Brevet FR2070027A1 — publié le 19710910

La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication de combustible nucléaire à base d'uranium et de plutonium, désigné ci-après comme combustible mixte» Le combustible mixte le plus utilisé actuellement est sous 5 forme d'oxyde, mais il peut également être employé sous forme de carbure, nitrure ou tout autre composé réfractaire. Un des critères auxquels doivent répondre ces combustibles est l'homogénéité de la dispersion ou du mélange : il est fréquent d' imposer, pour le combustible destiné aux réacteurs nucléaires à 10 neutrons rapides, que les grains ou les agglomérats d'oxyde de plutonium soient inférieurs-à 50 microns. Une solution sûre de ce problème est de fabriquer la matière 'première par coprécipitation des oxydes»-Cette solution excellente est toutefois extrêmement coûteuse et ne peut dès lors pas être en-15 visagée pour la fabrication industrielle de combustible pour les réacteurs. Une autre solution généralement suivie consiste à mélanger les constituants U0£ et Pu02> à broyer, précomprimer, granuler et pastiller ce mélange et à fritter les pastilles sous atmosphère réduc- 1 20 trice. Les pastilles ainsi obtenues sont de bonne qualité mais contiennent certains agglomérats d'oxyde de plutonium dont la dimension maximum est difficilement mesurable. Ces agglomérats pourraient être éliminés par la diffusion ayant lieu lors du frittage des pastilles et qui tend à former une dispersion parfaite, mais la vites-25 se de diffusion est trop faible en atmosphère réductrice (imposée) pour arriver à un bon résultat. La présènte invention a pour objet un procédé permettant d1 augmenter la vitesse de diffusion du plutonium dans l'uranium d'une pastille combustible mixte lors du frittage. 30 L'invention consiste en un procédé de fabrication de combus tible nucléaire mixte contenant de l'uranium et du plutonium, caractérisé en ce qu'on ajoute à au moins un constituant une faible quantité d'un composé d'un élément du groupe constitué des éléments suivants : aluminium, titane, magnésium, zirconium, niobium, 35 chrome, vanadium, fer et cuivre. L'additif peut être ajouté à n'importe quelle étape du cycle de fabrication des pastilles. Il peut également être ajouté lors de la fabrication des matières premières. Il est clair que le composé ajouté doit être compatible avec 1AB ORIGINAL 69 45359 2 2070027 le combustible utilisé, aussi bien pendant la fabrication que durant l'irradiation. Ainsi, par exemple, dans le cas d'un combustible sous forme d'oxyde, le choix de l'additif se portera de préférence sur un oxyde soluble dans l'oxyde d'uranium afin de limiter 5 les phénomènes de migration sous gradient thermique. Bien que l1 oxyde soit la forme préférée, il est évident que l'additif peut être utilisé avec la même efficacité sous la forme d'un sel se décomposant en oxyde et plus généralement sous toute forme appropriée. La teneur de l'additif sera la plus faible possible, mais est 10 imposée par les conditions de fabrication (temps et température de ■ frittage, granulométrie de la matière première, etc...). Cette" teneur sera, en plus, variable selon l'efficacité du composé ajouté. En général, une teneur de 100 à 300 ppm (0,01 à 0,03 f° en poids par rapport au poids total) sera suffisante. Pour certains additifs, 15 la teneur peut atteindre 0,1 fe et même plus. Il est évident que ce procédé selon l'invention est valable pour la fabrication de combustible, sous toute forme, et pourrait être utilisé aussi bien pour la fabrication des pastilles combustibles que pour le combustible vibré ou le combustible à parti- -20 cules. La méthode présente les avantages suivants : 1. La diffusion de l'oxyde de plutonium dans l'oxyde d'uranitm est excellente, voire complète. 2o Le procédé permet de simplifier le cycle de fabrication 25 car il n'est plus nécessaire de broyer finement les constituants prémélangés„ - 3- Le procédé ne modifie pas la forme ni la granulométrie de la matière première. Ainsi, en utilisant comme produits de départ de l'UOg et du PuOp de coulabilité suffisante (free flowing), il 30 est possible de les pastille r directement après mélange. 4. L'additif favorisant la diffusion du plutonium dans l'uranium crée des porosités aux endroits où se trouvaient l'oxyde de plutonium initialement et abaisse ainsi la densité finale comme souhaité pour les réacteurs rapides» 35 D'autres buts et avantages de la présente invention apparaî tront à la lecture des exemples suivants donnés à titre nullement limitatif. 69 45359 3 2070027 EXEMPLE 1. De la poudre de dioxyde d'uranium contenant 100 ppm d'aluminium est fabriquée par coprécipitation d'une solution de nitrate â'uranyle et de nitrate d'aluminium à l'aide a' ammonia ue, suivie 5 d'une calcination à l'air et d'une réduction sous hydrogène selon des conditions standardisées bien connues des fabricants d'oxyde d'uranium. Cette poudre tamisée sur un tamis de 74 microns est mélangée à sec à 20 io (en poids) d'oxyde de plutonium de granulométrie comprise 10 entre 50 et 70 microns. Après une première précompression et une granulation adéquate, on ajoute 0,3 /« de béiiénate de zinc comme lubrifiant. ' Le granulé enrobé de lubrifiant est compi-imé à une densité de 5,8 g/cm . La pastille ainsi formée est frittée pendant 4 heures à 15 1 640° C sous un mélange composé de 95 & d'argon et 5 > d'hydrogène et se densifie ainsi jusqu'à 10,10 g/cm^. L'examen métallographique et la diffractométrie de BX révèlent que l'oxyde de plutonium a complètement diffusé dans le réseau de 1' oxyde d'uranium pour former une solution solide. Aucun grain de 20 PuOg pur ne subsiste. EXEMPLE 2. " L'exemple ci-dessus est répété avec de l'UOg pur ne contenant pas d'aluminium. Les pastilles ainsi obtenues sont plus denses (environ 10,3 g/cm^) et présentent encore beaucoup de petits grains 25 d'oxyde de plutonium pur. La comparaison des exemples 1 et 2 montre que 1'amélioration ôe la diffusion provoque également une diminution de la densité des pastilles. EXEMPLE 3= 30 De l'oxyde d'uranium composé de sphérules inférieures à 70 p est mélangé à sec à 20 c,o (en poids) de poudres habituelles d'oxyde de plutonium et 200 ppm de fines poudres d'oxyde de titane. Le mélange est pastillé sans granulatim et fritté dans les conditions énoncées dans l'exemple 1. Les résultats obtenus sont semblables à 35 ceux de l'exemple 1. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, elle est susceptible de nombreuses variantes, accessibles à l'homme de l'art, sans s'écarter pour cela de l'esprit de l'invention. 1A0 ORIGINAL 69 45359 4 2070027 RETEIDICATIÛIS 1) Procédé de fabrication de combustible nucléaire mixte contenant de l'uranium et du plutonium, caractérisé en ce qu'on ajoute à au moins un constituant une faible quantité d'un composé d'un élément du groupe constitué des éléments suivants : aluminium, titane, magnésium, zirconium, niobium, chrome, vanadium, fer et cuivre. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le combustible est sous forme d'oxyde. 3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l1 additif est un oxyde» 4) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l1 additif est l'alumine ou l'oxyde de titane. 5) Combustible mixte fabriqué selon l'une quelconque des revendications précédentes» BAD ORIGINAL