Способ получения таблетированного диоксида урана


 


Владельцы патента RU 2577272:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") (RU)

Изобретение относится к области ядерной техники и может быть использовано при получении таблеток из диоксида урана для высокотемпературных вентилируемых твэлов преимущественно термоэмиссионных реакторов-преобразователей (ТРП) встроенного типа. Способ получения таблетированного диоксида урана включает измельчение спеченных заготовок из диоксида урана, приготовление шихты на основе измельченных заготовок с добавлением высокоактивного мелкодиперсного порошка диоксида урана и связки, прессование и спекание таблеток. При этом шихту формируют из исходных измельченных заготовок с фракционным составом в диапазоне 200 - 315 мкм и высокоактивного мелкодисперсного порошка диоксида урана в количестве 8 - 12 % масс. Изобретение обеспечивает получение таблеток диоксида урана с преимущественным размером пор 20 - 60 мкм при общей пористости 10 - 20 % в обеспечении формирования оптимальной структуры диоксида урана в начальный период эксплуатации твэла. 2 ил.

 

Изобретение относится к области ядерной техники и может быть использовано при получении таблеток из диоксида урана для высокотемпературных вентилируемых тепловыделяющих элементов (твэлов), преимущественно термоэмиссионных реакторов-преобразователей (ТРП) встроенного типа.

Ресурс твэла ТРП в значительной степени определяется состоянием микроструктуры диоксида урана, которая формируется в начальный период (50÷300) часов эксплуатации твэла. При использовании ординарного диоксида урана в твэле ТРП формируется столбчатая структура с шириной зерен (200÷300) мкм, что приводит к повышенному сопротивлению его ползучести и ограничивает возможности перераспределения оболочкой распухающего топлива во внутренний свободный объем твэла [Гонтарь А.С., Гриднев А.А., Ракитская Е.М. и др. «Оптимизация структуры диоксида урана применительно к твэлу термоэмиссионного реактора-преобразователя», Атомная энергия, 2005, т. 99, вып. 4, с. 264-268].

Оптимальная структура характеризуется шириной столбчатого зерна <200 мкм и формируется при использовании таблеток диоксида урана с преимущественным размером пор (20÷60) мкм при общей пористости 10÷20%, стабилизированной к термическому спеканию [Патент РФ №2260862, МПК7 G21C 3/58 «Способ формирования микроструктуры сердечника тепловыделяющего элемента» А.С. Гонтарь, А.А. Гриднев и др., опубл. 20.09.2005].

Однако реализация способа формирования оптимальной структуры диоксида урана в реакторных условиях при эксплуатации твэла требует соответствующего способа получения таблеток с указанными исходными характеристиками.

Известен способ получения таблетки ядерного топлива на основе диоксида урана, включающий приготовление шихты с пластификатором, прессование и спекание заготовок диоксида урана [см. Котельников Р.Б., Башлыков C.H., Каштанов А.И., Меньшикова Т.С. Высокотемпературное ядерное топливо. - М.: Атомиздат, 1978, 432 с]. Данный способ позволяет получать таблетки диоксида урана с плотностью ~95% от теоретической плотности с преимущественным размером пор (3÷5) мкм и поэтому не отвечает требованиям по исходным характеристикам диоксида урана, необходимым для формирования оптимальной структуры в процессе эксплуатации твэла.

Известен также способ получения таблеток из диоксида урана для тепловыделяющих элементов энергетических реакторов АЭС [Патент РФ №2253913, МПК G21C 3/62 «Способ получения топливных таблеток для тепловыделяющих элементов из диоксида урана (варианты)» Н.З. Ляхов, Г.Р. Карагедов и др., опубл. 10.06.2005]. Этот способ, включающий приготовление пресс-порошка из диоксида урана керамического сорта, прессование и спекание таблеток, является по технической сущности наиболее близким к предлагаемому и выбран в качестве прототипа. Пресс-порошок (шихта) в соответствии с этим способом получают измельчением брака некондиционных спеченных таблеток и добавлением 2÷4% масс. порообразующего вещества.

Недостаток способа состоит в том, что возможность формирования в таблетках диоксида урана оптимальной структуры не реализуется, так как способ позволяет получить поры размером порядка (5÷10) мкм и величину пористости (≤5%), при которых объем пор является недостаточным для образования протяженных, в том числе сквозных радиальных микроканалов в топливном сердечнике высокотемпературного твэла.

Перед авторами стояла задача получения таблеток диоксида урана с преимущественным размером пор (20÷60) мкм при уровне общей пористости 10÷20% в обеспечении формирования оптимальной структуры диоксида урана в начальный период эксплуатации твэла.

Для решения поставленной задачи разработан способ получения таблетированного диоксида урана, включающий изготовление крупки, приготовление шихты, прессование и спекание таблеток, в котором шихту формируют из крупки с преимущественным фракционным составом в диапазоне (200÷315) мкм, высокоактивного мелкодисперсного порошка диоксида урана в количестве 8÷12% масс. и связки.

Данный диапазон фракционного состава и количество высокоактивного мелкодисперсного порошка выбран в результате исследовательской работы.

Как следует из изложенного, сущность изобретения заключается в том, что определены гранулометрический состав крупки и количество мелкодисперсного порошка, использование которых позволяет получить топливные таблетки с преимущественным размером пор (20÷60) мкм при уровне общей пористости 10÷20% за счет различной активности к спеканию крупки и мелкодисперсного порошка диоксида урана.

Фракционный состав крупки и количество высокоактивного мелкодисперсного порошка диоксида урана определены по результатам проведенных авторами тестовых экспериментов с различными соотношениями по массе и размерам крупки и порошка.

На фиг. 1 приведена фотография, на которой изображена микроструктура характерного участка таблетки диоксида урана до проведения испытаний в поле градиента температуры.

На фиг. 2 приведена фотография, на которой изображена микроструктура характерного участка таблетки диоксида урана после проведения испытаний в поле градиента температуры (средняя ширина столбчатого зерна ~160 мкм).

Пример конкретного осуществления

Спеченные заготовки из диоксида урана измельчали в крупку и отбирали фракцию (200÷315) мкм. Крупку с фракционным составом <200 мкм возвращали в технологический цикл для приготовления новых заготовок. Для формирования шихты крупку смешивали с 10% масс. высокоактивного мелкодисперсного порошка диоксида урана и связкой, в качестве которого использовали спирт в смеси с глицерином в соотношении 1:3, до получения однородного состава. Таблетки прессовали до плотности ~ 77% и спекали в высокотемпературной вакуумной печи при температуре 1900+50°С при остаточном давлении не менее 0,7 Па (5·10-5 мм рт. ст.) в течение 4 часов.

Таблетки, изготовленные в соответствии с заявляемым изобретением, имели следующие основные характеристики:

- геометрические размеры: наружный диаметр 17,1 мм, внутренний диаметр 8,0 мм, высота 8,4 мм;

- плотность матрицы: 85,2% от теоретической плотности;

- стабилизованная к термическому спеканию общая пористость: 14,8%;

- преимущественный размер пор: (20÷60) мкм (см. фиг. 1).

Таким образом, проведенные исследования показывают, что в таблетках диоксида урана, полученных в соответствии с данным изобретением, обеспечивается формирование структуры с преимущественным размером пор (20÷60) мкм при общей пористости 10-20%.

Способ получения таблетированного диоксида урана, включающий измельчение спеченных заготовок из диоксида урана, приготовление шихты на основе измельченных заготовок с добавлением высокоактивного мелкодисперсного порошка диоксида урана и связки, прессование и спекание таблеток, отличающийся тем, что шихту формируют из исходных измельченных заготовок с фракционным составом в диапазоне 200÷315 мкм, а высокоактивный мелкодисперсный порошок диоксида урана добавляют в количестве 8÷12% масс.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области ядерных технологий, в частности к топливу АЭС на тепловых нейтронах. Топливная композиция для водоохлаждаемых реакторов АЭС на тепловых нейтронах включает смесь регенерированного плутония и обогащенного урана в виде оксидов, при этом в качестве обогащенного урана используется обогащенный регенерированный уран, при соотношении компонентов, определяемом энергетическим потенциалом, равным потенциалу свежеприготовленного топлива АЭС из обогащенного природного урана, обеспечивающим 100% загрузку активной зоны реактора.
Изобретение относится к области технологии получения ядерного топлива на основе диоксида урана, имеющего повышенную плотность и увеличенное содержание делящегося материала.
Изобретение относится к ядерной технике, а именно к технологии изготовления таблеток ядерного топлива из порошков окислов ядерных делящихся материалов, в частности к изготовлению таблеток с регулируемой микроструктурой.

Изобретение относится к области атомной техники и может быть использовано в производстве твэлов ядерных реакторов, преимущественно водо-водяных. .

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к конструкции топливного элемента исследовательского ядерного реактора. .
Изобретение относится к области атомной техники. .

Изобретение относится к области обработки порошкообразных материалов. .

Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть использовано при конверсии оружейного плутония. .

Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть использовано для изготовления твэлов водо-водяных реакторов. .
Изобретение относится к изготовлению и использованию смеси изотопов урана, то есть ядерного топлива для ядерных реакторов атомных электростанций. .

Группа изобретений относится к области металлургии, а именно к способу получению порошка диоксида урана методом пирогидролиза и к установке для его осуществления.

Изобретение относится к радиохимической промышленности и ядерной энергетике, направлено на получение смешанного диоксида (U,Pu)O2 и может быть использовано для изготовления ядерного смешанного уран-плутониевого МОКС-топлива реакторов ВВЭР-1000 и реакторов на быстрых нейтронах (БН-600, БН-800) атомных станций.

Изобретение относится к радиохимической технологии и может быть использовано для получения порошка диоксида урана, идущего на изготовление керамических таблеток уранового оксидного ядерного топлива.
Изобретение относится к способу получения диоксида урана в виде зерен сферической и неправильной формы. Способ включает растворение при интенсивном перемешивании оксида урана UO3 или UO2(NO3)2×6H2O в органической кислоте, предпочтительно в аскорбиновой кислоте, обработку полученного аскорбиново-гидрокси-уранового золя и термообработку полученного геля при температуре 550°C и скорости нагрева 5°C/мин в воздушной среде до образования U3O8, после чего полученный оксид восстанавливают в атмосфере водорода и/или аргона, предпочтительно в атмосфере водорода, при температуре 1100°C до образования диоксида урана в виде зерен сферической или неправильной формы.

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для получения исходного сырья для изготовления нитридного ядерного топлива. Способ получения порошка нитрида урана включает нагрев металлического урана, который осуществляют в вакуумируемой реакционной емкости при остаточном давлении 10-1÷10-2 мм рт.ст.
Изобретение относится к области неорганической химии, в частности к металлургии урана и производству соединений урана, и может быть использовано в химической и ядерных технологиях.

Изобретение относится к способу приготовления оксалатов актиноидов. Способ включает осаждение одного актиноида или соосаждение большего числа актиноидов в форме частиц оксалата в псевдоожиженном слое приведением в контакт водного раствора, содержащего актиноид или актиноиды, с водным раствором щавелевой кислоты или соли щавелевой кислоты и сбор частиц оксалата.
Изобретение относится к области ядерной энергетики и может быть использовано в технологии производства спеченных керамических топливных таблеток с выгорающим поглотителем для ядерных реакторов.
Изобретение относится к способу получения сферических частиц горючего или ядерного топлива из оксида группы тяжелых металлов урана, плутония или их смесей. .

Изобретение относится к ядерной энергетике и касается технологии получения смешанного диоксида урана и плутония (UO 2-PuO2) для изготовления ядерного топлива. .
Наверх