Brevet FR2032382A1 — publié le 19701127

La présente invention se rapporte au combustible 'dê réacteurs nucléaires et plus particulièrement à la fabrication "de comprimés combustibles, mieux connus sous le nom de pastilles combustibles. Les pastilles combustibles sont fabriquées généralement à par-5 tir de poudres céramiques comme par exemple, d'oxydes ou de carbures d'uranium, de thorium, de plutonium ou d'autres éléments tran-suraniens. ' ' Une des difficultés de fabrication des pastilles est d'obtenir d'une manière reproductible des pastillés dê densité de 7Û à 98 $ 10 de la densité théorique à partir de poudres céramiques. Sejon les procédés connus de fabrication de pastilles, la poudre est granulée après'addition éventuelle de liant, pastillée et frittée. A.l'aide de ce procédé connu, des pastilles de densités com-15 prises dans les limites mentionnées ci-dessus-peuvent-être obtenues à partir de poudres céramiques soit en additionnant des proportions croissantes de liant avant la granulation, soit en traitant thermi-quement la poudre de façon à la rendre moins frittable dans les conditions préconisées. 20 L'addition de quantités importantes de liant entraîne toute fois certains inconvénients, notamment le manque de reproductibili-té de densité par suite de la difficulté d'obtenir une dispersion homogène du liant dans la masse de poudre, la nécessité de devoir utiliser de l'eau qui, par son effet modérateur limite fortement 25 la quantité de matériaux fissiles pouvant être traitée dans une enceinte de volume déterminé, l'encrassement des fours,.etc... Par contre, le traitement thermique préalable de la poudre nécessite des températures élevées, ce qui rend la poudre plus abrasive et augmente le coût du cycle.de fabrication# • 3D La présente invention a pour objet une méthode de fabrication de pastilles combustibles.pour réacteurs ,nucléaires pèrmettant d' éviter les inconvénients,des"procédés connus tout en donnant, d'une manière reproductible, des pastilles de densité désirée. La présente invention consiste en un procédé de fabrication de 35 pastilles combustibles nucléaires, a partir de poudre céramique comportant en général les étapes classiques suivantes : précompression, granulation, pastillage et frittage, caractérisé en ce qu'on ajoute aux constituants du combustible une faible quantité d'un inhibiteur de frittage constitué d'un composé de strontium ou de baryum. BAD ORIGINAL 69 45350 2 2032382 . ..Le composé de strontium ou de baryum peut être ajouté à une étape quelconque de la .fabrications que ce soit pendant le cycle de fabrication de la matière première ou pendant les étapes de conditionnement de cette matière .précédant le pastillage.. 5 De faibles quantités de strontium ou de baryum, suffisent à maintenir la densité du produit fritte à la valeur désirée sans modifier les conditions de frittage. La quantité ajoutée sera en général choisie en fonction de la densité finale désirée et de la forme sous laquelle le strontium ou le baryum est ajouté. Quelques 10 dizaines de ppm pourraient déjà convenir pour.obtenir une légère diminution de la frittabilité de l'oxyde d'uranium et en général des quantités de l'ordre de 0,1 fo de strontium ou de baryum suffisent pour les applications actuellement demandées. Il est évident que des quantités supérieures peuvent également être ajoutées. ... 15 D'autres buts et avantages .de la présente invention apparaî tront à la lecture des exemples suivants donnés à titre nullement limitatif. _ . , .EXEMPLE 1.- . . . , , - - .De la poudre d'UO^ céramique est mélangée à.0,1 % de stéarate 20 de strontium, (inhibiteur) et 0,3 $ de stéarate de zinc (lubrifiant) puis broyée finement pendant 30 minutes à l'aide d'un broyeur à boulets. La poudre ainsi obtenue est précomprimée isostatiquement à 2000 kg/cm . Les comprimés formés sont ensuite broyés et granulés. Les granulés de dimensions comprises entre 30 et 140 mesh 25 (0,540 et 0,110 mm) sont déversés dans le sabot d'alimentation d* une pastilleuse et transformés en pastilles de 5 naa de diamètre et d'une densité de 5,4 g/cm^. Après un frittage de 60 minutes à 1650°C sous hydrogène technique, les pastilles ont atteint une den-sité de 9r5 g/cm soit environ 86,5 $ de la densité théorique. 30 Des pastilles fabriquées de façon identique mais sans addition de stéarate de strontium atteignent 93 ?° de la densité théorique. EXMPLE 2.- Uh peu de nitrate de baryum est ajouté à du nitrate d'uranyle. La solution est ensuite traitée dans les conditions habituelles de 35 fabrication de l'UOg céramique. Le procédé inclut les étapes de précipitation par l'ammoniaque, de séchage, de calcination à 550°C et de réduction à 450°C sous hydrogène. Le produit obtenu est un dioxyde d'uranium céramique contenant l'impureté baryum coprécipi-tée. Comparons une poudre d'UCt-, contenant 370 ppm de baryum et une BÂD ORIQÎNAI, 69 45350 3 2032382 poudre d'UO^ pur fabriquée dans les mêmes conditions : les deux qualités de poudres sont pastillées sans addition organique ou au-tre jusqu'à une densité à vert de 5,5 g/cm et frittées pendant 3 heures à 1600°C sous une atmosphère constituée d'un mélange de 35f° 5 argon et 5 % hydrogène. Dans ces conditions, la poudre d'UO^ pur donne des pastilles de 10,35 de densité (soit environ 94»4 % de la densité théorique) tandis que la poudre contenant 370 ppm de ba- *Z ryum n'atteint qu'une densité de 10,07 g/cm (soit 91,9 f<> de la densité théorique). 10 EXEMPLE 3«- De l'UOg céramique appauvri a été mélangé à 0,06 f° de carbonate de baryum (inhibiteur) et 0,3 % de stéarate de zinc (lubrifiant) puis broyé finement pendant 30 minutes dans un broyeur à boulets. La poudre obtenue est préeomprimée à 2000 kg/cm , granulée, pastil-15 lée à 5,6 g/cm^ de densité verte puis frittée 1 heure à 1600°C sous 7 hydrogène. Après frittage, la densité des pastilles est de 9,15g/cm soit 83,5 % de la densité théorique. - Bien entendu, la présente invention nFest pas limitée aux modes de réalisation décrits, elle est susceptible de nombreuses va-20 riantes, accessibles à l'homme de l'art, sans s'écarter de l'esprit de l'invention. é>9 45350 4 2032382 REVENDICATIONS 1) Procédé de fabrication de pastilles conbustibles nucléaires à partir de poudre céramique comportant en général les étapes classiques suivantes : précompression, granulation, pastillage et frit- 5 tage, caractérisé en ce qu'on ajoute aux constituants du combustible une faible quantité d'un inhibiteur de frittage constitué d'un composé de baryum ou de strontium. 2) Procédé selon la revendication t caractérisé en ce qu'on ajoute le baryum ou le strontium dans des quantités généralement 10 inférieures à 0, t 3) Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le baryum ou le strontium est ajouté à la poudre céramique. 4) Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le baryum ou le strontium est ajouté durant le cycle de fabrication 15 de la poudre céramique. 5) Pastilles combustibles pour réacteur nucléaire fabriquées selon le procédé suivant une quelconque des revendications 1 à 4« * 6AD ORIGINAL '