Materials specific work at Forschungszentrum Karlsruhe and in cooperation with the industrial partners ALKEM and Interatom for the development of nuclear oxide fuels for fission reactors
Description
The fabrication of uranium-plutonium oxide fuel started in Forschungszentrum Karlsruhe and at ALKEM company to begin for the criticality experiments in the SNEAK reactor and subsequently for stationary fuel pin irradiations in the FR2, BR2, DFR, Rapsodie, Phenix and KNK II reactors. The production methods comprised first the mechanical blending of UO2 and PuO2 followed by direct pressing and sintering of the pellets, later the advanced methods such as optimized comilling and ammonium uranyl plutonyl coprecititation. The fabrication of pellets was described in the main, further the alternative fuel pin manufacturing processes by vibrational compaction and hot-impact densification were discussed. The first capsule and pin irradiations in the FR2 and BR2 reactors contributed to the assessment of the maximum operation parameters within the fuel pin development such as linear heat rating, cladding temperature and burnup. Subsequently, small-bundle and largebundle irradiations were made in fast reactors in cooperation with Interatom company in order to verify the specifications for the commercial fast reactor SNR 300. Milestones were the maximum burnup of 175 GWd/t metal, corresponding 18.6 % of the heavy atoms, obtained in one of the KNK II fuel pin assemblies, and the displacement rates in the cladding materials of 140 dpa NRT attained in the Phenix reactor. Higher implications gained later the stationary irradiations of defected mixed-oxide pins, the mild fuel pin transient operations, the local blockage experiments and the severe hypothetic accidents in the respective Siloe, HFR, BR2 and CABRI reactors. These experiments were made solely in international partnership. Further activities were the chemical analyses of solid residues and coprecipitations of irradiated mixed-oxide fuels in the head-end of the reprocessing. All these actions were coordinated in the then fast breeder project. Furthermore, irradiated fuels and fuel pins of other reactor types were investigated such as LWR-UO2, LWR-MOX, HTR and Cermet fuels. The most important results were also presented in this report
Availability note (English)
Available from TIB Hannover: ZA 5141(7154)Abstract (German)
Uran-Plutonium-Oxid-Brennstoff wurde im Forschungszentrum Karlsruhe und bei der Fa. ALKEM zunaechst fuer die Kritikalitaetsexperimente im SNEAK-Reaktor sowie nachfolgend fuer stationaere Brennstabbestrahlungen in den Reaktoren FR2, BR2, DFR, Rapsodie, Phenix und KNK II hergestellt. Die Fertigungsschritte umfassten zuerst das mechanische Mischen von UO2 und PuO2 mit unmittelbar anschliessendem Pressen und Sintern der Tabletten, spaeter die verbesserten Methoden, wie das optimierte Comahlen und die Ammoniumuranylplutonyl-Cofaellung. Es wurde ueberwiegend die Tablettenherstellung beschrieben, ferner wurden auch alternative Verfahren zur Brennstabherstellung durch Vibrations- und Heissschlagverdichtung diskutiert. Die ersten Kapsel- und Prueflingsbestrahlungen im FR2 und BR2 dienten zur Absicherung der maximal moeglichen Betriebsdaten, wie Stablaengenleistung, Huelltemperatur und Abbrand im Rahmen der Brennstabentwicklung. Im spaeteren Verlauf wurden in Kooperation mit der Fa. Interatom Klein- und Grossbuendelbestrahlungen in den schnellen Reaktoren zur Kontrolle der Spezifikationen fuer den kommerziellen schnellen Brutreaktor SNR 300 durchgefuehrt. Meilensteine waren der in einem Brennelement des Reaktors KNK II erzielte maximale Abbrand von 175 GWd/t Metall, entsprechend 18,6 % der schweren Atome, und die im Phenix-Reaktor erreichten Schaedigungsraten der Huellwerkstoffe von 140 dpa NRT. Zunehmende Bedeutung gewannen spaeter die stationaeren Bestrahlungen defekter Mischoxid-Brennstaebe sowie die Transientenexperimente im Leistungszyklierbetrieb, die lokalen Kuehlungsstoerungen und die schweren Reaktorstoerfaelle in den Reaktoren Siloe, HFR, BR2 bzw. CABRI, die alle in internationaler Partnerschaft durchgefuehrt wurden. Ein weiteres Aufgabenfeld war die chemische Analytik an den festen Rueckstaenden und den Nachfaellungen von bestrahlten Mischoxid-Brennstoffen im Headend der Wiederaufarbeitung. Diese Arbeiten wurden im damaligen Projekt Schneller Brueter koordiniert. Darueber hinaus wurden bestrahlte Oxidbrennstaebe fuer andere Reaktortypen untersucht, wie LWR-UO2-, LWR-MOX-, HTR- und Cermet-Brennstoffe, deren wichtigste Ergebnisse ebenfalls in diesem Bericht dargestellt sindAdditional details
Additional titles
- Original title (German)
- Materialspezifische Arbeiten im Forschungszentrum Karlsruhe und in Kooperation mit den Industriepartnern ALKEM und Interatom zur Entwicklung oxidischer Kernbrennstoffe fuer Spaltungsreaktoren
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 242 p.
- ISSN
- 0947-8620
- Report number
- FZKA--7154
INIS
- Country of Publication
- Germany
- Country of Input or Organization
- Germany
- INIS RN
- 37017875
- Subject category
- S22: GENERAL STUDIES OF NUCLEAR REACTORS;
- Resource subtype / Literary indicator
- Non-conventional Literature
- Descriptors DEI
- BURNUP; CRITICALITY; DEFECTS; FABRICATION; FUEL PINS; IRRADIATION; MIXED OXIDE FUELS; PLUTONIUM OXIDES; REPROCESSING; TRANSIENTS; URANIUM OXIDES
- Descriptors DEC
- ACTINIDE COMPOUNDS; CHALCOGENIDES; ENERGY SOURCES; FUEL ELEMENTS; FUELS; MATERIALS; NUCLEAR FUELS; OXIDES; OXYGEN COMPOUNDS; PLUTONIUM COMPOUNDS; REACTOR COMPONENTS; REACTOR MATERIALS; SEPARATION PROCESSES; SOLID FUELS; TRANSURANIUM COMPOUNDS; URANIUM COMPOUNDS