the characterization.
Les compositions massiques dans les différents éléments mis en œuvre avant d'appliquer le procédé de fabrication des pastilles ont été mesurées. The mass compositions in the various elements used before applying the process for manufacturing the pellets were measured.
Les caractéristiques des pastilles à l'issue du procédé de fabrication pour respecter les spécifications, c'est-à-dire la perte de masse totale lors du procédé, le rapport d'atomes d'oxygène sur le rapport d'atomes d'uranium 0/U, les caractéristiques dimensionnelles des pastilles (diamètre et hauteur) et la masse volumique, ont aussi été mesurées. The characteristics of the pellets at the end of the manufacturing process to comply with the specifications, i.e. the total mass loss during the process, the ratio of oxygen atoms to the ratio of uranium atoms 0 / U, the dimensional characteristics of the pellets (diameter and height) and the density, were also measured.
La masse de chaque pastille (crue puis frittée) est mesurée par exemple à l'aide d'une balance Mettler de type AT250 (précision 0,1 mg) et donnée, à 0, 01 g près. The mass of each pellet (raw then sintered) is measured for example using a Mettler balance of type AT250 (precision 0.1 mg) and given, to the nearest 0.01 g.
Le diamètre de chaque pastille est mesuré en trois points, haut (Dl), milieu (D2), et bas (D3) à l'aide d'un micromètre laser Zygo 1202B (précision 1 μm) , les diamètres étant donnés à 0,01 mm près. Le diamètre moyen est déterminé à l'aide de la formule suivante :
The diameter of each pellet is measured at three points, top (Dl), middle (D2), and bottom (D3) using a Zygo 1202B laser micrometer (precision 1 μm), the diameters being given at 0, 01 mm close. The average diameter is determined using the following formula:
La hauteur h de chaque pastille est mesurée à l'aide de l'appareil SONY μ-mate (précision 1 μm) . La hauteur de chaque colonne de dix pastilles est donnée à 0, 1 mm près .
La masse volumique géométrique est calculée avec une précision de ICT2 g/cm3. The height h of each tablet is measured using the SONY μ-mate device (precision 1 μm). The height of each column of ten tablets is given to the nearest 0.1 mm. The geometric density is calculated with an accuracy of ICT 2 g / cm 3 .
Un certain nombre de pastilles sont analysées pour détermination exhaustive des impuretés banales et capturantes de l'UO2 mis en œuvre et pour la mise au point du procédé de dilution par mélange- broyage en milieu éthanol. A certain number of pellets are analyzed for exhaustive determination of the banal and capturing impurities of the UO 2 used and for the development of the dilution process by mixing-grinding in ethanol medium.
Pour chacune des fabrications, la teneur en bore est déterminée sur deux pastilles. Une pastille entière est utilisée pour déterminer la teneur moyenne en bore. De quatre à six tronçons de la 2emepastille sont analysés séparément afin d'évaluer l'homogénéité du bore dans la pastille. La détermination du bore est complétée par celle des contre-éléments qui lui sont associés dans les additifs i.e. Si, Al, Na, K et Ti. For each production, the boron content is determined on two tablets. A whole tablet is used to determine the average boron content. Four to six sections of the 2 nd pellet are analyzed separately in order to assess the homogeneity of the boron in the pellet. The determination of boron is supplemented by that of the counter-elements associated with it in the additives, ie Si, Al, Na, K and Ti.
L'analyse se déroule en trois étapes. Tout d'abord, la pastille ou le tronçon de pastille frittée est dissout (e) dans un mélange HNO3/HC1, un mélange d'acide sulfurique et d'acide fluorhydrique peut également être utilisé. Ensuite, une extraction liquide-liquide de l'uranium est réalisée à l'aide d'un mélange TBP (tributylphosphate de formule (C4H9O)3PO) + dodécane (Ci2H26)• Une analyse des différentes phases (sauf celle contenant l'uranium) est effectuée par ICP-AES (Spectrométrie d'Emission Atomique-Source Plasma à Couplage Inductif) qui permet de doser des éléments à des teneurs élevées aussi bien que sous forme de traces. Le principe de l'identification et de la quantification repose sur l'analyse spectroscopique des raies émises par les atomes excités dans une vapeur de l'échantillon.
Le tableau III ci-dessous récapitule les compositions massiques et volumiques théoriques et réellement mises en œuvre pour les différents mélanges pour atteindre la teneur cible en bore de 500 ppm/U. The analysis takes place in three stages. First, the pellet or the section of sintered pellet is dissolved in an HNO 3 / HC1 mixture, a mixture of sulfuric acid and hydrofluoric acid can also be used. Then, a liquid-liquid extraction of uranium is carried out using a mixture TBP (tributylphosphate of formula (C 4 H 9 O) 3 PO) + dodecane (Ci 2 H 2 6) • An analysis of the different phases (except that containing uranium) is carried out by ICP-AES (Atomic Emission Spectrometry-Inductive Coupled Plasma Source) which allows the determination of elements at high contents as well as in the form of traces. The principle of identification and quantification is based on the spectroscopic analysis of the lines emitted by the excited atoms in a vapor of the sample. Table III below summarizes the theoretical mass and volume compositions actually used for the various mixtures to reach the target boron content of 500 ppm / U.
Tableau III Table III
Mélanges BORE 1 BORE 2 BORE 3 BORE 1 BORE 2 BORE 3
Perte de masse / Après co-broyage 0,7 o, 7 o, 4 masse initiale Mass loss / After co-grinding 0.7 o, 7 o, 4 initial mass
(%) Après granulation 2,8 1, 6 o, 7 (%) After granulation 2.8 1, 6 o, 7
Les pertes de masse dues aux différentes opérations (tamisage/forçage après co-broyage dans l'éthanol et après granulation) ont été estimées. Le tableau de la figure 1 regroupe l'estimation des pertes de masse pour les différents échantillons BORE 1, BORE 2 et BORE 3. On suppose que ces pertes ne modifient pas les teneurs mises en œuvre, autrement dit qu'il n'y a pas eu de pertes sélectives de l'un ou de l'autre des additifs . The mass losses due to the various operations (sieving / forcing after co-grinding in ethanol and after granulation) were estimated. The table in FIG. 1 groups together the estimation of the mass losses for the different samples BORE 1, BORE 2 and BORE 3. It is assumed that these losses do not modify the contents used, in other words that there is no no selective loss of any of the additives.
Les rapports O/U des différents échantillons ont été déterminés par thermogravimétrie après le frittage. Le tableau IV ci-dessous récapitule les valeurs obtenues (ND = Non déterminé) . Pour la détermination de ce rapport, on fait l'hypothèse que le gain de masse des pastilles lors de la thermogravimétrie provient seulement de l'oxydation de l'UO2+x vers U3O8 : les différents additifs bores ne sont pas supposés s'oxyder.
Tableau IV The O / U ratios of the different samples were determined by thermogravimetry after sintering. Table IV below summarizes the values obtained (ND = Not determined). For the determination of this ratio, we assume that the mass gain of the pellets during thermogravimetry comes only from the oxidation of UO 2 + x to U 3 O 8 : the different boron additives are not assumed oxidize. Table IV
Après l'opération de frittage, les inventeurs ont observé de manière étonnante une nette diminution de la surstcechiométrie avec des rapports 0/U proches de 2. Par exemple pour BORE 3, le rapport 0/U est égal à 2,025 ± 0,001, on est donc très proche de la stoechiométrie . After the sintering operation, the inventors observed, surprisingly, a marked reduction in the over-echiometry with ratios 0 / U close to 2. For example for BORE 3, the ratio 0 / U is equal to 2.025 ± 0.001, we are therefore very close to stoichiometry.
Jusqu'à présent il était acquis qu'une étape de réduction après le frittage devait être effectuée pour se rapprocher de la stoechiométrie. Up to now, it was understood that a reduction step after sintering had to be carried out to get closer to stoichiometry.
Or les résultas montrent que contrairement à ce qui est actuellement pratiqué, cette étape de réduction n'est pas nécessaire pour le combustible selon la présente invention. However, the results show that, contrary to what is currently practiced, this reduction step is not necessary for the fuel according to the present invention.
Le procédé selon la présente invention requiert donc moins d'énergie et moins de temps. The process according to the present invention therefore requires less energy and less time.
La masse volumique de l'UO2+x augmente avec la surstcechiométrie et peut être calculée, pour 0 < x < 0,25, à l'aide de la relation suivante : The density of UO 2 + x increases with over-echiometry and can be calculated, for 0 <x <0.25, using the following relation:
p (UO2+X) = 10,957 + 1,4829.x (formule expérimentale déterminée à partir des multiples mesures expérimentales effectuées dans le laboratoire) p (UO 2 + X ) = 10.957 + 1.4829.x (experimental formula determined from multiple experimental measurements carried out in the laboratory)
Le tableau V ci-dessous permet de comparer la surstoechiométrie du combustible selon la présente invention avec celle d'un témoin cru, d'un témoin fritte.
II apparaît que le combustible selon la présente invention présente une très faible surstoechiométrie correspondant à un rapport 0/U 2,025 (le rapport 0/U à la stcechiométrie étant à 2), et donc une étape de réduction pour se rapprocher de la stcechiométrie apparaît comme n'étant pas nécessaire. Table V below makes it possible to compare the superstoichiometry of the fuel according to the present invention with that of a raw control, of a sintered control. It appears that the fuel according to the present invention has a very low superstoichiometry corresponding to a 0 / U 2.025 ratio (the 0 / U ratio to stoichiometry being 2), and therefore a reduction step to approach the stoichiometry appears to be not being necessary.
Tableau V Table V
La masse volumique théorique (pCaic dans le tableau de la figure 6) des mélanges est calculée avec une loi de mélange en tenant compte des quantités réellement mises en œuvre et de la surstcechiométrie de 1'UO2. The theoretical density (p C aic in the table in FIG. 6) of the mixtures is calculated with a mixing law taking into account the quantities actually used and the over-echiometry of the UO 2 .
• Comprimés crus : UO2, 15 + verre (tableau 2) + borure (tableau 3) + stéarate de zinc• Raw tablets: UO 2 , 15 + glass (table 2) + boride (table 3) + zinc stearate
(p = 1, 13 g. cm"3) . (p = 1.13 g. cm "3 ).
• Pastilles frittées : U02+x (x = 0,018 ; 0,025 ou 0,030) + verre + borure. • Sintered pellets: U0 2 + x (x = 0.018; 0.025 or 0.030) + glass + boride.
Dans le tableau VI ci-dessous, sont regroupées les mesures des caractéristiques du combustible nucléaire selon la présente invention, ainsi que celles des combustibles à titre de comparaison BORE 1 et BORE 2. Les mesures ont été effectuées sur les pastilles crues et les pastilles frittées.
Tableau VI In Table VI below, the measurements of the characteristics of the nuclear fuel according to the present invention are grouped together with those of the fuels by way of comparison BORE 1 and BORE 2. The measurements were carried out on the raw pellets and the sintered pellets . Table VI
Les mesures des teneurs en B, Si, Al, K, Na et Ti dans les pastilles BORE 3 sont regroupées dans le tableau VII ci-dessous. The measurements of the contents of B, Si, Al, K, Na and Ti in the BORE 3 pellets are grouped in Table VII below.
Tableau VII Table VII
Eléments B (ppm/U) Si (ppm/U) Al (ppm/U) Ti (ppm/U) Elements B (ppm / U) Si (ppm / U) Al (ppm / U) Ti (ppm / U)
Fabrication BORE 3 BORE 3 manufacturing
Pastille frittée Sintered tablet
101 ± 11 97 ± 11 723 ± 57 entière 449 ± 50 101 ± 11 97 ± 11 723 ± 57 whole 449 ± 50
Tronçon 1 399 ± 40 34 ± 9 102 ± 11 608 ± 57 Section 1 399 ± 40 34 ± 9 102 ± 11 608 ± 57
Tronçon 2 461 ± 50 214 ± 23 124 ± 23 813 ± 57Section 2,461 ± 50,214 ± 23,124 ± 23,813 ± 57
Tronçon 3 505 ± 40 229 ± 23 122 ± 17 820 ± 57Section 3 505 ± 40 229 ± 23 122 ± 17 820 ± 57
Tronçon 4 446 ± 50 192 ± 23 114 ± 12 758 ± 57Section 4 446 ± 50 192 ± 23 114 ± 12 758 ± 57
Moyenne tronçons Average sections
453 167 116 750 frittes 453 167 116 750 frits
Pastille crue 506 705 73 764
Pour l'échantillon BORE 3 qui correspond au combustible selon la présente invention, la teneur en bore après frittage est relativement proche de celle avant frittage (pastille crue) . Raw tablet 506 705 73 764 For the BORE 3 sample which corresponds to the fuel according to the present invention, the boron content after sintering is relatively close to that before sintering (raw pellet).
Le taux de maintien en bore est très élevé puisqu'il est de l'ordre de 90 % en moyenne (rapport entre la teneur dans la pastille frittée entière et la teneur en bore dans la pastille crue) . The boron retention rate is very high since it is around 90% on average (ratio between the content in the whole sintered tablet and the boron content in the raw tablet).
A la lecture du tableau VII, on observe que la teneur en bore mesurée sur différents tronçons varie entre 399 ± 40 et 505 ± 40, le bore est donc réparti de manière relativement homogène dans l'ensemble de la pastille . On reading Table VII, it can be seen that the boron content measured on different sections varies between 399 ± 40 and 505 ± 40, the boron is therefore distributed relatively homogeneously throughout the tablet.
En outre, il apparaît que le combustible nucléaire selon la présente invention (BORE 3) offre un très bon taux de maintien du bore, puisqu'il est de l'ordre de 90 %. In addition, it appears that the nuclear fuel according to the present invention (BORE 3) offers a very good boron maintenance rate, since it is of the order of 90%.
A titre comparatif, les tableaux VIII.1 et VIII.2 ci-dessous regroupent les mesures sur les matériaux BORE 1 et BORE 2. For comparison, tables VIII.1 and VIII.2 below group together the measurements on BORE 1 and BORE 2 materials.
Tableau VIII.1 Table VIII.1
Eléments B (ppm/U) Si (ppm/U) Al (ppm/U) Ti (ppm/U) Elements B (ppm / U) Si (ppm / U) Al (ppm / U) Ti (ppm / U)
Fabrication BORE 1 BORE 1 manufacturing
Pastille frittée Sintered tablet
200 ± 30 <10 76 ± 10 50 ± 10 entière 200 ± 30 <10 76 ± 10 50 ± 10 whole
Tronçon 1 340 ± 40 130 ± 15 170 ± 20 500 ± 50 Section 1 340 ± 40 130 ± 15 170 ± 20 500 ± 50
Tronçon 2 280 ± 30 40 ± 5 100 ± 15 400 ± 40Section 2 280 ± 30 40 ± 5 100 ± 15 400 ± 40
Tronçon 3 250 ± 30 36 ± 5 97 ± 15 360 ± 40Section 3,250 ± 30 36 ± 5 97 ± 15,360 ± 40
Tronçon 4 240 ± 50 56 ± 10 80 ± 20 380 ± 80Section 4 240 ± 50 56 ± 10 80 ± 20 380 ± 80
Tronçon 5 200 ± 20 39 ± 5 30 ± 10 210 ± 40Section 5 200 ± 20 39 ± 5 30 ± 10 210 ± 40
Moyenne tronçons Average sections
262 60 95 370 frittes 262 60 95 370 frits
Pastille crue 508 885 100 920
Tableau VIII.2 Raw tablet 508 885 100 920 Table VIII.2
Eléments B (ppm/U) I Si (ppm/U) |A1 (ppm/U) I Ti (ppm/U) Elements B (ppm / U) I Si (ppm / U) | A1 (ppm / U) I Ti (ppm / U)
Fabrication BORE 2 BORE 2 manufacturing
Pastille frittée Sintered tablet
106 ± 15 20 ± 5 23 ± 2 <2 entière 106 ± 15 20 ± 5 23 ± 2 <2 whole
Tronçon 1 400 ± 50 <10 71 ± 15 4 ± 1 Section 1,400 ± 50 <10 71 ± 15 4 ± 1
Tronçon 2 195 ± 40 <15 63 ± 20 3 ± 1Section 2 195 ± 40 <15 63 ± 20 3 ± 1
Tronçon 3 332 ± 50 <15 76 ± 15 5 ± 2Section 3 332 ± 50 <15 76 ± 15 5 ± 2
Tronçon 4 242 ± 50 <15 69 ± 15 4 ± 1Section 4 242 ± 50 <15 69 ± 15 4 ± 1
Tronçon 5 416 ± 50 <15 69 ± 15 4 ± 1Section 5 416 ± 50 <15 69 ± 15 4 ± 1
Tronçon 6 440 ± 40 <10 60 ± 20 <20Section 6 440 ± 40 <10 60 ± 20 <20
Moyenne tronçons Average sections
338 <15 68 <20 frittes 338 <15 68 <20 frits
Pastille crue 498 1058 100 traces Raw tablet 498 1058 100 traces
On observe que, à l'inverse du combustible selon la présente invention, la répartition du bore dans la pastille est très variable. En effet, il y a une grande dispersion entre les teneurs mesurées dans les différents tronçons. Pour le BORE 1, la teneur en bore peut varier entre 200 ± 20 et 340 ± 40 entre deux tronçons ; pour le BORE 2, la teneur en bore varie de 195 ± 40 à 440 ± 40. It is observed that, unlike the fuel according to the present invention, the distribution of boron in the pellet is very variable. Indeed, there is a great dispersion between the contents measured in the different sections. For BORE 1, the boron content can vary between 200 ± 20 and 340 ± 40 between two sections; for BORE 2, the boron content varies from 195 ± 40 to 440 ± 40.
En outre, les dosages indiquent un maintien très faible du bore entre 20 % et 80 % approximativement . In addition, the dosages indicate a very low maintenance of boron between 20% and 80% approximately.
Sur la figure 2, on peut voir un cliché obtenu en microscopie optique du BORE 3 et à titre de comparaison des clichés de BORE 1 et BORE 2. In FIG. 2, one can see a photograph obtained in optical microscopy of BORE 3 and by way of comparison of the photographs of BORE 1 and BORE 2.
Les échantillons frittes sont découpés transversalement à l'aide d'une scie à fil diamanté. Pour limiter l' échauffement de l'échantillon, le fil est en permanence refroidi sous l'eau courante. Après
les avoir enrobées dans une résine de type époxy, les pastilles sont d'abord polies sous eau à l'aide d'une polisseuse Triefus et de draps de polissage à particules abrasives fixes (SiC) de granulométrie décroissante (400, 800 et 1200 correspondant respectivement à des particules de diamètre moyen de 35, 21,8 et 15,3 μm) . La dernière étape consiste en un polissage à la pâte diamantée pour l'obtention d'un poli miroir. Les échantillons sont lavés aux ultra-sons entre chaque étape de changement de drap de polissage. The sintered samples are cut transversely using a diamond wire saw. To limit the heating of the sample, the wire is constantly cooled under running water. After having coated them in an epoxy resin, the pellets are first polished under water using a Triefus polisher and polishing cloths with fixed abrasive particles (SiC) of decreasing particle size (400, 800 and 1200 corresponding particles with an average diameter of 35, 21.8 and 15.3 μm respectively). The last step is a diamond paste polishing to obtain a mirror polish. The samples are washed with ultrasound between each step of changing the polishing cloth.
Pour révéler la microstructure de l'échantillon, une attaque chimique est réalisée à température ambiante avec une solution contenant 20 volumes d'H2O, 2 volumes d' H2O2 et 1 volume d' H2SO4. Le temps d'attaque varie suivant l'échantillon (de 3 à 10 minutes) . Des observations au microscope optique à différents grossissements sont faites sur les échantillons (au bord et au centre des pastilles) avant et après attaque. Les observations aux faibles grossissements des échantillons non attaqués visent à évaluer la répartition des pores au sein des pastilles. Ceux aux forts grossissements des échantillons attaqués permettent de localiser la porosité et de déterminer la taille des grains. To reveal the microstructure of the sample, a chemical attack is carried out at room temperature with a solution containing 20 volumes of H 2 O, 2 volumes of H 2 O 2 and 1 volume of H 2 SO 4 . The attack time varies according to the sample (from 3 to 10 minutes). Observations under the optical microscope at different magnifications are made on the samples (at the edge and in the center of the pellets) before and after attack. The observations at low magnifications of the non-attacked samples aim to assess the distribution of pores within the pellets. Those with high magnifications of the attacked samples make it possible to locate the porosity and to determine the size of the grains.
La pastille BORE 3 présente des grains assez irréguliers et nettement moins anguleux que ceux d'une pastille en oxyde d'uranium : on observe une tendance à la sphéroïdisation des grains des pastilles borées. Par rapport à la pastille témoin, la taille de grains des pastilles borées n'est pas très différente :
on note une légère augmentation de taille pour les ajouts de mélange borure + verre (BORE 3) . The BORE 3 pellet has fairly irregular grains and clearly less angular than those of a uranium oxide pellet: there is a tendency to spheroidization of the grains of the borated pellets. Compared to the control tablet, the grain size of the borated tablets is not very different: there is a slight increase in size for the addition of boride + glass mixture (BORE 3).
D'une façon générale, les tailles des grains sur les bords des pastilles semblent moins importantes qu'au centre du fait des conditions physiques différentes qui caractérisent ces zones In general, the grain sizes on the edges of the pellets seem smaller than in the center because of the different physical conditions which characterize these areas.
(densité plus importante, évolutions en température différentes, ...) . (higher density, changes in different temperatures, ...).
On observe une porosité intergranulaire relativement importante, répartie de façon homogène au sein des pastilles. A relatively large intergranular porosity is observed, distributed homogeneously within the pellets.
Le combustible selon la présente invention rempli donc les critères requis pour un combustible nucléaire . The fuel according to the present invention therefore fulfills the criteria required for a nuclear fuel.
A titre de comparaison uniquement, les pastilles de BORE 1 et BORE 2 présentent une porosité mixte relativement homogène. By way of comparison only, the pellets of BORE 1 and BORE 2 have a relatively homogeneous mixed porosity.
Le tableau IX ci-dessous regroupent les valeurs de porosité, la taille des grains ainsi que les valeurs de masse volumique relative basées sur les résultats de métrologie pour le combustible selon l'invention BORE 3. A titre comparatif, les valeurs des caractéristiques du combustible témoin, BORE 1 et BORE 2 sont également indiquées. Table IX below regroups the porosity values, the grain size as well as the relative density values based on the metrology results for the fuel according to the invention BORE 3. For comparison, the values of the fuel characteristics indicator, BORE 1 and BORE 2 are also indicated.
Tableau IX Table IX
On observe que la porosité mesurée par analyse d' image et celle déduite de la masse volumique géométrique (métrologie) pour le combustible BORE 3 sont très proches. It is observed that the porosity measured by image analysis and that deduced from the geometric density (metrology) for the BORE 3 fuel are very close.
L' importante porosité résiduelle observée peut s'expliquer par l'inévitable oxydation partielle du borure au contact de l'U02+x qui a généré un certain volume d'anhydride borique gazeux. The significant residual porosity observed can be explained by the inevitable partial oxidation of the boride in contact with U0 2 + x which generated a certain volume of gaseous boric anhydride.
En outre, à titre de comparaison, la figure 3 représente les courbes gravimétriques A, B et C réalisés respectivement sur des mélanges comportant du verre VOIB et un borure métallique, tel que le TiB2, SiB6 et AlBi2. Le cycle thermique est celui indiqué D. In addition, for comparison, FIG. 3 represents the gravimetric curves A, B and C produced respectively on mixtures comprising VOIB glass and a metal boride, such as TiB 2 , SiB 6 and AlBi 2 . The thermal cycle is that indicated D.
Le tableau X regroupe les rapports massiques entre le verre VOIB et le borure métallique pour les mélanges cités ci-dessus. Table X groups together the mass ratios between the VOIB glass and the metal boride for the mixtures mentioned above.
Tableau X Paintings
*masse de bore corrigée par la pureté mentionnée par le fournisseur * mass of boron corrected by the purity mentioned by the supplier
On observe une importante perte de masse dés le début du chauffage pour le mélange V0IB/AlBi2 (courbe C) . A significant loss of mass is observed from the start of heating for the V0IB / AlBi 2 mixture (curve C).
De plus, le mélange VOIB/TiB2 selon la présente invention apparaît comme plus performant que le mélange VOIB/SiB6.
Le tableau XI ci-dessous regroupe les valeurs de perte de masse pour le mélange selon l'invention et les mélanges VOIB/AIB12 et VOIB/SiB6. In addition, the VOIB / TiB 2 mixture according to the present invention appears to be more efficient than the VOIB / SiB 6 mixture. Table XI below groups together the mass loss values for the mixture according to the invention and the VOIB / AIB12 and VOIB / SiB 6 mixtures.
Tableau Xl Table XI
Mélanges TiB2/VOIB SiB 6/VOIB AlB 12 /VO IBTiB 2 / VOIB SiB 6 / VOIB AlB 12 / VO IB mixtures
Δm ( % ) - 0 , 73 - 0 , 90 - 1 , 55 Δm (%) - 0.73 - 0.90 - 1.55
II apparaît donc que la présente invention relève d'une combinaison entre la teneur en bore du verre et le choix du borure métallique, c'est-à-dire le diborure de titane. It therefore appears that the present invention relates to a combination between the boron content of the glass and the choice of metallic boride, that is to say titanium diboride.
Les essais ont été effectués avec de l'oxyde d'uranium, mais des résultats comparables peuvent être obtenus en utilisant comme matériau nucléaire du MOX. The tests were carried out with uranium oxide, but comparable results can be obtained by using MOX as nuclear material.
Nous allons maintenant décrire le procédé de fabrication de pastilles de combustible nucléaire selon la présente invention. We will now describe the process for manufacturing nuclear fuel pellets according to the present invention.
Ce procédé comporte les étapes : a) de mélange de poudres du combustible nucléaire, du diborure de titane et du verre comprenant 7 % en masse de bore et homogénéisation du mélange obtenu par broyage ; This process comprises the stages: a) mixing powders of nuclear fuel, titanium diboride and glass comprising 7% by mass of boron and homogenization of the mixture obtained by grinding;
b) de mise en forme du mélange sous forme de pastilles crues par compression ; b) shaping the mixture in the form of raw pellets by compression;
c) de frittage des pastilles crues sous gaz faiblement oxydant à une température de 1200 à 13000C.c) sintering the raw pellets under weakly oxidizing gas at a temperature of 1200 to 1300 ° C.
On peut également prévoir une étape de rectification des pastilles préalablement frittées pour ramener leurs dimensions (diamètre, hauteur) dans les gammes de spécification. A la fin de l'étape c) , les pastilles sont prêtes à être utilisées.
De manière avantageuse, le procédé peut comporter une étape de granulation du mélange obtenu à l'issue de l'étape (a). It is also possible to provide for a step of rectification of the previously sintered pellets in order to bring their dimensions (diameter, height) back into the specification ranges. At the end of step c), the tablets are ready to be used. Advantageously, the method may include a step of granulating the mixture obtained at the end of step (a).
Lors de la mise en forme de pastille, la compression peut être du type compression à froid. When forming the pellet, the compression can be of the cold compression type.
Préalablement à l'étape a), les proportions de poudre de borure et de poudre de verre utilisées sont ajustées de façon à ce que le composé cristallisé (borure) introduise la quantité désirée de bore, par exemple 500 ppm, et que le composé vitreux soit en quantité suffisante pour enrober ce dernier. Prior to step a), the proportions of boride powder and of glass powder used are adjusted so that the crystallized compound (boride) introduces the desired amount of boron, for example 500 ppm, and that the glassy compound either in sufficient quantity to coat the latter.
Nous allons maintenant décrire de manière détaillée les différentes étapes du procédé selon la présente invention. We will now describe in detail the different steps of the method according to the present invention.
Lors de l'étape a), les différents produits During step a), the different products
(combustible nucléaire, par exemple oxyde d'uranium ou(nuclear fuel, for example uranium oxide or
MOX, borure métallique et verre) sont préalablement pesés, puis mélangés dans une jarre de broyage. La jarre de broyage est avantageusement en carbure de tungstène WC garnie de billes en carbure de tungstène, par exemple vingt, et de diamètre 10 mm. Un joint téflon, spécifiquement conçu pour minimiser la dissémination de poudre d'UO2 dopée, peut équiper les jarres. Le carbure de tungstène étant un matériau très dur, celui-ci permet de réaliser un cobroyage efficace sans contamination importante de la jarre. MOX, metal boride and glass) are weighed beforehand and then mixed in a grinding jar. The grinding jar is advantageously made of WC tungsten carbide topped with balls of tungsten carbide, for example twenty, and of diameter 10 mm. A teflon seal, specifically designed to minimize the spread of doped UO 2 powder, can equip the jars. As tungsten carbide is a very hard material, it allows efficient co-grinding without significant contamination of the jar.
Le mélange peut être homogénéisé par co¬ broyage en milieu éthanol à l'aide d'un broyeur planétaire pendant 2 heures. Le mélange est ensuite mis sous étuve sous air à une température de 5O0C pendant environ 12 d'heures. La poudre obtenue est homogène en
additifs cristallisés et vitreux. Le mélange est ensuite forcé à travers un tamis d'ouverture de maille 200 μm. The mixture can be homogenized by co ¬ grinding in ethanol medium using a planetary mill for 2 hours. The mixture is then placed in an air oven at a temperature of 50 ° C. for approximately 12 hours. The powder obtained is homogeneous in crystallized and glassy additives. The mixture is then forced through a 200 μm mesh opening sieve.
On peut également prévoir de réaliser un mélange en plusieurs étapes, notamment : It is also possible to provide for mixing in several stages, in particular:
- une première étape mélangeant tout d'abord les poudres de borure et de verre, par exemple avec le broyeur planétaire en phase liquide alcoolique, a first step, firstly mixing the boride and glass powders, for example with the planetary grinder in the alcoholic liquid phase,
- une deuxième étape ajoutant, au mélange obtenu à la fin de la première étape, la poudre de combustible nucléaire. - a second step adding, to the mixture obtained at the end of the first step, nuclear fuel powder.
Lors de l'étape de granulation, on fabrique des galettes de diamètre environ deux fois plus grand que le diamètre final visé pour les pastilles dans une presse à compression uniaxiale en appliquant une pression relativement faible de l'ordre de 80 MPa, et à température ambiante. Les galettes obtenues sont alors concassées au mortier et forcées à travers d'un tamis d'ouverture de maille de 200 μm. La granulation permet d'améliorer la coulabilité du mélange de poudres et le remplissage de la matrice de presse lors du pastillage. During the granulation step, wafers with a diameter of approximately twice as large as the final target diameter are produced in a uniaxial compression press by applying a relatively low pressure of the order of 80 MPa, and at temperature ambient. The wafers obtained are then crushed in a mortar and forced through a sieve with a mesh opening of 200 μm. Granulation improves the flowability of the powder mixture and the filling of the press die during pelletizing.
On rajoute 0,3 % en masse de lubrifiant 0.3% by mass of lubricant is added
(stéarate de zinc (Zn (Ci8H35O2) 2) )• L'homogénéisation des mélanges poudre/lubrifiant est effectuée dans un mélangeur planétaire, par exemple tournant à une vitesse de 20 trs.min"1. La granulation permet avantageusement d'améliorer la coulabilité du mélange de poudres et le remplissage de la matrice de presse lors de la mise en forme des pastilles. (zinc stearate (Zn (Ci 8 H 35 O 2 ) 2)) • The homogenization of the powder / lubricant mixtures is carried out in a planetary mixer, for example rotating at a speed of 20 rpm "1. Granulation allows advantageously improve the flowability of the powder mixture and the filling of the press matrix during the shaping of the pellets.
Lors de l'étape b) , le mélange obtenu est pressé sous forme de pastilles crues ayant les
dimensions souhaitées. Le pressage s'effectue par exemple à l'aide d'une presse à compression uniaxiale similaire à celle utilisée dans l'étape de granulation, cette opération étant aussi réalisée à température ambiante. Le pressage s'effectue à une pression comprise entre 350 MPa et 500 MPa. During step b), the mixture obtained is pressed in the form of raw pellets having the desired dimensions. The pressing is carried out for example using a uniaxial compression press similar to that used in the granulation step, this operation also being carried out at ambient temperature. Pressing is carried out at a pressure between 350 MPa and 500 MPa.
Le procédé de fabrication est dit DCN (Double Cycle Normal) avec une pression de pastillage Ppastiiiage supérieure à celle de granulation Pgranuiation- L'étape de pressage est similaire à celle pratiquée lors de la fabrication de pastilles combustibles de l'état de la technique pour réacteur nucléaire à eau pressurisée, c'est-à-dire par pressage uniaxial sous une pression de 400 à 600 MPa. Par conséquent celle-ci ne sera pas décrite davantage. The manufacturing process is called DCN (Double Normal Cycle) with a pelletizing pressure Ppastiiiage higher than that of granulation P gr anuiation- The pressing step is similar to that practiced during the manufacture of combustible pellets in the state of technique for a pressurized water nuclear reactor, that is to say by uniaxial pressing under a pressure of 400 to 600 MPa. Consequently, this will not be described further.
Dans l'étape c) , on procède au frittage des pastilles crues dans des conditions favorisant le maintien de bore dans la céramique et évitant ou limitant au maximum son oxydation en anhydride borique volatil. In step c), the raw pellets are sintered under conditions favoring the maintenance of boron in the ceramic and avoiding or minimizing its oxidation to volatile boric anhydride.
Le frittage est alors réalisé à une température relativement basse, par exemple entre 125O0C et 13000C, sous atmosphère inerte, par exemple d'argon afin de permettre l'écoulement du verre au sein des grains, ce qui permet d'homogénéiser la répartition du bore d'une part et la protection du borure par enrobage de celui-ci d'autre part, sans aucune dégradation thermochimique. Le choix d'une poudre d'UO2 de stoechiométrie adaptée permet une densification de la céramique avant 10000C, c'est-à-dire que la porosité ouverte se ferme. Le bore éventuellement oxydé sous
forme de B2O3 est alors maintenu dans les pores fermés de la pastille. Sintering is then carried out at a relatively low temperature, for example between 1250 ° C. and 1300 ° C., under an inert atmosphere, for example of argon in order to allow the flow of glass within the grains, which makes it possible to homogenize the distribution of boron on the one hand and the protection of the boride by coating it on the other hand, without any thermochemical degradation. The choice of a UO 2 powder of suitable stoichiometry allows densification of the ceramic before 1000 ° C., that is to say that the open porosity closes. Boron possibly oxidized under B 2 O 3 form is then maintained in the closed pores of the pellet.
Ainsi le frittage à basse température réduit la formation et la volatilisation hors de la pastille de B2O3 gazeux. Thus low temperature sintering reduces the formation and volatilization out of the gaseous B 2 O 3 pellet.
Un exemple de cycle thermique de frittage est représenté sur la figure 4. Il comporte une phase E de montée en température depuis la température ambiante jusqu'à la température de palier, réalisée avantageusement avec une vitesse de montée en température de 2,5°C/min, une phase F de palier d'environ 4 heures à une température de 125O0C, et une phase G de retour à la température ambiante réalisée avec une vitesse de montée en température de 5°C/min. An example of a thermal sintering cycle is shown in FIG. 4. It includes a phase E of temperature rise from ambient temperature to the bearing temperature, advantageously carried out with a temperature rise rate of 2.5 ° C. / min, a phase F of plateau for approximately 4 hours at a temperature of 125O 0 C, and a phase G of return to ambient temperature carried out with a temperature rise rate of 5 ° C / min.
Lorsque les spécifications dimensionnelles des pastilles ne sont pas respectées en fin de frittage, il est prévu une étape de rectification des pastilles . When the dimensional specifications of the pellets are not met at the end of sintering, a step of rectifying the pellets is provided.
Le taux de maintien du bore dans le combustible (environ 90 %) est sensiblement supérieur à ceux du combustible fabriqué avec le verre Duran ®, avec une excellente homogénéité de répartition dans le combustible, elle aussi bien supérieure à celle des combustibles de l'art antérieur. En outre, les pastilles fabriquées avec le verre VOIB présente une bonne reproductibilité . The boron retention rate in the fuel (around 90%) is significantly higher than that of the fuel manufactured with Duran® glass, with excellent homogeneity of distribution in the fuel, which is also much higher than that of the fuels of the art. prior. In addition, the pellets made with VOIB glass have good reproducibility.
Le procédé de fabrication a été optimisé. The manufacturing process has been optimized.
Une étape de traitement thermique a été suppriméeA heat treatment step has been removed
(réduction post-frittage) et le combustible obtenu ne présente pas de fragilité particulière par rapport à un combustible non dopé en bore.
(post-sintering reduction) and the fuel obtained does not exhibit any particular brittleness compared to a fuel not doped with boron.
Claims
1. Combustible nucléaire à base d'oxyde d'uranium, comportant un poison consommable formé par du bore, le bore étant dispersé dans le combustible sous forme de diborure de titane et de verre, le verre comportant 7 % en masse de bore. 1. Nuclear fuel based on uranium oxide, comprising a consumable poison formed by boron, the boron being dispersed in the fuel in the form of titanium diboride and glass, the glass comprising 7% by mass of boron.
2. Combustible selon la revendication 1, dans lequel la teneur massique en bore est de 500 ppm. 2. Fuel according to claim 1, in which the mass boron content is 500 ppm.
3. Combustible nucléaire selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le verre a une température de transition vitreuse environ égale à 5000C. 3. Nuclear fuel according to claim 1 or 2, in which the glass has a glass transition temperature approximately equal to 500 ° C.
4. Combustible nucléaire selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le verre comporte de 20 à 25 % en masse de B2O3 et de 65 à 70 % en masse d'oxyde de silicium SiO2. 4. Nuclear fuel according to one of claims 1 to 3, in which the glass comprises from 20 to 25% by mass of B 2 O 3 and from 65 to 70% by mass of silicon oxide SiO 2 .
5. Combustible selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le combustible est de l'oxyde d'uranium. 5. Fuel according to any one of the preceding claims, in which the fuel is uranium oxide.
6. Combustible selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le combustible est un oxyde mixte d'uranium et de plutonium UO2-PuO2.
6. Fuel according to any one of claims 1 to 5, wherein the fuel is a mixed uranium and plutonium oxide UO 2 -PuO 2 .
7. Procédé de fabrication de pastilles de combustible nucléaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant les étapes : 7. Method for manufacturing nuclear fuel pellets according to any one of the preceding claims, comprising the steps:
a) de mélange de poudres du combustible nucléaire, du diborure de titane et du verre comprenant a) mixture of nuclear fuel powders, titanium diboride and glass comprising
7 % en masse de bore et d'homogénéisation du mélange obtenu par broyage, 7% by mass of boron and of homogenization of the mixture obtained by grinding,
b) de mise en forme du mélange sous forme de pastilles crues par compression, b) shaping the mixture in the form of raw pellets by compression,
c) de frittage des pastilles crues sous gaz faiblement oxydant à une température de 1200 à 13000C, puis de rectification éventuelle, les pastilles étant alors prêtes à être utilisées. c) sintering the raw pellets under a weakly oxidizing gas at a temperature of 1200 to 1300 ° C., then optional rectification, the pellets then being ready to be used.
8. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, comportant une étape de granulation du mélange obtenu à l'issue de l'étape a), lors de laquelle des galettes de diamètre supérieur à celle des pastilles désirées, sont fabriquées par pressage sous une pression de l'ordre de 80 MPa, puis concassées et forcées au travers d'un tamis. 8. The manufacturing method according to the preceding claim, comprising a step of granulating the mixture obtained at the end of step a), during which wafers of diameter greater than that of the desired pellets, are produced by pressing under pressure about 80 MPa, then crushed and forced through a sieve.
9. Procédé de fabrication selon la revendication 7 ou 8, dans lequel l'étape c) de frittage comporte une première phase de montée en température à une vitesse de 2, 5° /min, une deuxième phase de palier de 4h à une température entre 12000C et 13000C, et une troisième phase de diminution de la température de 5° /Min jusqu'à atteindre une température ambiante.
9. The manufacturing method according to claim 7 or 8, wherein step c) of sintering comprises a first phase of temperature rise at a speed of 2.5 ° / min, a second stage of 4 hours at a temperature between 1200 0 C and 1300 0 C, and a third phase of temperature reduction of 5 ° / Min until reaching an ambient temperature.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR0553722A FR2894374B1 (en) | 2005-12-05 | 2005-12-05 | NUCLEAR FUEL COMPRISING A CONSUMABLE POISON AND A PROCESS FOR PRODUCING SUCH FUEL |
FR0553722 | 2005-12-05 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2007065836A1 true WO2007065836A1 (en) | 2007-06-14 |
Family
ID=36215608
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/EP2006/069091 WO2007065836A1 (en) | 2005-12-05 | 2006-11-30 | Nuclear fuel containing a burnable poison and method of manufacturing such a fuel |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
FR (1) | FR2894374B1 (en) |
WO (1) | WO2007065836A1 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3197810A (en) * | 1961-10-09 | 1965-08-03 | Oesterr Studien Atomenergie | Method and an apparatus for manufacturing ball-shaped particles |
FR1447546A (en) * | 1964-08-28 | 1966-07-29 | Reactor Centrum Nederland | fissile oxide fuel element |
US3427222A (en) * | 1965-10-15 | 1969-02-11 | Westinghouse Electric Corp | Nuclear fuel elements |
US4645643A (en) * | 1982-02-03 | 1987-02-24 | Fragema | Nuclear fuel assembly containing burnable poison |
FR2695506A1 (en) * | 1992-09-10 | 1994-03-11 | Pechiney Uranium | Burnable poison cladding for nuclear fuel casing - using only boron cpds to form thin cladding obtd by chemical or physical vapour deposition |
DE9402702U1 (en) * | 1994-02-18 | 1994-05-19 | Siemens AG, 80333 München | Fuel element with combustible neutron poison |
EP1193717A1 (en) * | 2000-09-27 | 2002-04-03 | Commissariat A L'energie Atomique | Nuclear fuel comprising a burable poison and method of manufacture therefor |
-
2005
- 2005-12-05 FR FR0553722A patent/FR2894374B1/en not_active Expired - Fee Related
-
2006
- 2006-11-30 WO PCT/EP2006/069091 patent/WO2007065836A1/en active Application Filing
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3197810A (en) * | 1961-10-09 | 1965-08-03 | Oesterr Studien Atomenergie | Method and an apparatus for manufacturing ball-shaped particles |
FR1447546A (en) * | 1964-08-28 | 1966-07-29 | Reactor Centrum Nederland | fissile oxide fuel element |
US3427222A (en) * | 1965-10-15 | 1969-02-11 | Westinghouse Electric Corp | Nuclear fuel elements |
US4645643A (en) * | 1982-02-03 | 1987-02-24 | Fragema | Nuclear fuel assembly containing burnable poison |
FR2695506A1 (en) * | 1992-09-10 | 1994-03-11 | Pechiney Uranium | Burnable poison cladding for nuclear fuel casing - using only boron cpds to form thin cladding obtd by chemical or physical vapour deposition |
DE9402702U1 (en) * | 1994-02-18 | 1994-05-19 | Siemens AG, 80333 München | Fuel element with combustible neutron poison |
EP1193717A1 (en) * | 2000-09-27 | 2002-04-03 | Commissariat A L'energie Atomique | Nuclear fuel comprising a burable poison and method of manufacture therefor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2894374B1 (en) | 2008-01-04 |
FR2894374A1 (en) | 2007-06-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2474000B1 (en) | Process for the production of porous nuclear fuel on the basis of at least one minor actinide | |
RU2735243C2 (en) | Completely ceramic microencapsulated fuel, made with burnable absorber as a sintering intensifier | |
EP2748822B1 (en) | Method for preparing a porous nuclear fuel | |
CN108335760A (en) | A kind of preparation method of high uranium useful load dispersion fuel pellet | |
EP3233756B1 (en) | Process for manufacturing a pellet of at least one metal oxide | |
WO2005034138A2 (en) | Method of producing pellets of a nuclear fuel based on mixed oxide (u,pu)o2 or (u,th)o2 | |
FR2969660A1 (en) | PROCESS FOR THE PREPARATION OF A POWDER OF AN ALLOY BASED ON URANIUM AND MOLYBDEN | |
JP5923521B2 (en) | Uranium-molybdenum-based alloy powder that can be used for the production of nuclear fuel and targets for the production of radioisotopes | |
JP6409051B2 (en) | New substances made from uranium, gadolinium and oxygen and their use as depleting neutron poisons | |
US9653188B2 (en) | Fabrication method of burnable absorber nuclear fuel pellets and burnable absorber nuclear fuel pellets fabricated by the same | |
WO2007065836A1 (en) | Nuclear fuel containing a burnable poison and method of manufacturing such a fuel | |
JP2009053156A (en) | Manufacturing method of nuclear fuel pellet and nuclear fuel pellet | |
EP1193717B1 (en) | Nuclear fuel comprising a burable poison and method of manufacture therefor | |
WO2000052704A1 (en) | Neutron absorber material based on boron carbide and hafnium and method for making same | |
EP1135776B1 (en) | Confinement of caesium and/or rubidium in apatite ceramics | |
CA2386728C (en) | Boron-based containment matrix for storage or transmutation of long-lived radioactive elements | |
EP1144300B1 (en) | Method for confining plutonium in apatite ceramics and resulting products | |
FR3068169B1 (en) | PROCESS FOR PREPARING PELLETS OF MIXED DENSE FUEL BASED ON URANIUM, PLUTONIUM AND POSSIBLY MINOR ACTINIDE (S) | |
EP1048037A1 (en) | Absorbent neutronic composite material and method for producing same | |
Rogozkin et al. | Pyrochemical method of salvaging weapons plutonium in oxide for fabricating mixed fuel for fast reactors | |
Fiegel et al. | EQUILIBRIUM STUDIES OF REFRACTORY METAL OXIDES. 7 Month Report, June 13, 1961 to January 13, 1962 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application | ||
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
32PN | Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established |
Free format text: COMMUNICATION PURSUANT TO RULE 112(1) CBE (FORM 1205A OF 12.08.08) |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 06819858 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |