Brevet FR2113838A1 — publié le 19720630

On sait que,dans la plupart des réacteurs nucléaires on utilise des oxydes comme combustible» Malgré une bonne stabilité à la corrosion et une haute résistance à la température (point de fusion 2.850° C)s ce combustible ne convient 5 plus aussi bien pour certaines conceptions de réacteurs. Cette remarque est particulièrement valable dans le cas où une densité de puissance élevée est nécessaire dans le barreau combustible comme par exemple dans les "surrégénérateurs rapides" ou dans les "réacteurs rapides à flux élevé". Ici, la mauvaise conductibi-10 lité calorifique de l'oxyde d'uranium se fait sentir de façon défavorable. Dans la recherche de combustibles convenables, le monocarbure ou le mononitrurejnotammentjparaissent convenir comme combustibles en raison de leur conductibilité calorifique élevée et de leur point de fusion encore relativement élevé ,de 2.400 à 15 2.800° C. La susceptibilité élevée à la corrosion, vis-à-vis de l'eau par exemple, exclut cependant,dans la plupart des cas ,1e carbure comme combustible lorsqu'on assure le refroidissement par l'eau ou par la vapeur. En outre, ces propriétés rendent la fabrication du carbure combustible plus difficile et plus onéreuse 20 parce qu'il faut,dans une large mesure,travailler dans des systèmes étanches avec une atmosphère pure. Pour ces raisons, le monocarbure ou le mononitrure, bien qu'ils soient connus depuis de nombreuses années et que pour certaines fins d'application on en ait déjà préparé des quantités de quelques tonnes, n'ont pas 25 encore trouvé de larges applications. l'utilisation du carbure d'uranium ou de nitrure d'uranium, par exemple comme combustible pour des réacteurs refroidis par des gaz, apparait possible lorsque l'on simplifie la fabrication du combustible et que, de ce fait, 30 les coûts peuvent être abaissés. la présente invention permet maintenant de simplifier la fabrication des pastilles de carbure d'uranium ou de nitrure d'uranium par un frittage en cours de réaction. Dans ce procédé, la synthèse par réduction carbonée du carbure 35 d'uranium ou du nitrure d'uranium est interrompue avant son achèvement, de telle sorte qu'il se forme un mélange de carbure ou de nitrure d'uranium, d'oxyde d'uranium, et de carbone. Ce mélange est alors broyé en une poudre moulable et est ensuite soumis à un frittage réactionnel dans un four de frittage en 40 continu. 71 34118 2.- 2113838 Le procédé suivant l'invention présente l'avantage que le produit formé dans la synthèse interrompue peut $tre "broyé très facilement et que, malgré une teneur résiduelle en dioxyde d'uranium et en carbone, on peut atteindre 5 par frittage des densités allant jusqu'à 98 $ de la densité théorique. De préférence, l'interruption de la réduction carbonée a lieu lorsque de 50 $ à 95 notamment de 70 $ à 90 des matières premières ont réagi. 10 Pour parvenir à une simplification supplémen taire de la fabrication, la poudre de carbure d'uranium ou la poudre de nitrure d'uranium ayant partiellement réagi peuvent être granulées ou, non granulées, être enrobées d'agents de plastification. La poudre de carbure ainsi traitée peut alors 15 être, sans gaz protecteurs, transformée en ébauches. EXEMPLE 1 - De l'oxyde d'uranium et du graphite (14,4 % en poids) sont mélangés et moulés en pastilles ayant des densités comprises entre 4 et 5 g/cm^. La réduction carbonée est effectuée 20 sous vide à une température de 1800° C pendant 20 minutes. Le produit formé, mélange de carbure d'uranium, d'oxyde d1 uranium et de carbone, est broyé dans un broyeur approprié jusqu'à présenter p des surfaces comprises entre 1 et 2 m /g. Une addition d'acide stéarique,comprise entre 1 et 2 $ en poids,au liquide de broyage 25 stabilise la poudre vis-à-vis de l'air. Cette poudre est comprimée à l'air à des pressions de moulage comprises entre 2 et 5 tonnes/ 2 ' cm f pour donner des ébauches ayant des densités comprises entre 65 et 75 f<> de la densité théorique et,après élimination de l'acide stéarique par chauffage à des températures allant de 500 à 800° C, 30 elle est soumise à un frittage réactionnel à des températures comprises entre 1600 et 1800° C en atmosphère protectrice. Les densités pouvant être atteintes par frittage atteignent de 85 à 98 fo de la densité théorique. EXEMPI£_2 - - 35 L'oxyde d'uranium et le graphite (9,6 % en poids) sont mélangés et moulés en pastilles ayant des densités 7 comprises entre 4 et 5 g/cm . La réduction carbonée est effectuée sous azote à 1800° C pendant environ 20 minutes. Le produit formé, mélange de nitrure d'uranium, d'oxyde d'uranium et de 40 carbone, est broyé dans un broyeur approprié jusqu'à présenter des 71 34118 3 — 2113838 2 surfaces comprises entre 1 et 2 m /g. Une addition d'acide stéarique au liquide de "broyage stabilise la poudre, vis-à-vis de l'air. Cette poudre est comprimée à l'air,à des pressions de soulage comprises entre 2 et 5 tonnes/cm , pour donner des " ébauches ayant des densités comprises entre 65 et 75 i° de la lensité théorique et elle est soumise à un frittage réactionnel sous azote à des températures comprises entre 1600 et 1800° G. Pendant le refroidissement, on fait passer la constitution de l'atmosphère de gaz protecteur de l'azote à l'argon ou au vide. 10 Les densités que l'on peut obtenir par frittage atteignent de 35 à 98 °/o de la densité théorique. EXEMPLE 3 - L'oxyde d'uranium et le graphite (14,4 f» en poids) sont mélangés et moulés en pastilles ayant des densités 15 comprises entre 4 et 5 g/cm*''. La réduction carbonée est effectuée sous vide à 1800° 0 pendant 30 minutes. Le produit formé, mélange de carbure d'uranium, d'oxyde d'uranium et de carbone, est broyé dans un broyeur à boulets jusqu'à présenter des surfaces comprises entre 1 et 2 m /g. La stabilisation du produit broyé sec a lieu 20 dans un évaporateur rotatif. Le liquide de broyage additionné de 1 à 5 en poids d'acide stéarique est alors pulvérisé dans la chambre où se trouve la poudre9 le liquide de broyage s'évaporant alors immédiatement et étant récupéré tandis que l'acide stéarique stabilise la poudre» La poudre ainsi préparée 25 est alors comprimée à l'air, à des pressions de moulage comprises entre 2 et 5 tonnes/cm^ pour donner des ébauches ayant des densités comprises entre 60 et 75 f° de la densité théorique et elle est soumise à un frittage réactionnel en atmosphère protectrice entre 1600 et 1800° C. L'élimination de l'acide stéarique se fait 30 à des températures comprises entre 400 et 800° C, le frittage à des températures comprises entre 1600 et 1800° C sous vide ou en atmosphère protectrice. Les densités que l'on peut obtenir par frittage atteignent de 85 à 98 fo de la densité théorique. Bien entendu l'invention n'est pas 35 limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits, à partir desquels on pourra prévoir d'autres variantes de réalisation sans pour cela sortir du cadre de l'invention. 71 34118 2113838 REVENDICATIONS 1•- Procédé de fabrication d'un combustible nucléaire à base de monocarbure d'uranium ou de mononitrure d'uranium par réduction carbonées procédé caractérisé en ce que 5 la réduction carbonée est interrompue avant son achèvement et en ce que le produit formé est broyé, moulé et soumis à un frittage réactionnel. 2.= Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'interruption de la réduction carbonée 10 a lieu lorsque de 50 à 95 f°f notamment de 70 à 90 fot des matières premières ont réagi. 3.= Procédé de fabrication d'un combustible nucléaire à base de monocarbure d'uranium ou de mononitrure d'uranium suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la 15 poudre de carbure ou la poudre de nitrure formées sont inactivées à l'aide de•substances chimiques.