Ядерное топливо и способ его изготовления



Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления
Ядерное топливо и способ его изготовления

 


Владельцы патента RU 2601866:

ТерраПауэр, ЭлЭлСи (US)

Изобретение относится к ядерному топливу. Ядерное топливо содержит объем ядерного топливного материала, ограниченный поверхностью. Ядерный топливный материал содержит несколько зерен, некоторые из которых имеют характеристическую длину вдоль по меньшей мере одного измерения, меньшую или равную выбранной длине. Выбранная длина подходит в некоторых из зерен для поддержания надлежащей диффузии продукта ядерного деления из внутреннего объема зерна к по меньшей мере одной границе зерна; при этом ядерный топливный материал содержит пограничную сеть, выполненную с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной границы зерна некоторых из зерна к поверхности объема ядерного топливного материала. Технический результат - повышение эффективности удаления продуктов распада из ядерного топлива. 9 н. и 250 з.п. ф-лы, 199 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение в целом относится к ядерному топливу и к способу изготовления ядерного топлива, и, более конкретно, к стойкому к распуханию ядерному топливу и к способу изготовления стойкого к распуханию ядерного топлива.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] В одном из аспектов ядерное топливо содержит, но не ограничиваясь этим, объем ядерного топливного материала, ограниченный поверхностью, причем ядерный топливный материал содержит несколько зерен, причем некоторые из указанных нескольких зерен имеют характеристическую длину вдоль по меньшей мере одного измерения, меньшую или равную выбранной длине, подходящей в некоторых из зерен для поддержания надлежащей диффузии продукта ядерного деления из внутреннего объема зерна к по меньшей мере одной границе зерна, при этом ядерный топливный материал содержит пограничную сеть, выполненную с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной межзеренной границы некоторых из зерен к поверхности объема ядерного топливного материала.

[0003] В другом аспекте ядерное топливо содержит, но не ограничиваясь этим, объем ядерного топливного материала, ограниченный поверхностью, причем ядерный топливный материал содержит несколько ядерных топливных элементов, содержащих металл, причем некоторые из указанных нескольких ядерных топливных элементов имеют характеристическую длину вдоль по меньшей мере одного измерения, которая меньше или равна выбранной длине, подходящей в некоторых ядерных топливных элементах для поддержания надлежащей диффузии продукта ядерного деления из внутреннего объема ядерного топливного элемента к по меньшей мере одной свободной поверхности, причем указанные несколько ядерных топливных элементов консолидированы до выбранной плотности.

[0004] В другом аспекте ядерное топливо содержит, но не ограничиваясь этим, объем ядерного топливного материала, ограниченный поверхностью, причем ядерный топливный материал содержит несколько ядерных топливных элементов, содержащих керамический материал, при этом некоторые из указанных нескольких ядерных топливных элементов имеют характеристическую длину вдоль по меньшей мере одного направления, которая меньше или равна выбранной длине, подходящей в некоторых ядерных топливных элементах для поддержания надлежащей диффузии продукта ядерного деления из внутреннего объема ядерного топливного элемента к по меньшей мере одной свободной поверхности, причем указанные несколько ядерных топливных элементов консолидированы до выбранной плотности, причем ядерный топливный материал содержит пограничную сеть, выполненную с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала.

[0005] В другом аспекте ядерное топливо содержит, но не ограничиваясь этим, объем ядерного топливного материала, ограниченный поверхностью, причем ядерный топливный материал содержит несколько ядерных топливных элементов, при этом некоторые из указанных нескольких ядерных топливных элементов имеют характеристическую длину вдоль по меньшей мере одного направления, которая меньше или равна выбранной длине, подходящей для поддержания надлежащей диффузии продукта ядерного деления из внутреннего объема ядерного топливного элемента к по меньшей мере одной свободной поверхности в некоторых ядерных топливных элементах, и несколько диспергирующих частиц, диспергированных в объеме ядерного топливного материала, причем некоторые из диспергирующих частиц выполнены с возможностью создания предпочтительных центров заполнения продуктом деления в ядерном топливном материале.

[0006] В одном из аспектов способ изготовления ядерного топлива может включать, но не ограничивается этим, использование ядерного топливного материала, причем указанный ядерный топливный материал консолидируют в твердый объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность, при этом консолидированный ядерный топливный материал содержит несколько зерен; и выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен, которая меньше или равна выбранной длине, а также формирования пограничной сети, выполненной с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной межзеренной границы некоторых из зерен к поверхности объема ядерного топливного материала, при этом в некоторых из зерен указанная выбранная длина способна поддерживать надлежащую диффузию продукта ядерного деления из внутреннего объема зерна к по меньшей мере одной границе зерна.

[0007] В другом аспекте способ изготовления ядерного топлива может включать, но не ограничивается этим, использование нескольких ядерных топливных элементов, причем некоторые из указанных нескольких элементов ядерного топлива имеют характеристическую длину вдоль по меньшей мере одного измерения, которая меньше или равна выбранной длине, подходящей в некоторых ядерных топливных элементах для поддержания надлежащей диффузии продукта ядерного деления из внутреннего объема ядерного топливного элемента к по меньшей мере одной свободной поверхности, причем некоторые из ядерных топливных элементов, содержат металлический ядерный топливный материал, и консолидирование указанных нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность.

[0008] В другом аспекте способ изготовления ядерного топлива может включать, но не ограничивается этим, использование нескольких ядерных топливных элементов, причем некоторые из указанных нескольких элементов ядерного топлива имеют характеристическую длину вдоль по меньшей мере одного измерения, которая меньше или равна выбранной длине, подходящей в некоторых ядерных топливных элементах для поддержания надлежащей диффузии продукта ядерного деления из внутреннего объема ядерного топливного элемента к по меньшей мере одной свободной поверхности, причем некоторые из ядерных топливных элементов содержат керамический ядерный топливный материал, и консолидирование указанных нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность, при этом объем ядерного топливного материала содержит пограничную сеть, выполненную с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала.

[0009] В другом аспекте способ изготовления ядерного топлива может включать, но не ограничивается этим, использование ядерного топливного материала, диспергирование нескольких диспергирующих частиц, диспергированных в объеме ядерного топливного материала, причем некоторые из диспергирующих частиц выполнены с возможностью создания предпочтительных центров заполнения продуктом деления в ядерном топливном материале, консолидирование ядерного топливного материала в объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность, при этом консолидированный ядерный топливный материал содержит несколько зерен, и выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен, которая меньше или равна выбранной длине, подходящей в некоторых из зерен для поддержания надлежащей диффузии продукта ядерного деления из внутреннего объема зерна к по меньшей мере одной границе зерна.

[0010] В другом аспекте способ изготовления ядерного топлива может включать, но не ограничивается этим, использование нескольких ядерных топливных элементов, причем некоторые из указанных нескольких элементов ядерного топлива имеют характеристическую длину вдоль по меньшей мере одного измерения, которая меньше или равна выбранной длине, подходящей в некоторых ядерных топливных элементах для поддержания надлежащей диффузии продукта ядерного деления из внутреннего объема ядерного топливного элемента к по меньшей мере одной свободной поверхности, диспергирование нескольких диспергирующих частиц в указанных нескольких ядерных топливных элементах, причем некоторые из диспергирующих частиц выполнены с возможностью создания предпочтительных центров заполнения продуктом ядерного деления в ядерном топливном материале, и консолидирование указанных нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность.

[0011] В дополнение к вышеизложенному, различные другие аспекты ядерного топлива и/или способа изложены и описаны в представленном далее материале, таком как текст (например, в формуле изобретения и/или в подробном описании), и/или на чертежах настоящего раскрытия изобретения.

[0012] Вышеизложенное представляет собой сущность изобретения и, следовательно, может содержать упрощения, обобщения, включения и/или исключения деталей; следовательно, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что сущность изобретения является только иллюстративной и не предназначена для какого-либо ограничения. Другие аспекты, признаки и преимущества устройств и/или процессов и/или другого предмета изобретения, описанного в настоящем документе, станут очевидными с учетом объяснений, изложенных далее в данном документе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1А представляет собой схематическую диаграмму, иллюстрирующую ядерное топливо;

Фиг. 1В представляет собой схематическую диаграмму, иллюстрирующую пару соседних зерен ядерного топлива;

Фиг. 1C представляет собой схематическую диаграмму, иллюстрирующую типы продуктов ядерного деления;

Фиг. 1D представляет собой схематическую диаграмму, иллюстрирующую типы расщепляемых материалов, пригодных для использования в ядерном топливе;

Фиг. 1Е представляет собой схематическую диаграмму, иллюстрирующую типы ядерного топливного материала, пригодного для использования в ядерном топливе;

Фиг. 1F представляет собой идеализированное схематическое представление, иллюстрирующее зерна ядерного топлива;

Фиг. 1G представляет собой идеализированное схематическое представление, иллюстрирующее деформированные зерна ядерного топлива;

Фиг. 1Н представляет собой идеализированное схематическое представление, иллюстрирующее деформированные зерна ядерного топлива;

Фиг. 1I представляет собой схематическую диаграмму, иллюстрирующую процесс образования открытых пузырьков в пограничной сети ядерного топлива;

Фиг. 1J представляет собой схематическую диаграмму, иллюстрирующую граничный слой на зерне ядерного топлива;

Фиг. 2А представляет собой схематическую диаграмму, иллюстрирующую ядерное топливо;

Фиг. 2В представляет собой схематическую диаграмму, иллюстрирующую ядерное топливо;

Фиг. 2С представляет собой идеализированную схематическую диаграмму, иллюстрирующую зерна ядерного топлива;

Фиг. 2D представляет собой идеализированную схематическую диаграмму, иллюстрирующую деформированные зерна ядерного топлива;

Фиг. 2Е представляет собой идеализированную схематическую диаграмму, иллюстрирующую деформированные зерна ядерного топлива;

Фиг. 2F представляет собой принципиальную схематическую диаграмму, иллюстрирующую два или большее количество зерен ядерных топливных элементов ядерного топлива;

Фиг. 2G представляет собой схематическую диаграмму, иллюстрирующую пограничный слой на ядерном топливном элементе ядерного топлива;

Фиг. 2Н представляет собой схематическую диаграмму, иллюстрирующую ядерное топливо, сформированное посредством механической обработки;

Фиг. 2I представляет собой схематическую диаграмму, иллюстрирующую ядерное топливо, сформированное посредством механической обработки;

Фиг. 2J представляет собой схематическую диаграмму, иллюстрирующую ядерное топливо, сформированное посредством механической обработки;

Фиг. 3 представляет собой схематическую диаграмму, иллюстрирующую ядерное топливо, содержащее несколько диспергирующих частиц;

Фиг. 4 представляет собой схематическую диаграмму, иллюстрирующую ядерное топливо, содержащее несколько диспергирующих частиц;

Фиг. 5 представляет собой блок-схему высокого уровня способа изготовления ядерного топлива;

Фиг. 6 - Фиг. 32 представляют собой блок-схемы высокого уровня, изображающие альтернативные реализации Фиг.5;

Фиг. 33 представляет собой блок-схему высокого уровня способа изготовления ядерного топлива;

Фиг. 34 - Фиг. 63 представляют собой блок-схемы высокого уровня, изображающие альтернативные реализации Фиг. 33;

Фиг. 64 представляет собой блок-схему высокого уровня способа изготовления ядерного топлива;

Фиг. 65 - Фиг. 93 представляют собой блок-схемы высокого уровня, изображающие альтернативные реализации Фиг. 64;

Фиг. 94 представляет собой блок-схему высокого уровня способа изготовления ядерного топлива;

Фиг. 95 - Фиг. 132 представляют собой блок-схемы высокого уровня, изображающие альтернативные реализации Фиг. 94;

Фиг. 133 - Фиг. 181 представляют собой блок-схемы высокого уровня, изображающие альтернативные реализации Фиг. 94.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0013] В последующем подробном описании ссылки сделаны на прилагаемые чертежи, которые составляют часть настоящего описания. На чертежах подобные символы в целом означают схожие элементы, если контекст не диктует иное. Иллюстративные варианты выполнения, описанные в подробном описании, показанные на чертежах, и заявленные в формуле изобретения, не предназначены быть ограничивающим. Могут быть использованы другие варианты выполнения и могут быть сделаны другие изменения, не отступая от сущности или объема представленного здесь предмета изобретения.

[0014] Со ссылкой в целом на Фиг. 1А-4, описаны ядерное топливо и способ изготовления ядерного топлива. Ядерное топливо, в соответствии с настоящим изобретением, может быть сконструировано для того, чтобы обеспечить более эффективное высвобождение продукта 108 ядерного деления (например, газообразного продукта 118 ядерного деления, жидкого продукта 119 ядерного деления или твердого продукта 120 ядерного деления), создаваемых в объеме ядерного топлива во время процесса реакции ядерного деления. Эффективное высвобождение газообразного продукта 118 ядерного деления, например, может свести к минимуму рост и развитие незаполненных областей внутри объема ядерного топлива. По мере того, как внутри незаполненных областей создается давление, результирующая сила может привести к «распуханию» ядерного топлива. Когда ядерное топливо распухает, наружная поверхность объема ядерного топлива может прикладывать силу к окружающей оболочке. Кроме того, в дополнение к предотвращению распухания, эффективное высвобождение продуктов 108 ядерного деления может также уменьшить паразитный захват нейтронов различными продуктами 108 ядерного деления и остаточное тепло распада из ядерного топлива.

[0015] Со ссылкой теперь на Фиг. 1А и 1В, в соответствии с настоящим изобретением описаны ядерное топливо 100 и способы изготовления ядерного топлива. Заданный объем 102 ядерного топлива 100 может содержать несколько зерен 104 из одного или нескольких ядерных топливных материалов. Указанный один или несколько ядерных топливных материалов 100 может иметь такую микроструктуру, что характеристическая длина 106 зерен 104 ядерного топливного материала 100 вдоль по меньшей мере одного измерения меньше или равна выбранной длине. Длина может быть выбрана на основе критической длины, необходимой для поддержания надлежащего уровня диффузии продукта 108 ядерного деления, такого как газообразный продукт 118 ядерного деления (например, криптона или ксенона), жидкого продукта 119 ядерного деления (например, жидкого натрия) или твердого продукта 120 ядерного деления (например, теллура или цезия) из внутреннего объема 110 зерен 104 к межзеренным границам 112 зерен 104. Следует признать, что за счет увеличения соотношения между площадью межзеренной границы и внутренним 110 объемом зерна в выбранном зерне 104 количество пузырьков 118 газообразного продукта ядерного деления, образующихся на межзеренной границе 112 в результате диффузии газообразного продукта 118 ядерного деления из внутреннего объема 110 зерна, может увеличиться. Таким образом, за счет уменьшения размера в одном или нескольких измерениях 106 (например, среднего размера) зерен 104 ядерного топливного материала, повышая, тем самым, соотношение между площадью межзеренной границы и внутренним объемом зерна, можно повысить диффузию газообразного продукта 118 ядерного деления или других продуктов 108 ядерного деления, из внутренних объемов 110 зерен к межзеренным границам 112 зерен 104 ядерного топлива 100. При этом вероятность зарождения газообразного продукта ядерного деления на межзеренной границе 112 может быть увеличена, тогда как вероятность зарождения газообразного продукта ядерного деления внутри 110 зерна одновременно уменьшается. В этом смысле, когда размер одного или нескольких зерен 104 уменьшается в одном или нескольких измерениях, продукт 108 ядерного деления (например, газообразный продукт 118 ядерного деления), который производится пропорционально мощности реактора (т.е. потока в активной зоне реактора), градиент концентрации увеличивается. Повышенная концентрация продукта ядерного деления способствует регулированию максимального уровня концентрации продукта ядерного деления внутри указанного одного или нескольких зерен 104 ядерного топлива 100. Кроме того, ядерное топливо 100 может содержать пограничную сеть 114, выполненную с возможностью переноса продукта 108 ядерного деления, такого как газообразный продукт 118 ядерного деления, от границы 104 зерна ядерного топлива 100 к наружной геометрической поверхности 101 заданного объема 102 ядерного топлива 100. Если заданный пузырек газообразного продукта 118 ядерного деления имеет открытый путь 116 переноса к геометрической поверхности 101 ядерного топлива 100, то пузырек газообразного продукта 118 ядерного деления может быть выпущен из объема 102 ядерного топливного материала. Совокупные эффекты выпуска газообразного продукта 118 ядерного деления по всему объему 102 ядерного топлива 100 может привести к сокращению или устранению распухания в ядерном топливе 118 при реализации в рабочей установке ядерного реактора. В дополнение к улучшению диффузии газообразного продукта ядерного деления из внутреннего объема 110 зерна к межзеренной границе 112, создание зерен 104 с уменьшенным размером также увеличивает объемную плотность путей 116 переноса пограничных сетей 114 ядерного топлива 100, увеличивая, тем самым, вероятность переноса заданного пузырька газообразного продукта ядерного деления от границы 112 зерна к геометрической поверхности 101 ядерного топлива 100. В одном аспекте настоящего изобретения для достижения характеристической длины 106 вдоль одного или нескольких направлений (т.е. размера зерна) указанного одного или нескольких зерен 104, необходимой для получения надлежащей диффузии продуктов 108 ядерного деления и формирования пограничной сети 114 в ядерном топливе 100, могут быть использованы один или несколько процессов. В контексте настоящего описания, в целях краткости и ясности, термин «размер» используется взаимозаменяемо с термином «характеристическая длина вдоль одного или нескольких измерений» и «размер вдоль одного или нескольких измерений».

[0016] Со ссылкой теперь на Фиг. 1C, продукт 108 ядерного деления, производимый во внутреннем объеме 110 одного или нескольких зерен 104 ядерного топлива 100, может содержать газообразный продукт 118 ядерного деления, жидкий продукт 119 ядерного деления или твердый продукт ядерного деления. Например, размер 106 зерен 104 ядерного топлива 100 может быть ниже критического уровня, необходимого для надлежащей диффузии газообразного продукта 108 ядерного деления из внутреннего объема 110 зерен 104 ядерного топлива к межзеренным границам 112 ядерного топлива 100. Например, зерна 104 ядерного топлива 100 могут быть выполнены так, чтобы иметь размер меньше критического размера, необходимого для надлежащей диффузии криптона, производимого во время реакции ядерного деления внутри ядерного топлива 100. В другом случае зерна 104 ядерного топлива 100 могут быть выполнены так, чтобы иметь размер меньше критического размера, необходимого для надлежащей диффузии ксенона, производимого во время реакции ядерного деления внутри ядерного топлива 100. В случае ксенона, который представляет собой продукт деления урана, особый интерес представляет выполнение средства для эффективного переноса газа из внутреннего объема ядерного топлива 100 к геометрической поверхности 101 ядерного топлива. Ксенон является серьезным поглотителем нейтронов, и его накопление в ядерном топливе 100 может иметь существенное негативное влияние на нейтронно-физические характеристики ядерного топлива 100. В другом примере размер 106 зерен 104 ядерного топлива 100 может быть ниже критического уровня, необходимого для осуществления надлежащей диффузии твердого продукта 120 ядерного деления из внутренних объемов 110 зерен 104 ядерного топлива к межзеренным границам 112 ядерного топлива 100. Например, зерна 104 ядерного топлива 100 могут иметь размер 106 ниже критического уровня, необходимого для осуществления надлежащей диффузии цезия из внутренних объемов 110 зерен 104 ядерного топлива к межзеренным границам 112 ядерного топлива 100. В другом примере зерна 104 ядерного топлива 100 могут иметь размер 106 ниже критического уровня, необходимого для осуществления надлежащей диффузии жидкого продукта 119 ядерного деления из внутренних объемов 110 зерен 104 ядерного топлива к межзеренным границам 112 ядерного топлива 100. Например, зерна 104 ядерного топлива 100 могут иметь размер 106 зерна ниже критического уровня, необходимого для осуществления надлежащей диффузии жидкого металла из внутренних объемов 110 зерен 104 ядерного топлива к межзеренным границам 112 ядерного топлива 100.

[0017] Диффузия продуктов ядерного деления в диоксиде урана в целом описана статье Prussin S.G. и др., «Высвобождение продуктов ядерного деления (Хе, I, Те, Cs, Mo и Tc) из поликристаллического UO2», Journal of Nuclear Materials, Том 154, выпуск 1, стр.25-37 (1988), которая включена в настоящий документ посредством ссылки. Диффузия продуктов ядерного деления в металлическом тории в целом описана в статье Fox C.H. Jr., и др., «Диффузия продуктов ядерного деления в металлическом тории», Journal of Nuclear Materials, Том 62, выпуск 1, стр.17-25 (1976), которая включена в настоящий документ посредством ссылки. Миграция газообразных и твердых продуктов ядерного деления в смешанном ураний-плутониевом оксидном топливе в целом описана в статье Michels L.C. и др. «Реакторные миграции включений продуктов ядерного деления в смешанном оксидном топливе», Journal of Applied Physics, Том 44, выпуск 3, стр.1003-1008 (1973), которая включена в настоящий документ посредством ссылки.

[0018] Со ссылкой теперь на Фиг.1D, ядерное топливо 100 может содержать любые известные ядерные расщепляемые материалы. Например, ядерное топливо 100 может содержать, но не ограничивается этим, материал 121 на основе урана, материал 122 на основе плутония, или материал 123 на основе тория. Например, ядерное топливо 100, в соответствии с настоящим изобретением, может содержать 235U. В другом случае ядерное топливо 100, в соответствии с настоящим изобретением, может содержать 239Pu. Кроме того, следует понимать, что ядерное топливо 100 не обязательно должно быть сразу расщепляемым после изготовления. Например, ядерное топливо 100, в соответствии с настоящим изобретением, может включать материал на основе 232Th, который не является расщепляемым. Торий-232, однако, может быть включен в контексте ядерного рекатора-размножителя, в котором 232Th может быть воспроизведен в 233U, который подходит для ядерного деления. Таким образом, в целом, ядерное топливо 100, в соответствии с настоящим изобретением, может содержать не расщепляемый материал, который затем может быть воспроизведен в расщепляемый материал. Следует признать, что расщепляемые и не расщепляемые материалы, описанные выше, не следует интерпретировать как ограничивающие, а только как иллюстративные, поскольку предполагается, что дополнительные материалы могут быть подходящими для применения в ядерном топливе 100, в соответствии с настоящим изобретением.

[0019] Со ссылкой теперь на Фиг.1Е, ядерный топливный материал ядерного топлива 100 может содержать один или несколько металлических ядерных топливных материалов 124, таких как, но не ограничиваясь этим, по существу чистый металлический ядерный топливный материал 125, ядерный топливный материал 126 на основе металлического сплава или интерметаллический ядерный топливный материал 127. Например, чистый металлический ядерный топливный материал 124 может содержать, но не ограничивается этим, уран-235, плутоний-239 или торий-233. В другом примере ядерный топливный материал 126 на основе металлического сплава может содержать, но не ограничивается этим, уран-цирконий, уран-плутоний-цирконий, уран-цирконий-гидрид или уран-алюминий. В качестве еще одного примера, и нтерметаллический ядерный топливный материал 127 может содержать, но не ограничивается этим, UFe2 или UNi2. Следует понимать, что приведенный выше перечень подходящих металлических ядерных топливных материалов для включения в ядерный топливный материал ядерного топлива 100, в соответствии с настоящим изобретением, не следует интерпретировать как ограничение, а только как иллюстрацию.

[0020] В другом варианте выполнения ядерный топливный материал ядерного топлива 100 может содержать один или несколько керамических ядерных топливных материалов 128, таких как, но не ограничиваясь ими, оксидный ядерный топливный материал 129, нитридный ядерный топливный материал 131, либо карбидный ядерный топливный материал 132. Например, ядерный топливный материал 129 на основе оксида может содержать, но не ограничиваться этим, диоксид урана (UO2), диоксид плутония (PuO2) или диоксид тория (ThO2). Кроме того, ядерный топливный материал 129 на основе оксида может содержать смешанный оксидный ядерный топливный материал, такой как, но не ограничиваясь этим, смесь PuO2 и обедненного или природного UO2. В качестве другого примера, ядерный топливный материал 131 на основе нитрида может содержать, но не ограничивается этим, уран- нитрид или плутоний-нитрид. В качестве еще одного примера, ядерный топливный материал на основе карбида может содержать, но не ограничиваясь этим, карбид урана 132. Следует понимать, что приведенный выше перечень подходящих керамических ядерных топливных материалов для включения в ядерное топливо 100, в соответствии с настоящим изобретением, не следует интерпретировать как ограничение, а только как иллюстрацию.

[0021] Несмотря на то, что ядерные топливные материалы описаны выше в контексте «зерен» материала и Фиг.1А, следует понимать, что выполнение этих материалов может быть распространено на другие контексты, такие как описанные на Фиг.2А-4 настоящего изобретения.

[0022] Следует понимать, что в дополнение к расщепляемому ядерному материалу, описанному выше, ядерное топливо 100, в соответствии с настоящим изобретением, может также содержать части не расщепляемого материала, такого как, но не ограничиваясь этим, замедляющего нейтроны материала или отражающего нейтроны материала. В общем смысле термин «ядерное топливо», в контексте настоящего изобретения, не ограничивается расщепляемым материалом, но может охватывать весь объем предмета или материала, используемого в качестве источника топлива в ядерном реакторе. Таким образом, несмотря на то, что термин «ядерное топливо» может быть использован для обозначения материала в заданном объеме, он также может быть расширен на варианты выполнения ядерного топливного материала, используемого в ядерном реакторе, например, топливных гранул, топливной крошки или топливных стержней.

[0023] Со ссылкой теперь на Фиг.1F-1Н, характеристическая длина 106 вдоль по меньшей мере одного измерения одного или нескольких зерен 104 может содержать характеристическую длину 106 вдоль всех измерений одного или нескольких зерен 104 ядерного топлива 100. Например, зерна 104 ядерного топлива 100 может быть выполнены таким образом, что «высота», представленная как «а», и «ширина», представленная как «Ь», имеют близкий размер. Поэтому, несмотря на факторы (например, напряжение или температурные градиенты), продукт 108 ядерного деления может эффективно диффундировать из внутреннего объема 110 зерна к межзеренной границе 112 по всем направлениям внутри зерна. В этом контексте структура зерна может быть охарактеризована «размером зерна» зерен 106 ядерного топлива 100. «Размер зерна» может быть выбран таким, что зерна достаточно малы, чтобы обеспечивать надлежащую диффузию из внутренних объемов 110 указанного одного или нескольких зерен 104 к границам 112 указанного одного или нескольких зерен 104.

[0024] Как показано на Фиг.1G, характеристическая длина 106 вдоль по меньшей мере одного измерения одного или нескольких зерен 104 может содержать характеристическую длину 106 вдоль выбранного измерения одного или нескольких зерен 104. Например, как показано на Фиг.1G, зерна 106 внутри ядерного топлива 100 могут быть выполнены с выбранной характеристической длиной 106, проходящей вдоль заданного размера зерна 106. Например, в зерне 104, имеющем удлиненную структуру, зерно может иметь выбранную характеристическую длину вдоль «тонкого» измерения, показанного на Фиг.1G как измерение «а» зерна 106. В другом случае, в зерне 106, имеющем удлиненную структуру зерно, зерно 104 может иметь выбранную характеристическую длину вдоль «толстого» измерения, показанного на Фиг.1G как измерение «Ь» зерна 106. Следует понимать, что зерну 104 необходимо только иметь по меньшей мере одну характеристическую длину 106, меньшую, чем длина, необходимая для надлежащей диффузии из внутренних объемов 110 указанного одного или нескольких зерен 104 к границам 112 указанного одного или нескольких зерен 104. Кроме того, следует также понимать, что все размеры зерна 104 могут иметь характеристическую длину 106, меньшую или равную длине, необходимой для надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 110 указанного одного или нескольких зерен 104 к границам 112 указанного одного или нескольких зерен 104.

[0025] Как показано на Фиг.1Н, характеристическая длина 106 вдоль по меньшей мере одного измерения одного или нескольких зерен 104 может содержать характеристическую длину 106, проходящую вдоль выбранного направления 134. Например, зерна 106 внутри ядерного топлива 100 могут быть выполнены с выбранной характеристической длиной 106 вдоль заданного направления в ядерном топливе 100. Например, зерно 104, имеющее удлиненную структуру, может иметь выбранную характеристическую длину 106 вдоль выбранного направления 134 внутри ядерного топлива 100. Следует понимать, что выполнение зернистой структуры с характеристической длиной 106 вдоль выбранного направления 134, которая меньше, чем длина, необходимая для надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутреннего объема 110 зерна к межзеренной границе 112, может обеспечивать более эффективные средства для переноса продукта 108 ядерного деления (например, газообразного продукта 118 ядерного деления) из внутреннего объема 110 зерна.

[0026] В другом варианте выполнения одно или несколько зерен 104 могут иметь характеристическую длину 104 вдоль измерения указанного одного или нескольких зерен, выбранную для максимизации теплопереноса из внутреннего объема 110 зерна к межзеренной границе 112. Например, указанное одно или несколько зерен 106 может быть ориентировано так, что их узкие размеры, показанные на Фиг. 1Н как «а», по существу направлены перпендикулярно градиенту 136 температуры в ядерном топливе 100. Такое расположение способствует теплопереносу из внутреннего объема 110 зерна к границе зерна, способствуя диффузии продукта 108 ядерного деления из внутреннего объема 110 зерна к его границе 112. В качестве другого примера (не показан), в цилиндрической топливной таблетке, изготовленной с использованием ядерного топлива 100, в соответствии с настоящим изобретением, зерна 104 ядерного топлива 100 могут быть выполнены (т.е., в среднем, зерна материала могут быть расположены) так, что их узкий размер по существу перпендикулярен радиальному градиенту температуры цилиндрической таблетки. Следует отметить, что иллюстрации, приведенные на Фиг. 1Н, 1G и 1F, представляют собой упрощенные концептуальные иллюстрации нескольких зерен 106, в соответствии с настоящим изобретением, и не должны быть истолкованы как схематичные по своей природе. Кроме того, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что различные способы обработки материалов (например, холодная обработка и/или отжиг, уплотнение или экструзия) могут быть использованы с целью получения симметричной структуры зерна, показанного на Фиг. 1F, и деформированной удлиненной структуры зерна, показанного на Фиг. 1G и 1Н. Разнообразие способов обработки материалов обсуждается далее в данном документе.

[0027] В другом варианте выполнения зерна 106 ядерного топлива 100 могут иметь среднюю характеристическую длину 106 вдоль по меньшей мере одного измерения, меньшую или равную выбранной длине, необходимой для надлежащей диффузии продукта ядерного деления. Например, зерна 106 ядерного топлива 100 могут иметь среднюю характеристическую длину, проходящую вдоль выбранного измерения зерен 104 ядерного топлива. Средняя длина может быть выбрана для поддержания надлежащей диффузии из внутренних объемов зерен 104 ядерного топлива 100 к межзеренным границам 112 ядерного топлива 100. Следует понимать, что могут существовать максимальный средний размер 106 зерна, который обеспечивает надлежащую диффузию продуктов 108 ядерного деления из внутренних объемов 110 зерен 104 к межзеренным границам 112 зерен 104.

[0028] В другом варианте выполнения зерна 106 ядерного топлива 100 могут иметь среднюю характеристическую длину 106, проходящую вдоль выбранного направления, которая меньше или равна выбранной длине, необходимой для надлежащей диффузии продукта ядерного деления. Например, зерна 106 ядерного топлива 100 могут иметь среднюю характеристическую длину вдоль выбранного измерения зерен 104 ядерного топлива. Средняя длина вдоль выбранного направления может быть выбрана для поддержания надлежащей диффузии из внутренних объемов зерен 104 ядерного топлива 100 к межзеренным границам 112 ядерного топлива 100. Следует понимать, что может существовать максимальный средний размер зерна вдоль выбранного направления 106, который обеспечивает надлежащую диффузию продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 110 зерен 104 к межзеренным границам 112 зерен 104.

[0029] В другом варианте выполнения зерна 104 ядерного топлива могут иметь выбранное статистическое распределение характеристических длин. Например, зерна 104 ядерного топлива 100 могут иметь распределение размеров зерен, при котором выбранный процент зерен имеет размер 106 зерна ниже выбранной длины. Например, ядерное топливо 100, в соответствии с настоящим изобретением, может иметь такое распределение размера 106 зерен, что 75% зерен имеют размер 106, равный или меньший чем 5 мкм, со средним размером зерна 3 мкм. В другом варианте выполнения зерна 104 ядерного топлива 100 могут иметь несколько статистических распределений характеристических длин. Например, ядерное топливо 100, в соответствии с настоящим изобретением, может иметь распределение размеров 106 зерна, в котором 25% зерен имеют размер 106, равный или меньший чем 10 мкм, 25% зерен имеют размер 106, равный или меньший чем 5 мкм, а 10% зерен имеют размер меньше 1 мкм. В другом случае ядерное топливо 100, в соответствии с настоящим изобретением, может иметь распределение размеров 106 зерна, в котором 25% зерен имеют размер 106 зерна, равный или меньший, чем 10 мкм, а 25% зерен имеют размер 106 зерна, равный или больший, чем 50 мкм. В другом случае ядерное топливо 100, в соответствии с настоящим изобретением, может иметь распределение размеров 106 зерна, в котором 25% зерен имеют размер 106 от 1 мкм до 5 мкм, 50% зерен имеют размер от 5 мкм до 10 мкм, и 25% зерен имеют размер 106 больше 10 мкм.

[0030] Также предполагается, что размер 106 зерна может быть пространственно распределен по всему объему 102 ядерного топлива. Например, средний размер 106 зерен в первой области может быть выбран большим или меньшим, чем средний размер 106 зерен во второй, третьей или вплоть до N-й области, включая ее. Более того, в настоящем документе также предполагается, что пространственное распределение размеров 106 зерна может быть непрерывным или дискретным по своей природе. Например, в цилиндрической топливной таблетке зерна 104 могут быть выполнены таким образом, что зерна, в среднем, меньше в центре таблетки и монотонно увеличиваются в размере в радиальном направлении по отношению к поверхности таблетки. В другом примере зерна 104 внутри цилиндрической топливной таблетки могут быть распределены таким образом, что внутри таблетки имеется несколько областей с дискретным значением размера зерна, при этом каждая область содержит зерна с выбранным средним размером 106 зерна. Например, центральная область зерна может иметь первый средний размер зерна (например, 10 нм), первая концентрическая кольцевая область вокруг центральной области может иметь второй средний размер зерна (например, 100 нм), а вторая концентрическая кольцевая область вокруг первой концентрической кольцевой области может иметь третий средний размер зерна (например, 1 мкм). Может быть выгодно иметь зерна в центральной области цилиндрической топливной таблетки с меньшими размерами, чем размер зерен в наружной части таблетки, поскольку в центральной области могут возникать большая активность процесса ядерного деления, и может потребоваться большая степень диффузии продукта 108 ядерного деления, чтобы избежать распухания.

[0031] В другом варианте выполнения максимальная характеристическая длина 106 вдоль одного или нескольких измерений одного или нескольких зерен 104 может быть выбрана на основании рабочего состояния ядерного топлива 100. Например, рабочее состояние ядерного топлива 100 может включать температуру ядерного топлива 100, используемого в ядерном реакторе. Например, чем выше рабочая температура топлива 100 ядерного реактора, тем меньше должен быть средний размер 106 зерна для того, чтобы обеспечить надлежащую диффузию продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 110 зерна к межзеренным границам 112. В другом примере рабочее состояние ядерного топлива 100 может включать термически индуцированное давление внутри ядерного топлива. Например, когда ядерное топливо 100 подвергается тепловому расширению в конструкции оболочки, вмещающей ядерное топливо 100, взаимодействие между поверхностью 101 топлива и оболочкой может вызывать напряжения в ядерном топливе 100.

[0032] В другом варианте выполнения максимальная характеристическая длина 106 вдоль одного или нескольких измерений одного или нескольких зерен 104 может быть выбрана на основе химического состава ядерного топлива 100. Например, в случае сплавов на основе уран-циркония (UZr) и уран-плутоний-циркония (U-Pu-Zr) средний размер 106 зерна, требуемый для обеспечения надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 110 зерен 104 к межзеренным границам 112 может быть продиктован относительным содержанием циркония в сплаве UZr или U-Pu-Zr. Цирконий используется в качестве легирующей добавки в металлическом ядерном топливе для стабилизации фаз (например, стабилизации миграции составляющих материалов) металлического ядерного топлива. Более того, в случае, например, U-Pu-Zr, прошлые исследования, проведенные D.L. Porter и др., показали, что миграция составляющих материалов во время облучения не происходит для концентрации Ри менее 8 массовых процентов. В контексте цилиндрических топливных таблеток, в сплавах U-Pu-Zr, в которых миграция составляющих материалов имеет место, признается, что используемые материалы имеют тенденцию мигрировать в несколько радиальных областей внутри цилиндрической таблетки, причем Zr имеет тенденцию мигрировать в радиальном направлении к поверхности цилиндрической топливной таблетки.

Благодаря такой миграции в наружном направлении центральная область цилиндрической U-Pu-Zr таблетки может иметь обедненную концентрацию Zr. Этот сдвиг в относительной концентрации может иметь большое влияние на производство продукта 108 ядерного деления, а также на диффузию в заданной области таблетки. Таким образом, средний размер 106 зерна, требуемый для обеспечения надлежащей диффузии из внутренних объемов 110 зерна к межзеренным границам 112 внутри ядерного топлива 100, зависит от химического состава и геометрического расположения составных материалов данного ядерного топлива 100.

[0033] Кроме того, скорость производства продукта ядерного деления данного топлива может диктовать максимально допустимый средний размер 106 зерна, требуемый для обеспечения надлежащей диффузии из внутренних объемов 110 зерна к межзеренным границам 112 в одном или нескольких зерен 104 ядерного топливо 100. Скорость деления продукта ядерного деления пропорциональна скорости деления внутри данного ядерного топлива 100. Скорость деления внутри данного топлива зависит, среди прочего, от типа расщепляемых материалов, используемых для формирования ядерного топлива 100, и от их относительной концентрации.

[0034] В другом варианте выполнения максимально допустимая характеристическая длина 106 вдоль одного или нескольких измерений одного или нескольких зерен 104 может быть выбрана на основе требуемого уровня концентрации продуктов ядерного деления. Например, характеристическая длина 106 может быть выбрана таким образом, что она меньше, чем критическая длина, при которой происходит образование газообразного продукта 118 ядерного деления. Таким образом, характеристическая длина 106 может быть выбрана таким образом, что средний размер 106 зерна ядерного топлива 100 достаточно мал для ограничения концентрации продукта 108 ядерного деления и, в результате, ограничивает образование газообразного продукта 118 ядерного деления в топливе 100 ядерного реактора.

[0035] Следует понимать, что специалистам в данной области техники очевидно, что скорость производства продуктов ядерного деления, их химический состав и температура процесса представляют собой тесно связанные физические величины в пределах данного ядерного топлива 100. По этой причине, точное развитие процесса производства продукта ядерного деления является высоко динамичным и может точно зависеть от величин, таких как, но не ограничиваясь этим, относительных пропорций компонентов ядерного топлива 100, геометрии ядерного топлива 100, рабочей температуры ядерного топлива 100, плотности ядерного топлива 100 и типа ядерного реактора. Следовательно, в настоящем документе предполагается, что любое использование ядерного топлива 100, в соответствии с настоящим изобретением, может полагаться на метод проб и ошибок (например, метод проб и ошибок с использованием ядерных реакторов или использованием моделируемых условий в ядерном реакторе) или на любой процесс компьютерного моделирования, известный в области техники, который подходит для определения максимального размера 106 зерна для выбранных параметров состава топлива (например, типа расщепляемого материала, относительной концентрации составляющих расщепляемых материалов, геометрического распределения расщепляемых материалов, плотности или размера изделия топлива) и параметров ядерного реактора (например, типа реактора, температуры эксплуатации, типа изделия топливного материала (например, топливных стержней, топливных таблеток, топливной крошки или тому подобного)). Для более подробного описания распухания ядерного топлива, производства продуктов ядерного деления и распределения и миграции составляющих материалов в U-Pu-Zr системах см, статью Porter D.L. и др., «Перераспределение топливных составляющих во время ранних стадий облучения U-Pu-Zr», Metallurgical Transactions, Том 21, июль 1990, стр.1871; и статью Hofman G.L. и др. «Распухание U-Pu-Zr топлива», Metallurgical Transactions, Том 21А, июль 1990, стр.517, раскрытие которых включено в настоящий документ посредством ссылки.

[0036] Со ссылкой снова на Фиг.1А и 1В, указанный один или несколько путей 116 переноса пограничной сети 114 ядерного топлива 100 могут быть определены как область между двумя или большим количеством соседних зерен 104. Например, как показано на фиг.1В, граница 112 зерен между смежными краями соседних зерен 104 может ограничивать путь 116 переноса пограничной сети 114 ядерного топливного материала 100.

[0037] Со ссылкой теперь на Фиг.11 проиллюстрировано формирование пути 116 переноса пограничной сети 114 ядерного топлива 100. В одном варианте выполнения путь 116 переноса между смежными зернами 104 ядерного топлива 100 может быть образован путем роста открытого пузырька 150 газообразного продукта 118 ядерного деления вдоль границы 112 зерен между смежными зернами 104. Например, на первом этапе 138 пузырьки 144 газообразного продукта ядерного деления начинают зарождаться вдоль границы 112 зерен между двумя смежными зернами 104. Пузырьки 144 в настоящем документе называются «закрытыми» пузырьками, поскольку они представляют собой закрытые сферические пустоты в ядерном топливном материале. Как обсуждалось выше в настоящем описании, когда зерна 104 внутри ядерного топлива 100 уменьшаются в размере, отношение площади межзеренной границы к внутреннему объему зерен увеличивается. Увеличение отношение площади межзеренной границы к внутреннему объему зерен в процессе ядерного деления может привести к относительному увеличению количества пузырьков газообразных продуктов ядерного деления, зарождающихся на границе 144 зерен, и к относительному снижению количества пузырьков газообразных продуктов ядерного деления, зарождающихся во внутреннем объеме 146 заданного зерна 104. Далее, на этапе 140, когда все больше и больше пузырьков газообразных продуктов ядерного деления продолжают зарождаться на заданной границе зерен, закрытые пузырьки начинает сливаться и соединяться друг с другом с образованием структуры 148 консолидированных закрытых пузырьков 148. Затем, на этапе 142, благодаря поверхностной диффузии, консолидированные закрытые пузырьки 148 полностью превращаются в структуру 150 «открытых» пузырьков. В результате диффузии атомов газообразного продукта ядерного деления к межзеренной границе 112, во внутреннем объеме 110 зерна 104 вблизи границы 112 зерна образуется оголенная область 152. Формирование открытого пузырька 150 формирует путь 116 переноса, ограниченный по краям границами 112 соседних зерен 104. Если путь 116 переноса, образованный открытыми пузырьками (например, трещины) проходит до геометрической поверхности 101 ядерного топлива 100, то газообразный продукт деления может покинуть объем 102 ядерного топлива 100.

[0038] Миграция пузырьков газообразных продуктов ядерного деления в облученном диоксиде урана в целом описана в статье Mary Ellen Gulden «Миграция пузырьков газа в облученном диоксиде урана», Journal of Nuclear Materials, Том 23, выпуск 1, июль 1967, стр.30-36, которая включена в настоящий документ посредством ссылки.

[0039] В другом варианте выполнения несколько путей 116 переноса могут образовывать систему взаимосвязанных путей 114. Например, как описано выше, поскольку размер зерна 104 уменьшается в ядерное топливо 100, пространственная плотность границ зерен и, следовательно, путей 116 переноса внутри ядерного топлива 100 увеличивается. Увеличение плотности путей 116 переноса служит двум целям. Во-первых, количество путей переноса, которые пересекаются с геометрической поверхностью 101 объема 102 ядерного топлива 100, будет возрастать, когда количество путей 116 переноса в ядерном топливе 100 увеличивается. В результате увеличения количества путей 116 переноса, пересекающихся с геометрической поверхностью 101 ядерного топлива 100, количество газообразных продуктов ядерного деления, которые могут переноситься через пограничные сети 114 от границ зерен 104, увеличивается. Во-вторых, вероятность того, что данный путь 116 переноса будет пересекаться с другим путем 116 переноса, будет увеличиваться, по мере того как плотность путей переноса в ядерном топливе 100 увеличивается. Таким образом, уменьшенный размер 106 зерна в зернах 104 ядерного топлива 100 может привести к увеличению числа путей 116 переноса, открытых к геометрической поверхности 101, и увеличение частоты взаимосвязи между несколькими путями 116 переноса, способствуя эффективному переносу газообразного продукта ядерного деления от межзеренных границ 112 к геометрической поверхности 101.

[0040] Кроме того, предполагается, что пути 116 переноса взаимосвязанной пограничной сети 114 могут быть сформированы, или их рост может быть облегчен с использованием летучего осаждающего реактива. Например, летучий осаждающий реактив может быть добавлен к металлическому или керамическому 124 ядерному топливному материалу 128 до выполнения отливки. Во время отливки к ядерному топливному материалу может быть применена термическая обработка (например, процесс отжига). Термическая обработка может привести к выделению осаждающего реактива на границы 112 зерен ядерного топлива 100. Если в ядерном топливе до отливки имеется достаточно большая концентрация осаждающего реактива, выделение осаждающего реактива может содействовать формированию одной или нескольких незаполненных областей внутри ядерного топлива 100. Кроме того, осаждающий реактив может образовывать несколько взаимосвязанных незаполненных областей внутри ядерного топлива 100, которые действуют для формирования пограничной сети 114 ядерного топлива 100. Следует также иметь в виду, что использование осаждающего реактива может способствовать росту пограничной сети 114 вдоль межзеренных границ 112 внутри ядерного топлива 100. Осаждающий реактив может содержать, но не ограничивается этим, азот или углерод.

[0041] Кроме того, в настоящем документе также предполагается, что образованием межзеренных границ 112 ядерного топлива 100 можно управлять с использованием осаждающего металлического реактива в ядерных топливных материалах перед отливкой. Например, металлический осаждающий реактив (например, ниобий) может быть добавлен к металлическому топливному материалу 124 (например, уран-цирконию) до процесса отливки. Следует понимать, что при пороговой концентрации осаждающего металлического реактива, при охлаждении, металлический осаждающий реактив может осаждаться из металлического ядерного топливного материала 124. Кроме того, следует понимать, что количество металлического осаждающего реактива, который при охлаждении осаждается из ядерного топливного материала, может зависеть от скорости охлаждения. В результате осаждения, металлический осаждающий реактив при затвердевании может образовывать дополнительную фазу внутри ядерного топлива 100. Например, металлический осаждающий реактив может образовывать распределение твердых областей металлического осаждающего реактива в ядерном топливе 100. Эти твердые области металлического осаждающего реактива могут способствовать росту указанной одной или нескольких межзеренных границ в месте расположения металлических осаждающих реактивов.

[0042] Кроме того, следует понимать, что давление газообразного продукта ядерного деления, которое развивается в пределах пограничной сети 114 в результате диффузии газообразного продукта ядерного деления из внутреннего объема зерна, может способствовать высвобождению газообразного продукта ядерного деления благодаря разломам границы 112 зерен (например, трещинам). Разлом границ 112 зерен может увеличивать площадь области пограничной сети 114, что обеспечивает пограничной сети возможность более легкого переноса газообразных продуктов ядерного деления к поверхности 101 ядерного топлива. Кроме того, также следует понимать, что добавление осаждающего реактива может способствовать разлому границы 112 зерен, поскольку давление осаждающего реактива на границе зерен может способствовать ускорению разлома межзеренных границ 112.

[0043] Кроме того, предполагается, что пограничная сеть 114 может быть образована несколькими незаполненными областями. Несмотря на то, что приведенное выше описание в целом относится к образованию пограничной сети 114, ограниченной областью между границами 112 зерен, появившимися благодаря зарождению газообразного продукта ядерного деления в одной или нескольких межзеренных границ 112, следует понимать, что к образованию пограничной сети 114 может привести любое количество незаполненных областей за пределами указанного одного или нескольких внутренних объемов 110 зерен. Например, как будет описано далее в настоящем документе, диспергирующие частицы (например, частицы оксида циркония) могут быть диспергированы по всему ядерному топливу 100 вдоль межзеренных границ 112. Диспергирующие частицы могут содействовать созданию предпочтительных центров заполнения газообразным продуктом ядерного деления. Если предпочтительные центры заполнения газом распределены внутри ядерного топлива 100 таким образом, что обеспечивают взаимосвязь пузырьков, образованных на этих центрах заполнения газом, то может быть сформирована пограничная сеть 114. Более того, в общем смысле, любым способ, известный в данной области техники, подходящий для управления пористостью в ядерном топливе 100 (например, металлическом ядерном топливе или керамическом ядерном топливе), может быть использован для создания или содействия созданию пограничной сети 114.

[0044] Следует понимать, что пограничная сеть 114 ядерного топлива 100, в соответствии с настоящим изобретением, может быть сформирована как до, так и во время процесса ядерного деления в ядерном топливе 100. Например, как описано выше, ядерное топливо 100 с зернистой структурой может быть выполнено с возможностью формирования пограничной сети 114 при производстве продукта 108 ядерного деления (например, газообразного продукта ядерного деления) при использовании ядерного топлива 100 в ядерном реакторе. Таким образом, ядерное топливо 100 может иметь средний размер 106 зерна ниже критического значения, необходимого для обеспечения надлежащей диффузии продуктов 108 ядерного деления к межзеренным границам 112 ядерного топлива 100. Затем, когда ядерное топливо 100 подвергается расщеплению в ядерном реакторе 100, продукты 108 ядерного деления образуются более легко на границах 112 зерен, образуя, в конечном итоге, взаимосвязанную пограничную сеть 114. В другом примере, как описано выше, пограничная сеть 114 может быть в значительной степени сформирована до использования в ядерном реакторе. Например, использование осаждающих реактивов во время процессов отливки и отжига может привести создать в ядерном топливе 100 пограничную сеть 114. В другом случае любой известный процесс формирования пустот или управления пористостью может быть использован в процессе изготовления ядерного топлива 100, для того, чтобы развить пограничную сеть 114, подходящую для переноса продукта ядерного деления, таких как газообразный продукт ядерного деления, от межзеренных границ 112 ядерного топлива 100 к геометрической поверхности 101 ядерного топлива 100.

[0045] Со ссылкой теперь на Фиг.и, одно или несколько зерен 104 ядерного топлива 100 может содержать пограничный слой 154. Например, один или несколько процессов (например, химический процесс или процесс отжига) могут быть использованы для выращивания пограничного слоя 154 на межзеренной границе 112 одного или нескольких зерен 104. Например, формирование пограничной области 154 может препятствовать росту зерна в ядерном топливе 100 при кристаллизации во время процесса отливки. Таким образом, поверхностная область может способствовать сохранению размеров 106 зерен на уровне или ниже критической величины, необходимой для поддержания надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 110 зерен к межзеренным границам 112 ядерного топлива 100. Например, пограничная область 154 может содержать слой оксида, слой нитрида или слой карбида. Так, например, азот или углерод в ядерном топливном материале может осаждаться из топливной матрицы во время процесса термообработки перед отливкой. Осажденный азот или углерод может затем, при охлаждении, образовать, соответственно, слой нитрида металла или слой карбида металла на поверхности кристаллизованных зернистых структур. В другом примере во время этапа отливки производственного процесса может быть применен атмосферный кислород, чтобы образовать пограничный слой 154 оксида металла на межзеренных границах 112 ядерного топлива 100. В настоящем документе предполагается, что толщина пограничного слоя 154 может быть лишь фракцией размера зерна 104, с которым он растет. Например, пограничный слой 154 может иметь толщину от 0,1 до 10 нм, тогда как внутренняя зернистая структура может иметь толщину между 0,1 и 10 мкм. В качестве еще одного примера, в случае металлических ядерных материалов, пограничная область может содержать интерметаллический материал, который может отличаться по химическому составу от внутреннего объема 110 зерен 104.

[0046] В целом, любой процесс обработки, известный в данной области техники, подходящий для выращивания пограничного слоя 154 границ зерен, может быть использован в соответствии с настоящим изобретением. Приведенное выше описание, относящееся к пограничному слою 154, является только иллюстративным и не должно быть истолковано как ограничение.

[0047] В другом варианте выполнения указанный один или несколько процессов, используемых для достижения характеристической длины 106 вдоль по меньшей мере одного измерения в некоторых из зерен 104, необходимой для получения надлежащей диффузии газообразного продукта ядерного деления и соответствующей пограничной сети ядерного топлива 100, может включать один или несколько способов обработки материала. Различные способы обработки материала могут быть использованы для того, чтобы управлять размером 106 зерен и развитием пограничной сети 114 ядерного топлива 100. Например, ядерное топливо 100 может быть обработано с использованием холодной обработки, процесса отжига, процесса нормализации или процесса отпуска. Следует понимать, что приведенный выше перечень способов обработки материала не является исчерпывающим и не должен интерпретироваться как ограничение, поскольку различные другие способы обработки материала могут быть пригодны для изготовления ядерного топлива 100, в соответствии с настоящим изобретением.

[0048] В одном из аспектов зерна 104 ядерного топлива 100 могут иметь характеристическую длину 106, меньшую или равную выбранной длине вдоль одного или нескольких измерений, с использованием одного или нескольких способов обработки материала.

[0049] В одном варианте выполнения процесс холодной обработки может быть использован для производства зерен 104 внутри ядерного топлива 100, имеющих характеристическую длину 106, меньшую или равную выбранной длине вдоль одного или нескольких измерений. Следует понимать, что размеры 106 зерен ядерного топливного 100 материала могут быть снижены благодаря процессу пластической деформации, который может возникнуть, когда заданный объем ядерного топлива 100 подвергается холодной обработке. Например, ядерное топливо из твердого консолидированного металла 125 (например, урана, плутония и тория) или металлического сплава 126 (например, уран-циркония, уран-гидрид-циркония, уран-алюминия или тому подобного) может подвергаться процессу холодной обработки с целью уменьшения размеров 106 зерен 104 ядерного топливного материала, сдвигая, тем самым, средний размер зерен материала к меньшим значениям. Например, ядерное топливо из твердого металла 125 или металлического сплава 126 может содержать изделие ядерного топлива из отлитого металла или металлического сплава, такой как топливный стержень. Отлитое металлическое ядерное топливо может быть обработано с использованием процесса холодной обработки. Например, изделие ядерного топлива из отлитого металла может быть подвержен холодной обработке при температуре ниже температуры рекристаллизации (например, при комнатной температуре). Металлический элемент может подвергаться холодной обработке, пока средний размер зерен ядерного топливного материала не будет равен или меньше размера, необходимого для обеспечения надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления к межзеренным границам 112 зерен 104 материала. Например, уран-плутоний-циркониевые топливные стержни могут подвергаться холодной обработке, пока средний размер 106 зерна в топливных стержнях не будет составлять приблизительно 1 мкм.

[0050] Кроме того, предполагается, что металлический топливный стержень может быть изготовлен с использованием процесса экструзии, выполняемого при температурах окружающей среды. Экструзия металлического топливного материала при комнатных температурах обеспечивает необходимую пластическую деформацию, необходимую для уменьшения размеров 106 зерен в материале. В результате экструзия металлического ядерного топливного материала при комнатной температуре может создать холоднообработанную зернистую структуру, в которой размеры 106 зерна материала ниже критического размера, необходимого для надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления. Кроме того, экструдированный при комнатной температуре металлический топливный стержень может быть затем отожжен при низкой температуре рекристаллизации, для того, чтобы достичь требуемого размера зерен в материале. Следует отметить, что, если экструзия топливного стержня при комнатной температуре не представляется возможной, то процесс экструзии может быть выполнен при достаточно низкой температуре, чтобы препятствовать рекристаллизации и росту зерен, но достаточно высокой, чтобы обеспечить возможность экструзии топливного стержня.

[0051] Следует понимать, что для уменьшения среднего размера зерна в металлическом 125 ядерном топливе, ядерном топливе на основе металлического сплава 126, или в интерметаллическом 127 ядерном топливе может быть использован любой процесс холодной обработки, известный в данной области техники. Например, процесс сжатия, сгибания, вытягивания, экструзии, ковки или деформации сдвига может быть применен к металлическому 125, на основе металлического сплава 126 или интерметаллическому 127 ядерному топливному материалу при выбранной температуре ниже температуры рекристаллизации материала. Следует понимать, что приведенные выше процессы холодной обработки не являются ограничениями и должны интерпретироваться в качестве иллюстрации, поскольку предполагается, что различные способы и условия холодной обработки могут быть применимы в других контекстах. Кроме того, следует понимать, что процесс холодной обработки может быть применен к металлу 125, металлическому сплаву 126 или интерметаллическому 127 ядерному топливу, независимо от предварительной отливки. Приведенное выше описание отливки и экструзии предназначено только для иллюстративных целей и не должно быть истолковано как требуемое ограничение до холодной обработки ядерного топливного материала на основе металла или металлического сплава, для того, чтобы уменьшить средний размер зерна материала ниже требуемого размера для надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления. Предполагается, что в рамках настоящего изобретения могут быть использованы различные другие способы изготовления изделий ядерного топлива на основе металла 125, металлического сплава 126 или интерметаллического соединения 127.

[0052] В качестве другого примера, торий или сплав на основе тория может быть холоднокатаным для того, чтобы сформировать изделие топлива, подходящего для использования в ядерном реакторе. Торий или сплав на основе тория является особенно полезным в контексте обработки холодной прокаткой из-за его высокой пластичности. Использование процесса холодной прокатки обеспечивает возможность управления средним размером зерен холоднокатаного ториевого изделия топлива или из сплава на основе тория без предшествующей стадии процесса, такой как отливка. Таким образом, процесс холодной прокатки может быть реализован таким образом, что он управляет распределением размеров зерен в изделии тория или сплава на основе тория, когда изделие формируется в топливный стержень. Например, твердый изделие тория может быть холоднокатан в тонкий плоский лист, причем размеры 106 зерна внутри листа ниже критической величины, необходимой для обеспечения надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 110 зерен к межзеренным границам 112. Этот лист с полученными зернами может быть затем подвергнут дальнейшей манипуляции путем прокатки листа в цилиндрическую форму или в форму таблетки.

[0053] В другом примере твердое изделие керамического консолидированного ядерного топлива может подвергаться процессу холодной обработки с целью уменьшения среднего размера зерен в керамическом ядерном топливном материале. Твердое изделие керамического консолидированного ядерного топлива может быть изготовлен с использованием любого процесса изготовления керамического ядерного топлива, известного в данной области техники. Например, изделие керамического ядерного топлива может быть изготовлено путем сжатия и прессования керамического порошка ядерного топлива (например, порошка диоксида урана) или исходного продукта порошка ядерного топлива (например, U3O8) в топливную таблетку или в топливную крошку. Например, органическое связующее вещество может быть добавлено к порошку ядерного топлива перед прессованием. После сжатия смеси порошка и связующего вещества с приданием желаемой формы связующее вещество может быть выпарено с помощью высокотемпературной обработке, при которой керамическое изделие нагревают выше точки кипения органического вещества, но ниже температуры плавления керамического ядерного топлива. Прессованный порошок ядерного топлива может быть затем спечен до выбранной плотностью, вплоть до 98% от теоретической плотности. Прессованный керамический ядерный топливный материал может быть обработан с использованием процесса холодной обработки, например, процесса сжатия. Керамическое изделие может быть холоднообработано, пока средний размер зерен ядерного топливного материала не будет равен или меньше размера, необходимого для обеспечения надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления к межзеренным границам 112 зерен 104 керамического материала 128. Процессы холодной обработки, описанные выше, как правило, подходят для реализации в контексте холодной обработки изделия из керамического ядерного топлива.

[0054] Несмотря на то, что холодную обработку часто бывает трудно осуществить в контексте керамических материалов, в связи с их хрупкостью, предполагается, что в настоящем документе процессы холодной обработки, такие как описаны выше, могут быть использованы для управления средним размером зерна керамического ядерного топливного материала. Холодная обработка керамических материалов в целом описана в монографии David W. Richerson, «Современные керамические технологии: свойства, обработка и использование при конструировании», 3-е изд, CRC Press - Taylor & Francis Group, 2003, стр.235-240, которая включена в настоящий документ посредством ссылки.

[0055] Описание керамического ядерного топливного материала, спеченного выше, не следует интерпретировать как необходимое ограничение настоящего изобретения, а спекание представляет собой лишь один способ, используемый для создания керамического ядерного топливного изделия, пригодного для применения в настоящем изобретении. Следует понимать, что в рамках настоящего изобретения могут быть использованы различные другие способы изготовления керамического ядерного топливного изделия (например, отливкой, реакцией in situ, литьем под давлением и т.п.). Более того, приведенное выше описание диоксида урана в качестве материала, пригодного для холодной обработки, не следует интерпретировать как ограничение, поскольку в данном контексте может быть использован любой керамический ядерный топливный материал, включая, но не ограничиваясь этим, оксиды, карбиды и нитриды.

[0056] В другом варианте выполнения процесс отжига может быть использован для того, чтобы достичь требуемого размера 106 зерна ядерного топливного материала. Например, после холодной обработки металлического ядерного топливного материала (например, холодной обработкой отлитого или экструдированного материала при комнатной температуре или низкой температуре) может быть использован отжиг для того, чтобы достичь требуемого среднего размера 106 зерна внутри металлического ядерного топливного материала. Специалисты в данной области техники должны понимать, что после применения холодной обработки к данному материалу, последующий отжиг при температуре ниже температуры рекристаллизации может привести к утончению зерен материала. Например, после экструзии или применения другого процесса холодной обработки к металлическому ядерному топливному изделию, металлическое ядерное топливо 125 может быть отожжено при более низкой температуры ниже температуры рекристаллизации в целях дальнейшего утончения зерна 106 ядерного топливного материала. Для того чтобы облегчить производство мелкозернистых структур в ядерном топливе 100, температура, при которой происходит последующий процесс отжига, должен быть выше температуры, при которой начинается фаза восстановления холоднообработанного металлического ядерного топливного материала. Кроме того, следует также отметить, что температура рекристаллизации является функцией количества холодной обработки, примененной к ядерному топливу 100.

[0057] В другом варианте выполнения процесс отжига может быть использован для того, чтобы увеличить размер 106 зерна ядерного топлива 100. Так, например, процесс экструзии при комнатной температуре может привести к среднему размеру зерна в материал, который меньше, чем средний размер зерна мишени. Процесс отжига может быть затем применен для того, чтобы увеличить средний размер зерна до уровня мишени. Следует отметить, что размер зерна мишени, описанный в настоящем документе, ниже критического размера, необходимого для достижения надлежащей диффузии внутри металлического ядерного топлива 100, но меньше, чем требуемый размер для других целей (например, достижения плотности материала мишени, пористости мишени и тому подобное). Вообще говоря, процесс отжига при температурах выше температуры рекристаллизации ядерного топливного материала, может быть использован для того, чтобы достичь требуемого размера зерна после применения любого способа холодной обработки, известной в данной области техники или описанного в настоящем документе. Температура отжига, скорость отжига и время выдержки могут быть выбраны на основе требований конкретных ранее примененных используемого материала и количества холодной обработки. В другом варианте выполнения процесс отжига может быть использован для того, чтобы достичь требуемого размера 106 зерна внутри керамического ядерного топливного материала. Например, при холодной обработке керамического ядерного топливного материала отжиг может быть использован для того, чтобы достичь требуемого среднего размера 106 зерна в керамическом ядерном топливном материале 128. Так, например, процесс холодной обработки может привести к среднему размеру зерна в материале, который меньше, чем средний размер зерна мишени. Процесс отжига может быть использован, чтобы увеличить средний размер зерна до уровня мишени. Вообще говоря, процесс отжига может быть использован для того, чтобы достичь требуемого размера зерна после реализации любого процесса холодной обработки, подходящего для обработки керамических материалов, известного в данной области техники или описанного в настоящем документе.

[0058] Принципы отжига, восстановления и перекристаллизации в целом описаны в книге F.J. Humphreys и М. Hatherly, «Прекристаллизация и связанные с ней явления отжига», 2-е изд, Elsevier, 2004, которая включена в настоящий документ посредством ссылки.

[0059] Следует понимать, что в контексте металлического ядерного топливного материала, температура отжига должна быть выбрана значительно ниже температуры плавления металлического ядерного топлива. Например, в ядерных топливных материалах на основе металлического сплава, таких как U-Pu-Zr и U-Pu, при отжиге может происходить пространственное перераспределение материалов. Реализация температуры отжига, которая слишком близко от температуры плавления металлического топлива, может усиливать этот перераспределение материалов. Например, при нагревании выше температуры плавления существующей тепловой градиент внутри материала может привести к перераспределению Ри либо в U-Pu-Zr, либо в U-Pu сплавах. Перераспределение Pu может привести к измененным температурным профилям в топливе во время реализации в ядерном реакторе с более высокими показаниями температуры на перераспределенных центрах Pu. Таким образом, металлические ядерные топлива должны пройти термическую обработку (например, отжиг, нормализацию, отпуск и т.п.) при достаточно низкой температуре, чтобы минимизировать перераспределение материала в ядерном топливном материале.

[0060] В другом варианте выполнения процесс нормализации может быть использован для создания зерен 104 внутри ядерного топлива 100, которые имеют характеристическую длину 106, меньшую или равную выбранной длине вдоль одного или нескольких измерений. Например, после того, как холоднообработанный ядерный топливный материал прошел процесс термической обработки (например, отжиг), материал может затем быть охлажден на воздухе. Этот процесс может снять напряжение в материале и может привести к снижению размеров 106 зерен в ядерном топливе 100. Например, изделие из ядерного топливного материала на основе металла 125 или металлического сплава 126 может быть образовано с помощью процесса отливки. После процесса отливки изделие из металлического ядерного топливного материала может быть нагрето до температуры, выше его верхней критической точки. Изделие из металлического ядерного топливного материала может быть затем выдержано при повышенной температуре в течение времени, достаточного для создания более мелких зерен в материале. Затем материал может быть охлажден на воздухе до температуры, значительно ниже критической точки. Процесс нормализации может привести к снижению среднего размера зерна в ядерном топливе 100 до уровня или ниже среднего размера зерна, необходимого для поддержания надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления внутри материала.

[0061] В другом варианте выполнения отпуск может быть использован для создания зерна 104 внутри ядерного топлива 100 с характеристической длиной 106, меньшей или равной выбранной длине вдоль одного или нескольких измерений. Следует понимать, что любой известный процесс отпуска является подходящим для применения в контексте настоящего изобретения.

[0062] В другом варианте выполнения указанный один или несколько процессов, использованных для достижения размера 106 зерна, требуемого для надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления и соответствующей пограничной сети 114 ядерного топлива 100, может включать один или несколько процессов химической обработки. В одном варианте выполнения химический процесс, используемый для уменьшения размера 106 зерна и создания пограничной сети 114 в ядерном топливном 100 материале может включать, но не ограничиваясь этим, процесс восстановления кислородом. Например, в случае ядерного топливного материала на основе оксида, такого как UO2 или PO2, процесс восстановления кислородом может быть применен к топливу на основе оксида металла с использованием восстановительного газа. Путем химического восстанавления данного ядерного топлива на основе оксида металла в суб-стехиометрическое состояние, средний размер 106 зерна ядерного топлива на основе оксида металла может быть уменьшен в размере по отношению к стехиометрической фазе. Например, подвергая ядерное топливо 100 на основе UO2 воздействию восстановительного газа, состоящего из смеси аргона / водорода, можно восстановить оксида урана до суб-стехиометрической фазы, такой как, но не ограничиваясь этим, UO1.8. Специалистам в данной области техники следует понимать, что восстановление кислородом в субстехиометрическое состояние может «сжимать» подверженные воздействию зерна. Следует понимать, что процесс восстановления кислородом может быть использован в целях дальнейшего развития пограничной сети 114 в результате увеличенной площади поверхности границ зерен, что происходит, когда соседние зерна 104 сжимаются. Предполагается, что от 8 до 16% смесь аргона / водорода должна быть пригодна для сжатия. Кроме того, восстановительный газ, состоящий из азота и водорода, также может быть подходящим для применения в настоящем изобретении.

[0063] Специалистам в данной области техники следует также понимать, что неагломерированный UO2 часто может затвердевать в сверхстехиометрическом состоянии. Таким образом, последующее восстановление кислородом, как описано выше, может быть использовано для восстановления сверхстехиометрического UO2 в стехиометрическое или в суб-стехиометрическое состояния.

[0064] В другом варианте выполнения пористостью ядерного топлива 100 можно управлять посредством процесса управления пористостью. Например, процесс управления пористостью может быть использован для создания или дальнейшего развития пограничной сети ядерного топлива 100. Например, пористостью ядерного топлива 100 можно управлять во время процесса прессования и спекания, в котором пористостью можно управлять посредством параметров прессования (например, давления, концентрации связующего агента, температуры и т.п.).

[0065] В другом варианте выполнения текстурой двух или большего количества зерен 104 в ядерном топливе 100 можно управлять посредством процесса управления зернистой текстурой. Любой процесс управления зернистой текстурой в данной области техники подходит для применения в контексте настоящего изобретения. Например, процесс отжига может быть использован, чтобы, по меньшей мере частично, внедрить зернистую текстуру в структуру зерен 104 ядерного топлива 100. В другом примере процесс деформации сдвига (например, сдвиг прокаткой) может быть использован для внедрения зернистой текстуры в структуру зерен 104 ядерного топлива 100.

[0066] Кроме того, предполагается, что размеры 106 зерен 104 и пограничная сеть 114 ядерного топлива 100 не обязательно должны быть достигнуты при изготовлении в условиях производства. Скорее, в настоящем документе предполагается, что требуемая структура зерна и пограничная сеть ядерного топлива 100, в соответствии с настоящим изобретением, могут быть получены после инициирования процесса ядерного деления при использовании в ядерном реакторе. Например, высокая температура в среде ядерного реактора может привести к эффекту отжига в ядерном топливе 100. В другом примере, когда размеры 106 зерен в зернистой структуре правильно получены, что является предметом настоящего изобретения, облучение, приводящее к производству продукта 108 ядерного деления в ядерном топливе 100, может привести к дальнейшему развитию пограничной сети 114.

[0067] Несмотря на то, что приведенное выше описание относится к обработке материала макроскопического изделия ядерного топливного материала, также предполагается, что размером зерен микрочастиц и соответствующей пограничной сетью можно управлять с использованием различных способов обработки материалов.

[0068] Следует понимать, что создание пограничной сети 114 в ядерном топливе 100, в соответствии с настоящим изобретением, тесно связано с управлением средним размером 106 зерна ядерного топлива 100. Например, когда средний размер 106 зерен в данном ядерном топливном материале уменьшается, пространственная плотность межзеренных границ 112 увеличивается, что увеличивает относительную долю площади поверхности пограничной сети 114 к объему 102 ядерного топлива 100. В результате, когда средний размер зерен ядерного топлива 100 уменьшается, количество путей 116 пограничной сети, пересекающих геометрическую поверхность 101 ядерного топлива, увеличивается.

[0069] Таким образом, любой из материальный процессов, описанных в настоящем описании для управления размером 106 зерна ядерного топлива 100, может, в соответствии с настоящим изобретением, также быть использован для управления протяженностью пограничной сети 114 ядерного топлива 100. Например, также как процесс холодной обработки может быть использован для управления средним размером 106 зерна внутри металлического ядерного топлива 125 или ядерного топлива 126 на основе металлического сплава, процесс холодной обработки может быть использован для управления ростом пограничной сети 114. Следует понимать, однако, что в некоторых случаях в данном ядерном топливе 100 пользователь может достичь адекватного среднего размера 106 зерна (т.е. размер, необходимый для обеспечения надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутреннего объема 110 зерна 104 к его границе 112) без обязательного достижения надлежащей пограничной сети 114, созданной в ядерном топливе 100 (т.е., плотность сети и взаимосвязанность, необходимые для использования переноса продукта 108 ядерного деления к геометрической поверхности 101 топлива). В этом случае средний размер 106 зерен ядерного топлива 100 может быть дополнительно уменьшен, чтобы достичь надлежащей плотности межзеренной границы и вероятности взаимосвязанности в топливе для достижения адекватного переноса продукта 108 ядерного деления от межзеренных границ 112 к геометрической поверхности 101 ядерного топлива.

[0070] В другом случае средний размер 106 зерна в данном ядерном топливе 100, необходимый для надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутреннего объема 110 зерна 104 может быть достигнут с использованием первого процесса, такой как холодной обработки. Затем пограничная сеть 114 может быть дополнительно создана с использованием второго процесса, такого как этап восстановления кислорода, с использованием формирующего окружающего газа, такого смесь водорода и аргона. В общем смысле, первый этап материального процесса может быть использован для достижения первого уровня снижения размера 106 зерен ядерного топлива 100, а второй этап материального процесса может быть использован для дальнейшего уменьшения размеров 106 зерен для того, чтобы еще больше развить пограничную сеть 114 ядерного топлива 100.

[0071] Кроме того, в настоящем документе предполагается, что ядерное топливо, в соответствии с настоящим изобретением, может быть выполнено с возможностью работы в различных контекстах ядерного реактора. Например, ядерное топливо 100, 200, 300 и 400, в соответствии с настоящим изобретением, может быть использовано в ядерном реакторе со спектром тепловых нейтронов, в ядерном реакторе со спектром быстрых нейтронов, в многоспектральном ядерном реакторе, в ядерном реакторе - размножителе, или в ядерном реакторе на бегущей волне.

[0072] В настоящем документе предполагается, что приведенное выше раскрытие ядерного топлива 100, а также различные способы и процессы, используемые для производства ядерного топлива 100, следует считать распространяющимися на оставшуюся часть описания.

[0073] Со ссылкой теперь на Фиг.2А и 2В проиллюстрированы альтернативные варианты выполнения настоящего изобретения. Ядерное топливо 200 и способы получения ядерного топлива описаны в соответствии с настоящим изобретением. Заданный объем 202 ядерного топлива 200 может содержать несколько ядерных топливных элементов 204, выполненных из одного или нескольких ядерных топливных материалов. В одном варианте выполнения ядерные топливные элементы 204 могут быть изготовлены с использованием одного или нескольких металлических ядерных топливных материалов 124. В другом варианте выполнения ядерные топливные элементы 204 могут быть изготовлены с использованием одного или нескольких керамических ядерных топливных материалов 128. Ядерные топливные элементы 204 могут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения, которая меньше или равна выбранной длине. Длина может быть выбрано на основе критической длины, необходимой для поддержания надлежащего уровня диффузии продукта 108 ядерного деления (например, газообразного продукта 118 ядерного деления, жидкого продукта 119 ядерного деления или твердого продукта 120 ядерного деления) из внутреннего объема 210 ядерных топливных элементов 204 к одной или нескольким свободным поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204. Как и в случае контекста зернистой структуры, показанной на Фиг.1А-1Х, следует понимать, что путем увеличения соотношения между свободной поверхностью ядерного топливного элемента и внутренним объемом ядерного топливного элемента количество пузырьков газообразного продукта 118 ядерного деления, образующихся на свободной поверхности 212 ядерного топливного элемента 204 в результате диффузии газообразного продукта ядерного деления из внутреннего объема 210 ядерного топливного элемента, может увеличиваться. Таким образом, за счет уменьшения размера ядерных топливных элементов 204 ядерного топливного материала, повышая тем самым, соотношение между площадью свободной поверхности и внутренним объемом элементов, можно усилить диффузию газообразного продукта 118 ядерного деления или других продуктов 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 топливного элемента 204 к свободной поверхности 212 топливных элементов 204. Как и в случае с зарождением продукта 108 ядерного деления на границах зерен, уменьшение размеров 206 ядерных топливных элементов увеличивает вероятность зарождения газообразного продукта 118 ядерного деления на свободной поверхности 212 ядерного топливного элемента 204, одновременно уменьшая вероятность зарождения газообразного продукта 118 ядерного деления во внутреннем объеме 210 топливного элемента. Ядерные топливные элементы 204 могут быть дополнительно консолидированы при выбранной плотности. Выбранная плотность может быть выбрана, чтобы сбалансировать требования к плотности мощности ядерного топлива 200 и требования к пограничной сети, необходимые для миграции продукта 108 ядерного деления к геометрической поверхности 201 ядерного топлива 200.

[0074] Кроме того, ядерное топливо 200 может содержать пограничную сеть 214, выполненную с возможностью переноса продукта 108 ядерного деления, например, газообразного продукта 118 ядерного деления, от свободных поверхностей 212 ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200 к наружной геометрической поверхности 201 заданного объема 202 ядерного топлива 200. Если заданный пузырек газообразного продукта 118 ядерного деления или другого продукта 108 ядерного деления имеет открытый путь 216 переноса к геометрической поверхности 201 ядерного топлива 200, то пузырек газообразного продукта 118 ядерного деления может быть высвобожден из объема 202 ядерного топливного материала. Как было описано выше, суммарные эффекты высвобождения газообразного продукта 118 ядерного деления по всему объему 202 ядерного топлива 200 могут привести к уменьшению или устранению распухания в ядерном топливе 200 при использовании ядерного топлива 200 в рабочем ядерном реакторе, В дополнение к улучшению диффузии продукта 108 ядерного деления к свободным поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204, создание ядерных топливных элементов 204 уменьшенных размеров может также увеличить пространственную плотность путей 216 переноса пограничной сети 214 ядерного топлива 200, увеличивая, тем самым, вероятность переноса продукта 108 ядерного деления от свободной поверхности 212 к геометрической поверхности 201 ядерного топлива 200.

[0075] В одном варианте выполнения ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 могут содержать один или несколько металлических ядерных топливных материалов 124, таких как, но не ограничиваясь этим, металлический ядерный топливный материал 125, ядерный топливный материал 126 на основе металлического сплава или интерметаллический ядерный топливный материал 127. Например, металлический ядерный топливный материал может содержать, но не ограничивается этим, металлический уран-235, металлический плутоний-239 или металлический торий-233. В другом примере ядерный топливный материал 126 на основе металлического сплава может содержать, но не ограничивается этим, уран-цирконий, уран-плутоний-цирконий, уран-цирконий-гидрид или уран-алюминий. В качестве еще одного примера, интерметаллический ядерный топливный материал 127 может содержать, но не ограничивается этим, UFe2 или UNi2. Следует понимать, что приведенный выше перечень подходящих металлических ядерных топливных материалов для включения в ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200, в соответствии с настоящим изобретением, не следует интерпретировать как ограничение, а только как иллюстрацию.

[0076] В другом варианте выполнения указанные ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 могут содержать один или несколько керамических ядерных топливных материалов 128, таких как, но не ограничиваясь этим, оксидный ядерный топливный материал 129, нитридный ядерный топливный материал 131 или карбидный ядерный топливный материал 132. Например, ядерный материал 129 на основе оксида может включать, но не ограничивается этим, диоксид урана (UO2), диоксид плутония (PuO2) или диоксид тория (ThO2). Кроме того, ядерный топливный материал 129 на основе оксида может содержать ядерный топливный материал на основе смешанных оксидов, таких как, но не ограничиваясь этим, смесь PuO2 и обедненного или природного UO2. В качестве другого примера, ядерный топливный материал 131 на основе нитрида может содержать, но не ограничивается этим, нитрид урана или нитрид плутония. В качестве еще одного примера, ядерный топливный материал на основе карбида может содержать, но не ограничиваясь этим, карбида 132 урана. Следует понимать, что приведенный выше перечень подходящих керамических ядерных топливных материалов для включения в ядерные топливные элементы 204, в соответствии с настоящим изобретением, не следует интерпретировать как ограничение, а только как иллюстрацию.

[0077] Изготовление ядерных топливных элементов 204 для реализации в ядерном топливе 200, в соответствии с настоящим изобретением, может включать различные способы обработки материалов. В одном варианте выполнения ядерные топливные элементы могут быть изготовлены с использованием процесса размола в шаровой мельнице. Например, керамический материал 128 или металлический материал 124 или их исходный продукт может быть подвергнут процессу размола в шаровой мельнице для того, чтобы изготовить несколько ядерных топливных элементов 204 с характеристической длиной 206 вдоль выбранного измерения. Например, порошок диоксида урана может быть подвергнут дополнительному измельчению в шаровой мельнице (например, мокрому помолу, сухому помолу, измельчению в шаровой мельнице с высокой энергией или реактивному измельчению в шаровой мельнице), чтобы добиться среднего размера частиц в диоксиде урана на уровне или ниже критического размера, необходимого для обеспечения надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления в консолидированной форме ядерного топлива. Обработка в шаровой мельнице хорошо известна в данной области техники и способна создать частицы в широком диапазоне размеров. Было показано, что в некоторых случаях обработка в шаровой мельнице способна производить частицы размером до 1-5 нм. Например, процесс измельчения может быть применен к объему порошка диоксида урана в течение надлежащего времени для получения частиц с размером в диапазоне от 0,001 до 100 мкм. Следует понимать, что приведенные выше примеры не являются ограничениями, а их следует интерпретировать только в качестве иллюстраций. Специалистам в данной области техники будет понятно, что существует разнообразие обработок в шаровой мельнице, применимых к различным материалам и материальным условиям, подходящим для получения ядерных топливных элементов 204 с частицами такой формы, которая подходит для применения в настоящем изобретении. Принципы обработки в шаровой мельнице металлов и керамических порошков до суб-10 нм размеров в целом описаны в книге A.S. Edelstein и R.C. Cammarata, «Наноматериалы: синтез, свойства и применение», 1-е изд, Taylor & Francis Group, 1996, которая включена в настоящий документ посредством ссылки. Принципы высокоэнергетической обработки в шаровой мельнице оксидной керамики в целом описаны в статье Indris С.и др. «Нанокристаллическая оксидная керамика, полученная в высокоэнергетической шаровой мельнице», Journal of Materials Synthesis and Processing, Vol.8, №3/4 (2000), которая включена в настоящее описание посредством ссылки.

[0078] В дополнение к обработке в шаровой мельнице, ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 могут быть изготовлены с использованием дополнительных механических способов обработки. Например, для изготовления ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200 может быть использован механический способ, пригодный для изготовления ядерных топливных элементов 204, имеющих уменьшенную толщину по меньшей мере в одном измерении. Например, процесс холодной прокатки может быть использован для изготовления плоских тонких листов металлических ядерных топливных материалов, таких как торий. Металлические листы ядерного топлива могут быть холоднокатаны до толщины меньше, чем критическая длина, необходимая для надлежащей диффузии продуктов 108 ядерного деления с внутренней стороны листов к поверхности листов. В качестве другого примера, процесс вытягивания может быть использован для изготовления тонкопроволочных структур металлического ядерного топливного материала. Проволоки металлического ядерного топлива могут быть вытянуты до радиуса поперечного сечения, меньшего, чем критическая длина, необходимая для надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутреннего объема проволок к поверхности проволоки. Специалистам в данной области техники будет понятно, что существуют различные механические способы обработки, пригодные для изготовления ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, в соответствии с настоящим изобретением. Кроме того, следует понимать, что проволоки и плоские листы, описанные выше, не представляют собой ограничений на форму механически обработанных ядерных топливных элементов 204, выполненных в соответствии с настоящим изобретением, и являются исключительно иллюстративными по своей природе.

[0079] В другом варианте выполнения ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 могут быть изготовлены с использованием способов наноструктурирования. Например, способы наноструктурирования могут быть использованы для формирования нанопроволок, нанотрубок, наностержней, нанолистов, наноколец или тому подобного. Например, ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 могут включать наностержни, сформированные посредством наноструктурирования ядерных топливных материалов на основе оксида металлов. Например, наностержни из материалов на основе оксида металлов были сформированы с такой малой толщиной, как 40 нм и с длиной 10 мкм. Принципы формирования наностержней на основе оксида металлов в целом описаны в патенте США №5897945, выданном 27 апреля 1999 года и включенном в настоящий документ посредством ссылки.

[0080] Следует понимать, что ядерные топливные элементы 204, выполненные в соответствии с настоящим изобретением, могут быть изготовлены различными способами. Кроме того, следует понимать, что, в зависимости от контекста применения ядерного топлива 200, один способ изготовления может быть предпочтительнее другого способа изготовления. Ключевой особенностью различных способов изготовления является то, что они могут обеспечивать средства для производства ядерных топливных элементов 204, имеющих размер, равный или меньший, чем критическая длина, необходимая для обеспечения надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления в конденсированном ядерном топливе 200.

[0081] В других вариантах выполнения один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы уменьшить размер, форму или другие характеристики изготовленных ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива. Например, один или несколько способов обработки материалов может быть использовано для уменьшения размера ядерных топливных элементов 204 вдоль одного или нескольких измерений. Кроме того, один или несколько способов обработки материалов может быть использовано для уменьшения размеров зерен в ядерных топливных элементах 204 вдоль одного или нескольких измерений. Способы обработки материалов могут включать, но не ограничиваются этим, холодную прокатку, отжиг, отпуск, нормализацию, химическую обработку, механическую обработку, облучение, воздействие окружающей среды высокой температуры, управление пористостью или управление текстурой. Различные применимые процессы были описаны ранее в данном документе. Следует понимать, что предыдущее описание этих способов обработки материалов может быть расширено на обработку здесь представленных неконсолидированные ядерных топливных элементов 204.

[0082] В одном варианте выполнения часть ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200 может содержать ядерные топливные элементы 204, имеющие трехмерную геометрическую форму. Например, ядерных топливных элементов 204 может содержать в регулярной или нерегулярной формы ядерных топливных элементов. Например, ядерные топливные элементы 204 могут содержать, но не ограничиваются ими, сферический элемент, цилиндрический элемент, эллипсоидальный элемент, тороидальный элемент или ромбовидный элемент.

[0083] В другом варианте выполнения некоторые из ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200 могут содержать, но не ограничиваются этим, точечный ядерный топливный элемент, линейный ядерный топливный элемент или плоский ядерный топливный элемент. Например, точечный ядерный элемент может содержать, но не ограничивается этим, сферическую частицу, цилиндрическую частицу, эллипсоидальную частицу или частицу неправильной формы. В другом случае линейный ядерный топливный элемент может содержать, но не ограничивается этим, проволоку цилиндрической формы или стержень или родлет цилиндрической формы. В дополнительном случае плоский ядерный топливный элемент может содержать, но не ограничивается этим, ядерный топливный элемент прямоугольной «листовой» формы.

[0084] Со ссылкой теперь на Фиг.2С - 2Е, характеристическая длина 206 вдоль по меньшей мере одного измерения одного или нескольких ядерных топливных элементов 204 может включать характеристическую длину 206 вдоль всех измерений одного или нескольких ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200. Например, ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 могут быть выполнены таким образом, что «высота», обозначенная как «а», и «ширина», обозначенная как «b», близки по размерам. Таким образом, продукт 108 ядерного деления может эффективно диффундировать из внутреннего объема 210 ядерного топливного элемента к поверхности 212 ядерного топливного элемента по всем направлениям внутри зерна. В этом контексте ядерный топливный элемент 204 может быть охарактеризован «размером» ядерного топливного элемента. Размер 206 ядерного топливного элемента может быть выбран таким образом, что ядерные топливные элементы 204 достаточно малы, чтобы обеспечить возможность надлежащей диффузии из внутренних объемов 210 указанного одного или нескольких ядерных топливных элементов 204 к границам 212 указанного одного или нескольких ядерных топливных элементов 204.

[0085] Как показано на Фиг.20, характеристическая длина 206 вдоль по меньшей мере одного измерения одного или нескольких ядерных топливных элементов 204 может включать характеристическую длину 206 вдоль выбранного измерения одного или нескольких ядерных топливных элементов 204. Например, как показано на Фиг.20, ядерные топливные элементы 204 в ядерном топливе 200 могут иметь выбранную характеристическую длину 206 вдоль заданного измерения ядерных топливных элементов 106. Например, в случае ядерного топливного элемента 204, имеющего удлиненную структуру, ядерный топливный элемент 204 может иметь выбранную характеристическую длину вдоль «тонкого» измерения, обозначенного на Фиг.20 как измерение «а» ядерного топливного элемента 204. В другом случае, в случае ядерного топливного элемента 204, имеющего удлиненную структуру, ядерный топливный элемент 204 может иметь выбранную характеристическую длину вдоль «толстого» измерения, обозначенного на Фиг.20 как измерение «b» ядерного топливного элемента 204. Следует понимать, что ядерный топливный элемент 104 должен только иметь по меньшей мере одну характеристическую длину 206, которая меньше, чем длина, необходимая для надлежащей диффузии из внутренних объемов 210 указанного одного или нескольких топливных элементов 204 к границам 212 указанного одного или нескольких ядерных топливных элементов 204. Кроме того, следует понимать, что все измерения ядерного топливного элемента 204 могут иметь характеристическую длину 206, которая меньше или равна длине, необходимой для надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 указанного одного или нескольких ядерных топливных элементов 204 к границам 212 указанного одного или нескольких ядерных топливных элементов 204.

[0086] Как показано на Фиг.2Е, характеристическая длина 206 вдоль по меньшей мере одного измерения одного или нескольких ядерных топливных элементов 204 может включать характеристическую длину 206 вдоль выбранного направления 234. Например, ядерные топливные элементы 204 в ядерном топливе 200 могут иметь выбранную характеристическую длину 206 вдоль заданного направления в ядерном топливе 200. Например, ядерный топливный элемент 204, имеющий удлиненную структуру, может иметь выбранную характеристическую длину 206 вдоль выбранного направления 234 в ядерном топливе 200.

[0087] В другом варианте выполнения изобретения один или несколько ядерных топливных элементов 204 могут иметь характеристическую длину 204 вдоль измерения одного или нескольких ядерных топливных элементов 204, выбранную для максимизации теплопередачи из внутреннего объема 210 ядерного топливного элемента к границе 212 ядерного топливного элемента. Например, указанный один или несколько ядерных топливных элементов 204 могут быть ориентированы так, что их узкие измерения, обозначенные на Фиг.2Е как «а», выстроены по существу перпендикулярно градиенту 236 температуры в ядерном топливе 200. Такое выстраивание способствует теплопередаче из внутреннего объема 210 ядерного топливного элемента к поверхности 212 ядерного топливного элемента, способствуя диффузии продукта 108 ядерного деления из внутреннего объема 210 ядерного топливного элемента к поверхности 212 ядерного топливного элемента. В качестве другого примера (не показан), в сферической топливной крошке, изготовленной с использованием ядерного топлива 200, в соответствии с настоящим изобретением, ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 могут иметь узкое измерение, по существу перпендикулярно радиальному температурному градиенту цилиндрической таблетки. Следует отметить, что иллюстрации на Фиг.2С, 2D и 2Е представляют собой упрощенные концептуальные иллюстрации нескольких ядерных топливных элементов 204, выполненных в соответствии с настоящим изобретением, и не должны быть истолкованы как имеющие схематичный характер. Кроме того, специалистам в этой области техники должно быть понятно, что различные способы обработки материалов (например, холодной прокатка и/или отжига, уплотнение или экструзия), которые описанные ранее и и которые будут описаны далее в настоящем документе, могут быть осуществлены с целью разработки симметричного ядерного топливного элемента со структурой, показанной на Фиг.2С, а также деформированного удлиненного ядерного топливного элемента со структурой, показанной на Фиг.20 и 2Е.

[0088] В других вариантах выполнения в настоящем документе предполагается, что несколько ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200 могут включать управляемые статистические атрибуты, такие как средние размеры и статистические распределения (например, статистика подсчета и статистика пространственного распределения), аналогичные для указанных нескольких зерен 104 ядерного топлива 100, описанных выше в настоящем документе, что распространяется на данный контекст.

[0089] В других вариантах выполнения предполагается, что критическая длина, необходимая для обеспечения надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутреннего объема ядерных топливных элементов 204 к поверхности ядерных топливных элементов может зависеть от различных условий. Эти условия включают, но не ограничиваются этим, рабочие условия ядерного топлива 200 (например, рабочую температуру или индуцированное температурой давление внутри ядерного топлива 200), химический состав ядерного топлива 200, скорость производства продукта ядерного деления, или размер, необходимый для предотвращения зарождения продукта ядерного деления в ядерном топливе 200. Описание этих условий в контексте ядерного топлива 100 следует интерпретировать как распространяющееся на данный контекст.

[0090] Со ссылкой снова на Фиг.2А и 2В, несколько путей 216 переноса могут образовывать систему взаимосвязанных путей 214. Например, как описано ранее, когда размер ядерного элемента 204 в ядерном топливе 200 уменьшается, пространственная плотность поверхностей 212 ядерного элемента и, следовательно, путей 216 переноса внутри ядерного топлива 200 увеличивается. Увеличение плотности путей переноса служит двум целям. Во-первых, количество путей переноса, которые пересекают геометрическую поверхность 201 объема 202 ядерного топлива 200, будет возрастать, когда количество путей 216 переноса в ядерном топливе 200 увеличивается. В результате увеличения количества путей 216 переноса, пересекающихся с геометрической поверхностью 201 ядерного топлива 200, количество газообразного продукта 118 ядерного деления, который может быть перенесен по пограничной сети 214 от поверхностей 212 ядерных топливных элементов 204, увеличивается. Во-вторых, вероятность того, что данный путь 216 переноса будет пересекаться с другим путем 216 переноса, будет увеличиваться по мере того, как плотность путей переноса в ядерном топливе 200 увеличивается. Таким образом, уменьшенный размер 206 ядерного топливного элемента ядерного топлива 100 может привести к увеличению числа путей 216 переноса, открытых для геометрической поверхности 201, и к увеличению частоты взаимосвязи между большим количеством путей 216 переноса, причем и то и другое облегчает эффективный перенос газообразного продукта ядерного деления от ядерных топливных элементов 212 к геометрической поверхности 201.

[0091] В одном варианте выполнения пограничной сетью 214 ядерного топлива 200 в целом можно управлять путем управления пористостью внутри ядерного топлива 200. В еще одном варианте выполнения пористостью ядерного топлива 200 можно управлять путем изменения параметров прессования и спекания при консолидации указанных нескольких ядерных топливных элементов 204 в твердый консолидированный объем 202 ядерного топлива 200. Например, устойчивостью пограничной сети 214 можно управлять путем изменения по меньшей мере одного из группы, включающей: давление прессования, температуру спекания, время спекания, наличие восстановительной атмосферы, параметры связывающего агента. Таким образом, при изготовлении ядерного топлива 200 качества пограничной сети 214 ядерного топлива 200 могут зависеть, среди прочего, от: размера 204 ядерного топливного элемента, концентрации смеси связующих агентов, типа связующего агента, давления прессования, температуры спекания, температуры отжига, времени отжига и химического состава ядерного топливного элемента. Следует отметить, что это просто представляет собой иллюстративный список параметров, которые могут диктовать формирование пограничной сети 214 ядерного топлива 200 в условиях спекания.

[0092] Кроме того, предполагается, что процесс спекания и/или прессования может быть применен к консолидации либо металлических ядерных топливных элементов, либо керамических ядерных топливных элементов. Принципы спекания металлов в целом описаны в патенте США №4992232, выданном 12 февраля 1991 года, и в патенте США №2227177, выданном 31 декабря 1940 года, которые включены в настоящий документ посредством ссылки. Принципы спекания керамики в целом описаны в патенте США №6808656, выданном 26 октября 2004 года, и в патенте США №3995000, выданном 30 ноября 1976 года, которые включены в настоящий документ посредством ссылки. Принципы спекания диоксида урана и их исходных материалов в присутствии различных атмосфер описаны в статье J. Williams и др., «Спекание оксидов урана состава от UO2 до U3O8 в различных атмосферах», Journal of Nuclear Materials, Том 1, выпуск 1, Апрель, стр.28-38 (1959), которая включена в настоящий документ посредством ссылки.

[0093] В настоящем документе предполагается, что ранее описанные аспекты формирования пограничной сети 114, такие как облегчение роста пограничной сети путем диффузии газообразных продуктов 118 ядерного деления, формирование пограничной сети путем управления ростом пустых областей, или развитие пограничной сети через осаждение, в ядерном топливе 100 следует интерпретировать как распространяющиеся на настоящий контекст.

[0094] В одном варианте выполнения выбранная плотность ядерного топлива 200 может включать плотность, меньшую, чем теоретическая плотность ядерного топливного материала. Например, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы в твердый консолидированный объем, имеющий плотность, равную 70% от теоретической плотности материала. В другом случае плотность может быть равна 98% от теоретической плотности материала. В общем смысле, не существует никаких конкретных требований для плотности ядерного топлива 200. Скорее, плотность в каждом конкретном случае должна быть выбрана в зависимости от специфики реализации. Минимальная требуемая плотность является функцией требуемой плотности мощности ядерного топлива 200. На основе использования в настоящее время топлив, большинству современных ядерных реакторов необходима плотность топлива, приблизительно равная 68% или больше;

однако, это не должно быть истолковано как ограничение. В настоящем документе предполагается, что плотность ядерного топлива 100, может быть значительно ниже 68% от теоретической плотности материала. Например, плотность ядерного топлива 100 может быть ниже 50% от теоретической плотности материала. Выбранная плотность может сбалансировать требования к плотности мощности ядерного топлива 200 и требования к переносу продукта ядерного деления, предусмотренные открытой пограничной сетью 114. В настоящем документе предполагается, что точная плотность, используемая в заданном приложении, может быть определена с помощью метода проб и ошибок в условиях данной конкретной реализации, или с помощью техники компьютерного моделирования.

[0095] В одном варианте выполнения консолидированный объем 202 ядерного топлива 200 может принимать различные формы. Например, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы и спрессованы и спечены с использованием пресс-формы. Этот процесс может привести к устойчивому топливному сегменту. Форма топливного сегмента может включать, но не ограничиваясь этим, стержень, родлет, пластину, лист, кольцо, сферу, или любую другую трехмерную форму. В другом варианте выполнения консолидированный объем 202 ядерного топлива 200 может быть сформирован путем консолидирования ядерных топливных элементов 204 в контейнер, такой как трубка. Например, порошок из частиц сферической формы ядерных топливных элементов 204 может быть консолидирован в трубчатом контейнере.

[0096] Со ссылкой теперь на Фиг.2F, ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 могут содержать два или большее количество зерен.

Например, отдельные ядерные топливные элементы 204 (например, частицы) настоящего изобретения могут содержать несколько зерен. Ядерные топливные элементы 204 могут быть изготовлены таким образом, чтобы составляющие их зерна имели размер, до достаточно малый, чтобы обеспечить возможность диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов зерен к границам ядерных топливных элементов 204. В другом варианте выполнения ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 могут содержать один или несколько путей переноса, выполненных с возможностью переноса одного или нескольких продуктов 108 ядерного деления от границ зерен внутреннего объема 210 ядерного топливного элемента к поверхности 212 ядерного топливного элемента 204. Требования к зернистой структуре и пути переноса ядерных топливных элементов 204 согласуются с описанием, приведенным выше в данном документе.

[0097] Со ссылкой теперь на Фиг. 2G, один или несколько ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200 могут содержать пограничный слой 218. В настоящем документе предполагается, что ранее описанные аспекты формирования пограничного слоя внутри ядерного топлива 100 следует интерпретировать распространяющимися на данный контекст.

[0098] Со ссылкой теперь на Фиг. 2Н - 2J, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы в твердый объем 202 с использованием способа механической консолидации. Например, как показано на Фиг. 2Н, несколько плоских ядерных топливных элементов 204 могут быть сложены, чтобы сформировать консолидированный стек ядерного топлива 200. В данном примере также предполагается, что пограничный слой 218 может быть факультативно выращен или нанесен на поверхность плоских ядерных топливных элементов 204 для того, чтобы обеспечить разделительный слой между последующими ядерными топливными элементами 204. Кроме того, разделительный слой может ограничивать пограничную сеть 114, поскольку пористостью промежуточного слоя можно управлять, что обеспечивает возможность надлежащего переноса газообразных продуктов 118 ядерного деления от поверхностей 212 ядерных топливных элементов 204 к геометрической поверхности 201 ядерного топлива 200. Кроме того, следует отметить, что в данном контексте пути пограничной сети 214 не обязательно должны соединяться между собой, поскольку любой отдельный путь имеет открытый путь к геометрической поверхности 201 ядерного топлива 200.

[0099] В другом примере, показанном на Фиг. 21, плоский ядерный топливный элемент 204 может быть «свернут» в консолидированное ядерное топливо 200 цилиндрической формы. Например, достаточно ковкий металлический ядерный топливный элемент 204, например, торий, может быть использован для формирования свернутого топлива, как показано на Фиг. 21. Кроме того, разделительный слой, как описано выше, также может быть дополнительно использован для ограничения открытого пути к поверхности ядерного топлива 200.

[00100] В качестве другого примера, показанного на Фиг. 2J, несколько ядерных топливных элементов 204 проволочной формы может быть вплетены в консолидированное ядерное топливо 200. Например, конструкция из проводов, образованная в результате обработки металлического ядерного топливного материала, может быть вплетена в консолидированное ядерное топливо 200, показанное на Фиг.2J. В настоящем документе предполагается, что диаметр проволок 210 ядерного топлива может иметь значение приблизительно от 5 до 100 мкм. Эту толщину, однако, не следует рассматривать как ограничение, а только лишь как иллюстрацию.

[00101] В других вариантах выполнения консолидированный объем ядерного топлива 200 может быть обработан с использованием различных процессов (например, способов обработки материалов), описанных выше. Например, ядерное топливо 200 может быть подвержено одному или нескольким способам обработки, таким как, но не ограничиваясь этим, холодной прокатке, отжигу, отпуску, нормализации, химической обработке или облучению. Приведенное ранее в настоящем документе описание обработки изделия топлива должно быть также применимо к данному контексту.

[00102] Со ссылкой теперь на Фиг.3 и 4, проиллюстрированы альтернативные варианты выполнения настоящего изобретения. В одном аспекте ядерное топливо 100 и 200, выполненное в соответствии с настоящим изобретению, может дополнительно содержать несколько диспергирующих частиц 318, диспергированных в объеме ядерного топлива 100 и 200. Диспергирующие частицы могут служить в качестве предпочтительных центров заполнения продуктом 108 ядерного деления (например, газообразным продуктом 108 ядерного деления) в ядерном топливе 100.

[00103] В одном варианте выполнения диспергирующие частицы 318 могут включать одну или несколько керамических частиц. Например, диспергирующие частицы могут включать одну или несколько оксидных частиц, нитридных частиц или карбидных частиц. Например, некоторые диспергирующие частицы могут включать, но не ограничиваясь этим, стабильные оксиды. Один тип стабильного оксида, пригодного для внедрения в ядерную топливную установку, представляет собой диоксид циркония. Признается, однако, что, что цирконий является проблематичным в ядерной топливной установке с нейтронной точки зрения, така как он поглощает нейтроны. Таким образом, весовая доля циркония в ядерном топливе на основе металлического сплава или керамического материала, должна быть приблизительно от 0 до 10%. Это, однако, не следует рассматривать как ограничение, поскольку предполагается, что в некоторых контекстах концентрация циркония может превышать 10%. В дополнение к материалам на основе оксида циркония, также предполагается, что некоторые другие материалы на основе оксида могут быть подходящими для применения в настоящем изобретении, такие как, но не ограничиваясь ими, оксид иттрия, оксид скандия, оксид хрома и оксид титана. В другом варианте выполнения диспергирующие частицы 318 могут включать одну или несколько металлических частиц. Например, диспергирующие частицы могут включать одну или несколько металлических частиц, частиц металлического сплава или интерметаллических частиц.

[00104] В другом варианте выполнения диспергирующие частицы 318 могут включать оболочки частиц. Например, диспергирующие частицы могут состоять, по существу, из полых оболочек из оксидного материала. Например, одна или несколько металлических частиц могут быть подвергнуты процессу окисления. Этот процесс окисления может привести к появлению оксидного слоя на поверхности одной или нескольких частиц. Затем металлические внутренние объемы одной или нескольких частиц могут быть подвергнуты дополнительному процессу обработки, который предназначен растворять металлический центр частицы, оставляя указанную одну или диспергирующие частицы, состоящую из полой азотной оболочки. Например, металл на основе урана может быть использован для того, чтобы изготовить диспергирующие частицы с полой оболочкой на основе оксида урана. Кроме того, предполагается, что диспергирующие частицы с полой оболочкой на основе оксида урана могут быть изготовлены с размером приблизительно 1 мкм. Следует понимать, что приведенное выше описание не является ограничением, а его следует толковать исключительно в качестве иллюстрации. В настоящем документе предполагается, что описанные выше концепции могут быть распространены на другие металлы и сплавы (например, плутоний, уран-плутоний, уран-цирконий или торий) и другие материалы оболочки (например, нитриды или карбиды).

[00105] В другом варианте выполнения, как показано на Фиг.3, диспергирующие частицы 318 могут быть распределены вдоль межзеренных границ 112 ядерного топлива 100. Например, диспергирующие частицы 318 могут быть диспергированы в ядерном топливном материале (например, до консолидации ядерного топливного материала. Затем, после диспергирования диспергирующих частиц в ядерном топливном материале, ядерный топливный материал может затем быть консолидирован в твердый объем 102 ядерного топлива 100. Консолидированное ядерное топливо 100 может содержать несколько зерен, имеющих характеристическую длину 106 вдоль по меньшей мере одного измерения, которая меньше или равна критической длине, необходимой для обеспечения надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 110 зерна к межзеренным границам 112 ядерного топлива 100. Кроме того, консолидированное ядерное топливо может содержать пограничную сеть 114, выполненную с возможностью переноса продукта 108 ядерного деления от межзеренных границ 110 ядерного топлива 100 к геометрической поверхности ядерного топлива 100. В одном случае диспергирующие частицы 138 могут быть диспергированы в расплавленном металле или металлическом сплаве ядерного топлива перед отливкой. В другом случае диспергирующие частицы могут перемежаться с порошком ядерного топлива на основе оксида металла до прессования и спекания. В любом случае, диспергирующие частицы 138 могут локализоваться вдоль границ зерна затвердевшего и кристаллизованного ядерного топливного материала 100.

[00106] В другом варианте выполнения, как показано на Фиг. 4, диспергирующие частицы 318 могут быть распределены по поверхностям ядерных топливных элементов 204 в ядерном топливе 200. Например, диспергирующие частицы 318 могут быть распределены в объеме неконсолидированных ядерных топливных элементов 204 (например, порошок частиц диоксида урана сферической формы), имеющий характеристическую длину 206, подходящую для поддержания надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутреннего объема 210 ядерного топливного элемента к поверхности 212 ядерного топливного элемента. Затем, после диспергирования диспергирующих частиц 318 в ядерном топливном материале, ядерный топливный материал может затем быть консолидирован в твердый объем 102 ядерного топлива 100. Консолидированное ядерное топливо 200 может содержать пограничную сеть 114, выполненную с возможностью переноса продукта 108 ядерного деления от поверхностей 212 ядерного топливного элемента к геометрической поверхности ядерного топлива 200. Например, диспергирующие частицы 318 могут быть диспергированы в порошке ядерного топлива на основе оксида металла до прессования и спекания. Несколько ядерных топливных элементов 204 (вместе с диспергированными диспергирующими частицами 318) могут затем быть консолидированы с использованием процесса консолидации, такого как, но не ограничиваясь этим, прессования и спекания.

[00107] Следует понимать, что диспергирующие частицы, расположенные на межзеренных границах 112 ядерного топлива 100 и поверхностях 212 ядерного топливного элемента ядерного топлива 200, могут выступать в качестве предпочтительных центров заполнения для газообразного продукта 118 ядерного деления, который диффундирует из внутренних областей зерен 104 или ядерных топливных элементов 204. Таким образом, диспергирующие частицы 318 могут содействовать облегчению создания пограничной сети 114 или 214 в ядерном топливе, соответственно, 100 и 200. В случае ядерного топлива 100, предпочтительное зарождение газообразного продукта 118 ядерного деления в месте расположения диспергирующей частицы 318 может содействовать облегчению образования «открытых» пузырьков, описанных выше. В случае ядерного топлива 200, предпочтительное зарождение газообразного продукта 118 ядерного деления в месте расположения диспергирующей частицы 318 может содействовать созданию связных областей пустот в областях между ядерными топливными элементами 204 и может способствовать управлению пористостью.

[00108] В другом варианте выполнения диспергирующие частицы 318 могут быть распределены равномерно по всему объему ядерного топлива, 100 или 200, с целью получения геометрического расположения низкой плотности. Например, в случае цилиндрических топливных таблеток, диспергирующие частицы 318 могут быть распределены по всему ядерному топливу 100 или 200 способом, который создает концентрические цилиндрические оболочки низкой плотности. В другом примере, в контексте сферического топливного сегмента, диспергирующие частицы 318 могут быть распределены по всему ядерному топливу, 100 или 200, способом, который создает сферические концентрические оболочки низкой плотности. Кроме того, также предполагается, что плотность диспергирующих частиц в объеме данного сегмента топлива может в топливном сегменте изменяться пространственно. Например, в случае цилиндрических топливных таблеток, максимальная плотность может быть в центре топливной таблетки, при этом плотность диспергирующих частиц уменьшается в зависимости от расстояния от центра топливной таблетки [см. 4:00 из № 53]

[00109] В другом варианте выполнения далее предполагается, что диспергирующий агент может быть введен в ядерное топливо 100 для того, чтобы ингибировать рекристаллизацию зернистой структуры холоднообработанного ядерного топливного материала. В результате, дисперсия частиц в объеме ядерного топливного материала может содействовать достижению среднего размера 106 зерна в ядерном топливе 100 ниже критического размера, требуемого для надлежащей диффузии продукта ядерного деления. Например, частицы выбранного типа могут быть введены в ядерный материал до его консолидации в изделие твердого металлического ядерного топлива. Например, частицы могут быть введены в объемных долях в диапазоне от 0 до 40%. Было отмечено, что, в общем смысле, увеличение объемной доли частиц диспергирующего агента может привести к уменьшению размера зерен ядерного топлива 100 при рекристаллизации. Кроме того, размер 106 зерна после рекристаллизации также может быть функцией размера диспергирующих частиц, введенных в ядерный топливный материал. Размеры частиц, введенных в ядерный топливный материал, могут находиться в интервале от 0,005 до 50 мкм. В общем смысле, когда размер частиц уменьшается, размер зерна после рекристаллизации также уменьшаться. Эта концепция часто упоминается как «пиннинг Зенера».

[00110] Окончательный выбор диспергирующей частицы может зависеть, помимо прочего, от требуемого размера 106 зерна или размера 206 ядерного топливного элемента, химической совместимости диспергирующих частиц с первичными материалами ядерного топлива, потенциала для миграции в ядерном топливе под воздействием высокой температуры окружающей среды, и от нейтронного сечения захвата диспергирующих частиц.

[00111] Следует понимать, что точный размер зерен 104 ядерного топлива 100 или ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200 может быть определен в каждом конкретном случае. Необходимые размеры зерен 104 или ядерных топливных элементов 204 могут зависеть от различных факторов, включая, но не ограничиваясь этим, типа ядерного реактора, требований плотности (т.е. требования плотности мощности могут подразумевать минимальную плотность), химического состава ядерного топлива, температуры использования, необходимого срока эксплуатации ядерного топлива, и тому подобного. Таким образом, эти факторы следует учитывать при проектировании конкретного варианта выполнения ядерного топлива, в соответствии с настоящим изобретением.

[00112] Ниже приводится ряд схематических диаграмм, изображающих способы изготовления ядерного топлива. Для простоты понимания, схематические диаграммы организованы таким образом, что первоначальные схематические диаграммы представляют реализации с помощью иллюстративной реализации, а последующие схематические диаграммы представляют альтернативные реализации и/или расширение первоначальных схематических диаграмм, либо как подчиненные элементы операции, либо как дополнительные элементы операции, построенные на одной или нескольких ранее представленных схематических диаграмм. Специалистам в данной области техники будет понятно, что стиль изложения, использованный в настоящем документе (например, начиная с представления схематических диаграмм, представляющих иллюстративную реализацию, а затем предоставление дополнения и/или дополнительную информацию в последующих схематических диаграммах) в целом допускает быстрое и легкое понимание различных реализации процесса. Кроме того, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что стиль изложения, используемый в настоящем документе, также хорошо удовлетворяет парадигме модульного и/или объектно-ориентированного программирования.

[00113] На Фиг. 5 изображена последовательность 500 операций, представляющая собой иллюстративные операции, относящиеся к способу изготовления ядерного топлива. На Фиг. 5 и на последующих чертежах, которые включают в себя различные примеры последовательностей операций, обсуждение и объяснение может быть предусмотрено в отношении вышеописанных примеров, показанных на Фиг. 1А-4 и/или в отношении других примеров и контекстов. Тем не менее, следует понимать, что последовательности операций могут быть выполнены в ряде других сред и условий, и/или в модифицированных версиях Фиг. 1А-4. Кроме того, несмотря на то, что различные последовательности операций представлены на чертежах в изображенной последовательности, следует понимать, что различные операции могут быть выполнены в других последовательностях, чем те, которые проиллюстрированы, или же они могут выполняться одновременно.

[00114] После начала операции, последовательность 500 операций переходит к операции 510 использования. Операция 510 использования изображает использование ядерного топливного материала, причем ядерный топливный материал консолидирован в твердый объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность, причем консолидированный ядерный топливный материал содержит несколько зерен. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерный топливный материал может быть консолидирован в объеме 102 ядерного топливного материала, имеющего несколько зерен 104. Например, объем 102 металлического ядерного топливного материала 124 может быть отлит из расплавленной фазы в твердое изделие ядерного топлива. В другом случае керамический ядерный топливный материал 128 может быть сформирован во время процесса прессования и спекания. Консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может затем быть использован для дальнейшей обработки.

[00115] Далее, операция 520 обработки изображает выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом 102 ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины 106, по меньшей мере вдоль одного измерения некоторых из зерен 104, которая меньше или равна выбранной длине, а также пограничной сети 114, выполненной с возможностью переноса продукта 108 ядерного деления от по меньшей мере одной границы 112 некоторых из зерен 104 к поверхности 101 объема 102 ядерного топливного материала, причем выбранная длина подходит для поддержания надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутреннего объема 110 к по меньшей мере одной границе 112 некоторых из зерен. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, на первом этапе процесса, который может быть осуществлен над объемом 102 ядерного топливного материала (например, топливных стержней, топливных таблеток или топливной крошки) для того, чтобы уменьшить размер 106 зерен 104 в объеме 102 ядерного топливного материала до размера, ниже критического размера, требуемого для надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 110 зерен 104 к межзеренным границам 112. Кроме того, либо на первом этапе, либо на втором этапе процесса формируют пограничную сеть 114, подходящую для переноса продукта 108 ядерного деления от межзеренных границ 112 к геометрической поверхности 101 ядерного топлива 100.

[00116] На Фиг.6 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 500 операций, показанной на Фиг.5. Фиг.6 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, на которых операция 520 обработки может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 602, операцию 604 и/или операцию 606.

[00117] Операция 602 иллюстрирует выполнение одного или нескольких способов обработки материалов над консолидированным объемом ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько способов обработки материалов могут быть использованы для уменьшения размеров 106 зерен 104 внутри ядерного топлива 100 ниже требуемого размера для надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления. В другом примере один или несколько этапов обработки материалов могут быть использованы для формирования или содействия образованию пограничной сети 114 внутри ядерного топлива 100. Кроме того, поскольку внутрь ядерного топлива 100 размер 106 зерна уменьшается, количество потенциальных путей 116 переноса пограничной сети 114 увеличивается, что увеличивает частоту взаимосвязи в пределах пограничной сети 114 и увеличивает количество путей 116, которые пересекаются с геометрической поверхностью 101 ядерного топлива 100. Кроме того, снижение размера 106 зерен и формирование пограничной сети 114 может быть осуществлено с использованием одного этапа или нескольких этапов процесса.

[00118] Далее, операция 604 иллюстрирует холодную обработку консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть холоднообработан для того, чтобы уменьшить размер 106 одного или нескольких зерен 104 в консолидированном объеме 102 и/или сформировать пограничную сеть 114 ядерного топлива 100. Процесс холодной обработки может включать, но не ограничиваясь этим, холодную прокатку, экструзию отлитого ядерного топливного материала при низкой температуре, изгиб, уплотнение, или вытягивание.

[00119] Далее, операция 606 иллюстрирует отжиг консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть отожжен для того, чтобы уменьшить размер 106 одного или нескольких зерен 104 в консолидированном объеме 102 и/или сформировать пограничную сеть 114 ядерного топлива 100. Например, после того, как оно было подвергнуто холодной обработке, топливо 100 ядерного реактора может быть отожжено при температуре ниже температуры рекристаллизации, чтобы достичь требуемого размера 106 зерен внутри ядерного топлива 100. В другом случае, во время процесса отливки, топливо 100 ядерного реактора может быть отожжено в целях содействия миграции осаждающих агентов, таких как углерод или азот, из ядерного топливного материала на границы 112 зерен ядерного топлива 100.

[00120] На Фиг. 7 проиллюстрированы альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 500 операций, показанной на Фиг. 5. Фиг. 7 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, на которых операция 520 обработки может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 702 и/или операцию 704.

[00121] Далее, операция 702 иллюстрирует нормализацию консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть подвергнут процессу нормализации с целью уменьшения размера 106 одного или нескольких зерен 104 в консолидированном объеме 102 и/или сформировать пограничную сеть 114 ядерного топлива 100. Например, после проведения над ним процесса холодной обработки, топливо 100 ядерного реактора может быть отожжено при температуре выше его верхней критической температуры. Ядерное топливо 100 может поддерживаться при повышенной температуре в течение выбранного времени, а затем охлаждено до комнатной температуры на воздухе.

[00122] Далее, операция 704 иллюстрирует отпуск консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть подвергнут процессу отпуска для того, чтобы уменьшить размер 106 одного или нескольких зерен 104 в консолидированном объеме 102 и/или сформировать пограничную сеть 114 ядерного топлива 100. Например, состав ядерного топливного материала в консолидированном объеме 102 ядерного топлива 100 может быть пригоден для осаждения осаждающего агента (например, углерода) при отжиге. Например, процесс отпуска может быть использован для осаждения осаждающего агента, такого как, но не ограничиваясь этим, углерода. Осаждение этого агента в зернистую структуру ядерного топлива 100 может затем привести к уменьшению размеров 106 зерен 104 и/или формированию пограничной сети 114 ядерного топлива 100.

[00123] На Фиг. 8 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 500 операций, показанной на Фиг. 5. Фиг.8 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 520 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 802 и/или операцию 804.

[00124] Операция 802 иллюстрирует химическую обработку консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть подвергнут процессу химической обработки с целью уменьшения размеров 106 одного или нескольких зерен 104 в консолидированном объеме 102 и/или формирования пограничной сети 114 ядерного топлива 100. Например, объем 102 диоксида урана может быть подвергнут процессу отжига в присутствии восстанавливающего кислород газа (например, смеси водорода и аргона или водородно-азотной смеси) с целью превращения части стехиометрической фазы UO2 в нестехиометрическую фазу со сниженным содержанием кислорода, такую как UO1.8. Суб-стехиометрическая фаза имеет уменьшенный размер зерна по отношению к стехиометрической фазе.

[00125] Операция 804 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов управления пористостью над консолидированным объемом ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть подвергнут процессу управления пористостью. Например, пористость ядерного топлива 100 может управляться посредством процесса термической обработки (например, процесса отжига или плавления) или процесса химической обработки.

[00126] На Фиг. 9 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 500 операций, показанной на Фиг. 5. Фиг. 9 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, на которых операция 520 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 902 и/или операцию 904.

[00127] Операция 902 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов управления зернистой текстурой над консолидированным объемом ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть подвергнут процессу управления зернистой текстурой. Например, зернистой текстурой 104 ядерного топлива 100 можно управлять посредством процесса термической обработки (например, отжигом) или процесса химической обработки (например, легированием).

[00128] Операция 904 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов механической обработки над консолидированным объемом ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть подвергнут процессу механической обработки (например, уплотнению, вытягиванию и т.п.) с целью уменьшения размеров 106 одного или нескольких зерен 104 в консолидированном объеме 102 и/или формирования пограничной сети 114 ядерного топлива 100.

[00129] На Фиг. 10 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 500 операций, показанной на Фиг.5. Фиг.10 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 520 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию, 1002, 1004 и/или операцию 1006.

[00130] Операция 1002 иллюстрирует облучение консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть облучен для того, чтобы уменьшить размер 106 одного или нескольких зерен 104 в консолидированном объеме 102 и/или сформировать пограничную сеть 114 ядерного топлива 100. Например, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть использован в ядерном реакторе. Перед использованием в ядерном реакторе может быть предусмотрено, что размер 106 зерен ядерного топлива 100 имеет значение ниже критического размера, необходимого для надлежащей диффузии произведенного газообразного продукта ядерного деления (например, ксенона или криптона) из внутренних объемов 110 зерен к межзеренным границам 112 ядерного топлива 100. В результате, при использовании в ядерном реакторе, газообразный продукт ядерного деления, образующийся в процессах ядерного деления ядерного топлива 100, может эффективно зарождаться на межзеренных границах 112 ядерного топлива 100. Это может облегчить формирование пограничной сети 114, пригодной для переноса газообразных продуктов ядерного деления к геометрической поверхности 101 ядерного топлива 100.

[00131] Операция 1004 иллюстрирует выполнение процесса ядерного деления с использованием консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть использован в ядерном реакторе для того, чтобы уменьшить размер 106 одного или нескольких зерен 104 в консолидированном объеме 102 и/или сформировать пограничную сеть 114 ядерного топлива 100. Например, среда с повышенной радиацией и/или высокие температуры внутри ядерного топлива 100 могут привести к эффективному зарождению на межзеренных границах 112 ядерного топлива 100. Это может облегчить формирование пограничной сети 114, пригодной для переноса газообразных продуктов ядерного деления к геометрической поверхности 101 ядерного топлива 100.

[00132] Операция 1006 иллюстрирует введение консолидированного объема ядерного топливного материала в среду с повышенной температурой. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть подвергнут воздействию высокой температуры окружающей среды, с тем, чтобы уменьшить размер 106 одного или нескольких зерен 104 в консолидированном объеме 102 и/или сформировать пограничную сеть 114 ядерного топлива 100. Например, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть использован в ядерном реакторе. Зернистая структура ядерного топлива может быть выполнена (например, холоднообработана), чтобы воспользоваться высокой температурой окружающей среды, которая имеет место, когда топливо 100 ядерного реактора подвергается ядерному делению. Тепловая энергия, полученная при ядерном делении части ядерного топлива 100, может содействовать уменьшению или дополнительному уменьшению размера 106 одного или нескольких зерен 104 в консолидированном объеме 102 и/или формированию пограничной сети 114 ядерного топлива 100. Например, тепловая энергия, произведенная во время процесса ядерного деления ядерного топлива 100, может способствовать миграции осаждающих агентов, таких как углерод или азот, в ядерном топливном материале. При термической активации осаждающие агенты могут мигрировать к межзеренным границам 112 ядерного топлива 100, содействуя формированию пограничной сети 114.

[00133] На Фиг. 11 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 500 операций, показанной на Фиг. 5. Фиг. 11 иллюстрирует иллюстративный вариант выполнения, в котором операция 520 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 1102 и/или операцию 104.

[00134] Операция 1021 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль выбранного измерения некоторых зерен, которая меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 1G, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, чтобы зерна 104 ядерного топлива 100 имели характеристическую длину 106 вдоль выбранного измерения некоторых зерен 104. Например, в зернах, имеющих удлиненную структуру, зерна 104 могут иметь «тонкое» измерение, меньшее или равное выбранной длине.

[00135] Операция 1041 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль выбранного направления некоторых зерен, которое меньше или равно выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 1Н, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что зерна 104 ядерного топлива 100 будут иметь характеристическую длину 106 вдоль выбранного направления некоторых зерен, которая меньше или равна выбранной длине. Например, в зернах с удлиненной структурой зерна 104 могут иметь характеристическую длину 106 вдоль выбранного направления 134 в ядерном топливе 100. Например, зерна могут иметь выбранную характеристическую длину 106 вдоль радиального направления внутри изделия ядерного топлива цилиндрической формы (например, топливной таблетки).

[00136] На Фиг. 12 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 500 операций, показанной на Фиг. 5. Фиг. 12 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 520 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 1202 и/или операцию 1204.

[00137] Операция 1202 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала для получения средней характеристической длины вдоль выбранного измерения некоторых зерен, которая меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 1G, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что зерна 104 ядерного топлива 100 будут иметь среднюю характеристическую длину 106 вдоль выбранного измерения некоторых зерен 104.

[00138] Операция 1204 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала для получения средней характеристической длины вдоль выбранного направления некоторых зерен, которая меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 1H, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что зерна 104 ядерного топлива 100 будут иметь среднюю характеристическую длину 106 вдоль выбранного направления некоторых зерен, которая меньше или равна выбранной длине. Например, в зернах с удлиненной структурой зерна 104 могут иметь среднюю характеристическую длину 106 вдоль выбранного направления 134 в ядерном топливе 100. Например, зерна могут иметь среднюю выбранную характеристическую длину 106 в радиальном направлении внутри изделия ядерного топлива цилиндрической формы (например, топливной таблетки).

[00139] На Фиг.13 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 500 операций, показанной на Фиг.5. Фиг.13 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 520 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 1302 и/или операцию 1304.

[00140] Операция 1302 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения выбранного статистического распределения характеристических длин. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, зерна 104 ядерного топлива 100 могут иметь выбранное статистическое распределение характеристических длин. Например, зерна 104 ядерного топлива 100 могут иметь распределение размеров зерен, имеющее выбранный процент зерен 104 с размером 106 зерен ниже выбранной длины. Например, ядерное топливо 100, в соответствии с настоящим изобретением, может иметь такое распределение размеров 106 зерен, что 65% зерен имеют размер 106, равный или меньший чем 4 мкм, со средним размером зерна, равным 2,5 мкм. В другом примере зерна 104 ядерного топлива 100 могут иметь выбранное пространственное распределение характеристических длин.

[00141] Операция 1304 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения выбранного набора статистических распределений характеристических длин. В другом варианте выполнения зерна 104 ядерного топлива 100 могут иметь несколько статистических распределений характеристических длин. Например, ядерное топливо 100, в соответствии с настоящим изобретением, может иметь такое распределение размеров 106 зерен, в котором 25% зерен имеют размер 106, равный или меньше 10 мкм, 25% зерен имеют размер 106, равный или меньше 5 мкм, а 10% зерен имеют размер меньше 1 мкм.

[00142] На Фиг. 14 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 500 операций, показанной на Фиг. 5. Фиг. 14 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 520 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 1402 и/или операцию 1404.

[00143] операция 1402 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен, которая меньше или равна выбранной длине, при этом выбранная длина является функцией рабочего состояния ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что зерна 104 ядерного топлива 100 будут иметь характеристическую длину 106 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен 104 ядерного топлива, которая меньше, чем выбранная длина, которая является функцией рабочего состояния ядерного топлива 100. Например, критические размеры, необходимые для обеспечения надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 110 зерен к межзеренным границам 112 ядерного топлива могут зависеть от рабочих условий ядерного топлива 100.

[00144] Кроме того, операция 1404 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен, которая меньше или равна выбранной длине, при этом выбранная длина является функцией рабочей температуры ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что зерна 104 ядерного топлива 100 будут иметь характеристическую длину 106 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен 104 ядерного топлива, которая меньше, чем выбранная длина, которая является функцией рабочей температуры ядерного топлива 100. Например, критические размеры, необходимые для обеспечения надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 110 зерен к межзеренным границам 112 ядерного топлива могут зависеть от рабочей температуры ядерного топлива 100.

[00145] На Фиг. 15 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 500 операций, показанной на Фиг. 5. Фиг. 15 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 520 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 1502.

[00146] Кроме того, операция 1502 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен, которая меньше или равна выбранной длине, причем выбранная длина является функцией индуцированной давлением температуры ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что зерна 104 ядерного топлива 100 будут иметь характеристическую длину 106 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен 104 ядерного топлива, которая меньше, чем выбранная длина, которая является функцией индуцированной давлением температуры ядерного топлива 100. Например, критические размеры, необходимые для обеспечения надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 110 зерен к межзеренным границам 112 ядерного топлива могут зависеть от индуцированной давлением температуры внутри ядерного топлива 100.

[00147] На Фиг. 16 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 500 операций, показанной на Фиг. 5. Фиг. 16 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 520 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 1602 и/или операцию 1604,

[00148] Операция 1602 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен, которая меньше или равна выбранной длине, при этом выбранная длина является функцией химического состава ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что зерна 104 ядерного топлива 100 будут иметь характеристическую длину 106 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен 104 ядерного топлива, которая меньше, чем выбранная длина, которая является функцией химического состава ядерного топлива 100. Например, критические размеры, необходимые для обеспечения надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 110 зерен к межзеренным границам 112 ядерного топлива, может зависеть от химического состава (например, типа расщепляющегося материала(ов), типов легирующих агентов, относительной концентрации расщепляющихся материалов, или тому подобное) топлива 100 ядерного реактора.

[00149] Операция 1604 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен, которая меньше или равна выбранной длине, при этом выбранная длина является функцией скорости образования продуктов ядерного деления ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что зерна 104 ядерного топлива 100 будут иметь характеристическую длину 106 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен 104 ядерного топлива, которая меньше, чем выбранная длина, которая является функцией скорости образования продукта 108 ядерного деления в ядерном топливе 100. Например, критические размеры, необходимые для обеспечения надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 110 зерен к межзеренным границам 112 ядерного топлива, могут зависеть от скорости образования продукта 108 ядерного деления ядерного топлива 100. Кроме того, скорость образования продукта 108 ядерного деления (например, скорость образования газообразного продукта 118 ядерного деления) пропорциональна скорости ядерного деления внутри ядерного топлива 100, которая, в свою очередь, может зависеть от плотности мощности ядерного топлива 100, которая, в свою очередь, может зависеть от химического состава ядерного топлива 100.

[00150] На Фиг.17 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 500 операций, показанной на Фиг.5. Фиг.17 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 520 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 1702 и/или операцию 1704.

[00151] Операция 1702 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен, которая меньше или равна выбранной длине, при этом указанное по меньшей мере одно измерение в некоторых из зерен выбрано для максимизации теплопередачи из внутреннего объема зерна к границе зерна. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что зерна 104 ядерного топлива 100 будут иметь характеристическую длину 106 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен 104 ядерного топлива, которая меньше, чем выбранная длина, причем размер зерен выбирают так, чтобы максимизировать теплопередачу из внутренних объемов 110 зерен к межзеренным границам 112 ядерного топлива 100. Например, размер подлежащих минимизации зерен 104 может быть выбран для того, чтобы максимизировать (или по меньшей мере улучшить) теплопередачу от внутренних объемов 110 зерен к межзеренным границам 112.

[00152] Далее, операция 1704 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен, которая меньше или равна выбранной длине, причем указанное по меньшей мере одно измерение выбирают так, чтобы в некоторых из зерен оно было по существу параллельно температурному градиенту во внутреннем объеме зерна. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что зерна 104 ядерного топлива 100 будут иметь характеристическую длину 106 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен 104 ядерного топлива, которая меньше, чем выбранная длина, причем указанное по меньшей мере одно измерение выбирают так, чтобы в некоторых из зерен оно было по существу параллельно температурному градиенту во внутреннем объеме зерна. Например, для того, чтобы максимизировать диффузию газообразного продукта 118 ядерного деления из внутренних объемов 110 зерен к межзеренным границам 112, «тонкое» измерение зерен 104 может быть выполнено так, чтобы располагаться по существу перпендикулярно направлению температурного градиента в топливе 100 ядерного реактора.

[00153] На Фиг. 18 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 500 операций, показанной на Фиг. 5. Фиг. 18 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 520 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 1802.

[00154] Операция 1802 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен, которая меньше или равна выбранной длине, и пограничной сети, выполненной с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной межзеренной границы некоторых из зерен к поверхности объема ядерного топливного материала, при этом выбранная длина подходит для поддержания диффузии на уровне, необходимом для поддержания концентрации продукта ядерного деления в объеме ядерного топливного материала на уровне или ниже заданного уровня. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что зерна 104 ядерного топлива 100 будут иметь характеристическую длину 106 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен 104 ядерного топлива 100, которая меньше, чем выбранная длина, которая выбрана для поддержания концентрации выбранного продукта 108 ядерного деления (например, газообразного продукта 118 ядерного деления) в объеме 102 ядерного топлива 100 на уровне или ниже заданного уровня. Например, в общем смысле, скорость диффузии из внутренних объемов 110 зерен к межзеренным границам 112 в зернах 104 может быть обратно пропорциональна среднему размеру 106 зерен 104 ядерного топлива 100. В этом смысле, так как размер 106 зерен 104 уменьшается, скорость диффузии газообразного продукта 118 ядерного деления из внутренних объемов 110 зерен к межзеренным границам 112 увеличивается. Таким образом, концентрация газообразного продукта 118 ядерного деления внутри зерен 104 может быть отрегулирована, чтобы попадать в приемлемые уровни концентрации путем создания зерен 104 ядерного топлива 100 с определенным размером 106.

[00155] На Фиг. 19 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 500 операций, показанной на Фиг. 5. Фиг. 19 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 520 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 1902.

[00156] Операция 1902 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен, которая меньше или равна выбранной длине, и пограничной сети, выполненной с возможностью переноса продукта ядерного деления вдоль по меньшей мере одной межзеренной границы некоторых из зерен к поверхности объема ядерного топливного материала, при этом выбранная длина подходит для поддержания уровня диффузии, необходимого для поддержания концентрации продуктов ядерного деления в объеме ядерного топливного материала на уровне или ниже концентрации, необходимой для зарождения продукта ядерного деления. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что зерна 104 ядерного топлива 100 будут иметь характеристическую длину 106 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен 104 ядерного топлива 100, меньшую, чем выбранная длина, которая выбрана для поддержания концентрации выбранного продукта 108 ядерного деления (например, газообразного продукта 118 ядерного деления) ниже уровня концентрации, необходимого для зарождения продукта 108 ядерного деления внутри внутреннего объема 110 зерна. Например, концентрация газообразного продукта 118 ядерного деления внутри зерен 104 может быть отрегулирована, чтобы попадать ниже уровня концентрации, необходимого для зарождения газообразного продукта ядерного деления внутри внутреннего объема 110 зерна путем создания зерен 104 ядерного топлива 100 с определенным размером 106.

[00157] На Фиг. 20 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 500 операций, показанной на Фиг. 5. Фиг. 20 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 520 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 2002.

[00158] Операция 2002 иллюстрирует выполнение одного процесса изготовления над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен, которая меньше или равна выбранной длине, и пограничной сети, выполненной с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной межзеренной границы некоторых из зерен к поверхности объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть подвергнут одному этапу процесса с целью снижения размеров 106 зерен одного или нескольких зерен 104 в консолидированном объеме 102 и формирования пограничной сети 114 ядерного топлива 100. Следует иметь в виду, что уменьшение размеров 106 зерен внутри ядерного топлива 100 и формирование пограничной сети 114 тесно связаны, поскольку пограничная сеть может быть геометрически ограничена областью (областями) между двумя или большим количеством зерен 104 ядерного топлива 100. По этой причине процесс, который изменяет структуру зерна ядерного топлива 100 за счет уменьшения размеров 106 зерен ядерного топлива 100, будет воздействовать на состояние пограничной сети 114. Например, уменьшение размеров 106 зерен приводит к увеличению границ 110 зерен, что, в свою очередь, приводит к увеличению потенциальных путей 116 переноса пограничной сети 114. Более того, процесс, такой как процесс восстановления кислорода, описанный выше, может уменьшать объем одного или нескольких зерен 104 ядерного топлива 100. Это уменьшение может привести к увеличению площади границ зерен в ядерном топливе 100, что приводит к более устойчивой пограничной сети 114.

[00159] На Фиг. 21 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 500 операций, показанной на Фиг.5. Фиг.21 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 520 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 2102 и/или операцию 2104.

[00160] Операция 2102 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен, которая меньше или равна выбранной длине, и пограничной сети, имеющей по меньшей мере один путь переноса, выполненный с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной межзеренной границы некоторых из зерен к поверхности объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть подвергнут одному или нескольким процессам с целью формирования пограничной сети 114 в ядерном топливе 100, имеющей один или несколько путей 116 переноса.

[00161] Кроме того, операция 2104 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен, которая меньше или равна выбранной длине, и пограничной сети, имеющей по меньшей мере один путь переноса, выполненный с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной межзеренной границы некоторых из зерен к поверхности объема ядерного топливного материала, причем путь переноса ограничен областью между двумя или большим количеством смежных зерен. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть подвергнут одному или нескольким процессам с целью формирования пограничной сети 114 внутри ядерного топлива 100, имеющей один или несколько путей 116 переноса, ограниченных областью между двумя или большим количеством межзеренных границ 112. Например, как изображено на Фиг. 11, во время процесса ядерного деления в ядерном топливе 100, газообразный продукт 118 ядерного деления может диффундировать из внутреннего объема 110 зерна к границе зерна. При достаточно высоких уровнях диффузии пузырьки газообразного продукта 118 ядерного деления могут начать зарождаются на межзеренной границе 112. Поскольку все больше и больше пузырьков газообразного продукта ядерного деления образуется на межзеренной границе 112, могут быть образованы «открытые» пузырьки, в результате чего образуются открытые пути 116 переноса, подходящие для переноса газообразного продукта 118 ядерного деления от границ 110 зерен к геометрической поверхности топлива 100.

[00162] На Фиг.22 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 500 операций, показанной на Фиг.5. Фиг.22 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 520 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 2202 и/или операцию 2204.

[00163] Кроме того, операция 2202 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен, которая меньше или равна выбранной длине, и пограничной сети, имеющей по меньшей мере один путь переноса, выполненный с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной межзеренной границы некоторых из зерен к поверхности объема ядерного топливного материала, причем путь переноса пересекается с по меньшей мере одной межзеренной границей. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть подвергнут одному или нескольким процессам для формирования пограничной сети 114 в ядерном топливе 100, имеющей один или несколько путей 116 переноса, причем один или несколько путей 116 переноса пересекаются с одной или несколькими межзеренными границами 112.

[00164] На Фиг. 23 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 500 операций, показанной на Фиг. 5. Фиг. 23 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 520 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 2302 и/или операцию 2304.

[00165] Операция 2302 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен, которая меньше или равна выбранной длине, и пограничной сети, имеющей несколько взаимосвязанных путей, выполненных с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной межзеренной границы некоторых из зерен к поверхности объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть подвергнут одному или нескольким процессам с целью формирования пограничной сети 114 внутри ядерного топлива 100, имеющей несколько взаимосвязанных путей. Например, как уже говорилось выше, когда плотность путей 116 переноса увеличивается, вероятность взаимосвязи между путями 116 переноса может увеличиться. Таким образом, любой процесс (например, холодная обработка и отжиг, обработка с восстановлением кислорода и т.п.), подходящая для уменьшения размера 106 зерна внутри ядерного топлива 100, может использоваться для формирования или дальнейшее формирования нескольких взаимосвязанных путей.

[00166] Кроме того, операция 2304 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен, которая меньше или равна выбранной длине, и пограничной сети, имеющей несколько взаимосвязанных путей, выполненных с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной межзеренной границы некоторых из зерен к поверхности объема ядерного топливного материала, причем по меньшей мере один из указанных нескольких взаимосвязанных путей переноса ограничен областью между двумя или большим количеством соседних зерен. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть подвергнут одному или нескольким процессам с целью формирования пограничной сети 114 внутри ядерного топлива 100, имеющей несколько взаимосвязанных путей, ограниченных двумя или большим количеством областей между двумя или большим количеством зерен 104. Например, как уже говорилось выше, когда плотность путей 116 переноса увеличивается, вероятность взаимосвязи между путями 116 переноса может увеличиться. Таким образом, любой способ, пригодный для уменьшения размера 106 зерна внутри ядерного топлива 100 может использоваться для формирования или дальнейшего формирования нескольких взаимосвязанных путей, ограниченных областями между двумя или большим количеством зерен 104.

[00167] На Фиг. 24 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 500 операций, показанной на Фиг. 5. Фиг. 24 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 520 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 2402.

[00168] Далее, операция 2402 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен, которая меньше или равна выбранной длине, и пограничной сети, имеющей несколько взаимосвязанных путей, выполненных с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной межзеренной границы некоторых из зерен к поверхности объема ядерного топливного материала, причем по меньшей мере один из указанных нескольких взаимосвязанных путей переноса ограничен одной или несколькими незаполненными областями. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть подвергнут одному или нескольким процессам с целью формирования пограничной сети 114 в ядерном топливе 100 ограниченной одной или несколькими незаполненными областями. Например, как обсуждалось выше, незаполненные области могут быть сформированы с использованием ядерного топлива 100, легированного диспергирующим агентом (например, частицами оксида циркония) в ядерном реакторе, поскольку диспергирующие частицы образуют предпочтительные центры заполнения газообразным продуктом 118 ядерного деления, которые создают пустоты внутри зернистой структуры ядерного топлива 100. Поскольку плотность этих пустот растет с увеличением уровней легирования диспергирующим агентом и скорости образования газообразных продуктов ядерного деления, незаполненные области могут стать соединенными между собой, образуя пограничную сеть 114.

[00169] На Фиг. 25 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 500 операций, показанной на Фиг. 5. Фиг. 25 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 520 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 2502.

[00170] Операция 2502 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен, которая меньше или равна выбранной длине, и пограничную сеть, выполненную с возможностью переноса газообразного продукта ядерного деления от по меньшей мере одной межзеренной границы некоторых из зерен к поверхности объема ядерного топливного материала, при этом выбранная длина подходит для поддержания надлежащей диффузии газообразного продукта ядерного деления из внутреннего объема зерна к по меньшей мере одной границе зерна некоторых из зерен. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть подвергнут одному или нескольким процессам с целью формирования пограничной сети 114, подходящей для переноса газообразного продукта 118 ядерного деления от границ 113 зерен 104 к геометрической поверхности 101 ядерного топлива. Например, консолидированный объем 102 ядерного топливного 100 материала может быть подвергнут одному или нескольким процессам с целью формирования пограничной сети 114, подходящей для переноса газообразного ксенона или криптона от межзеренных границ 112 зерен 104 к геометрической поверхности 101 ядерного топлива 100.

[00171] На Фиг. 26 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 500 операций, показанной на Фиг. 5. Фиг. 26 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 520 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 2602.

[00172] Операция 2602 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен, которая меньше или равна выбранной длине, и пограничную сеть, выполненную с возможностью переноса жидкого продукта ядерного деления от по меньшей мере одной межзеренной границы некоторых из зерен к поверхности объема ядерного топливного материала, причем выбранная длина подходит для поддержания надлежащей диффузии жидкого продукта ядерного деления из внутреннего объема зерна к по меньшей мере одной границе зерна некоторых из зерен. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть подвергнут одному или нескольким процессам с целью формирования пограничной сети 114, подходящей для переноса жидкого продукта 119 ядерного деления от межзеренных границ 112 зерна 104 к геометрической поверхности 101 ядерного топлива. Например, консолидированный объем 102 ядерного топливного 100 материала может быть подвергнут одному или нескольким процессам с целью формирования пограничной сети 114, подходящей для переноса жидкого натрия или жидкого цезия от межзеренных границ 112 зерна 104 к геометрической поверхности 101 ядерного топлива 100.

[00173] На Фиг. 27 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 500 операций, показанной на Фиг. 5. Фиг. 27 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 520 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 2702.

[00174] Операция 2702 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен, которая меньше или равна выбранной длине, и пограничную сеть, выполненную с возможностью переноса твердого продукта ядерного деления от по меньшей мере одной межзеренной границы некоторых из зерен к поверхности объема ядерного топливного материала, причем выбранная длина подходит для поддержания надлежащей диффузии твердых продуктов ядерного деления из внутреннего объема зерна к по меньшей мере одной границе зерна некоторых из зерен. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть подвергнут одному или нескольким процессам с целью формирования пограничной сети 114, подходящей для переноса твердых продуктов ядерного деления 120 от межзеренных границ 112 зерна 104 к геометрической поверхности 101 ядерного топлива. Например, консолидированный объем 102 ядерного топливного 100 материала может быть подвергнут одному или нескольким процессам с целью формирования пограничной сети 114, подходящей для переноса твердого продукта 120 ядерного деления, например, теллура или цезия, от межзеренных границ 112 зерна 104 к геометрической поверхности 101 ядерного топлива 100 на основе оксида металла, такого как диоксид урана.

[00175] На Фиг. 28 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 500 операций, показанной на Фиг.5. Фиг.28 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 520 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 2802 и/или операцию 2804.

[00176] Операция 2802 иллюстрирует использование ядерного топливного материала, который консолидирован в твердый объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность, причем консолидированный ядерный топливный материал содержит несколько зерен, причем некоторые из указанных нескольких зерен имеют пограничный слой, включающий материал, отличающийся от материала внутреннего объема зерна. Например, как изображено на Фиг.1J, зерна 104 твердого объема используемого ядерного топливного материала могут содержать пограничный слой материала, отличающегося от материала внутренних объемов 110 зерен. Например, зерна 104 могут содержать пограничный слой на основе оксида или на основе карбида.

[00177] Операция 2804 иллюстрирует использование керамического ядерного топливного материала, который консолидирован в твердый объем керамического ядерного топливного материала, имеющего поверхность, причем консолидированный керамический ядерный топливный материал содержит несколько зерен. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, используемый ядерный топливный материал может содержать ядерный топливный материал на основе керамического материала. Например, ядерный топливный материал может содержать, но не ограничивается этим, ядерный топливный материал на основе оксида металла (например, диоксида урана, диоксида плутония или диоксида тория), ядерный топливный материал на основе смешанных оксидов (например, смеси диоксида плутония и обедненного диоксида урана), ядерный топливный материал на основе нитрида металла (например, нитрида урана) или ядерный топливный материал на основе карбида металла (например, карбида урана).

[00178] На Фиг.29 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 500 операций, показанной на Фиг.5. Фиг.29 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 510 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 2902 и/или операцию 2904.

[00179] Операция 2902 иллюстрирует использование металлического ядерного топливного материала, ядерного топливного материала на основе металлического сплава или интерметаллического ядерного топливного материала, консолидированного в твердый объем металлического ядерного топливного материала, ядерного топливного материала на основе металлического сплава или интерметаллического ядерного топливного материала, имеющего поверхность, причем консолидированный металлический ядерный топливный материал, ядерный топливный материал на основе металлического сплава или интерметаллический ядерный топливный материал содержит несколько зерен. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, используемый ядерный топливный материал может содержать ядерный топливный материал на основе металла. Например, ядерный топливный материал может содержать, но не ограничивается этим, металлический ядерный топливный материал (например, уран, плутоний или торий), ядерный топливный материал на основе металлического сплава (например, уран-цирконий, уран-плутоний-цирконий или уран-цирконий-гидрид) или интерметаллический ядерный топливный материал (например, UFe2 или UNi2).

[00180] Операция 2904 иллюстрирует использование ядерного топливного материала, содержащего по меньшей мере одно из: изотоп урана, изотоп плутония или изотоп тория, причем ядерный топливный материал консолидирован в твердый объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность, причем консолидированный ядерный топливный материал содержит несколько зерен. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, используемое ядерное топливо может содержать расщепляемый ядерный материал, включая, но не ограничиваясь этим, уран-235 или плутоний-239. В качестве другого примера, используемое ядерное топливо может содержать не расщепляемый ядерный материал, включая, но не ограничиваясь этим, торий-232. Тогда как торий-232 сам по себе не является расщепляемым, он может быть использован для размножения урана-233, который сам по себе является расщепляемым.

[00181] На Фиг.30 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 500 операций, показанной на Фиг.5. Фиг.30 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 510 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 3002 и/или операцию 3004.

[00182] Операция 3002 иллюстрирует использование ядерного топливного материала, который консолидирован в твердый объем, имеющий плотность ниже или равную теоретической плотности, причем ядерный топливный материал имеет поверхность, при этом консолидированный ядерный топливный материал содержит несколько зерен. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, процесс консолидации (например, отливки, прессования, спекания и т.п.), используемый для создания объема 102 консолидированного ядерного топливного материала, может создать изделие ядерного топлива, имеющий выбранную плотность, причем выбранная плотность меньше теоретическая плотность. Например, ядерный топливный материал может быть консолидирован с плотностью 70% от теоретической плотности.

[00183] Операция 3004 иллюстрирует использование ядерного топливного материала, который консолидирован в твердый объем ядерного топливного материала, имеющий поверхность, причем консолидированный ядерный топливный материал содержит несколько зерен, а объем ядерного топлива содержится в сохраняющем геометрическую форму контейнере. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, процесс отливки может консолидировать металлический ядерный топливный материал внутри топливного стержня, где расплавленный металлический ядерный топливный материал может затем затвердевать.

[00184] На Фиг. 31 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 500 операций, показанной на Фиг. 5. Фиг. 31 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 510 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 3102 и/или операцию 3104.

[00185] Операция 3102 иллюстрирует использование ядерного топливного материала, консолидированного в твердом устойчивом объеме ядерного топливного материала, имеющем поверхность, причем консолидированный ядерный топливный материал содержит несколько зерен. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, порошок оксида металла, такого как диоксид урана, может быть сформирован в устойчивую геометрию.

[00186] Операция 3104 иллюстрирует прессования ядерного топливного материала в консолидированный твердый устойчивый объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность, причем консолидированный ядерный топливный материал содержит несколько зерен. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, порошок оксида металла, такого как диоксид урана, может быть помещен в пресс-форму и спрессован с образованием устойчивой топливной таблетки.

[00187] На Фиг.32 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 500 операций, показанной на Фиг.5. Фиг.32 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 510 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 3202, операцию 3204 и/или операцию 3206.

[00188] Операция 3202 иллюстрирует спекание ядерного топливного материала в консолидированный твердый устойчивый объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность, причем консолидированный ядерный топливный материал содержит несколько зерен. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, порошок оксида металла, такого как диоксид урана, может быть помещен в пресс-форму и спрессован и спечен с образованием устойчивой топливной таблетки.

[00189] Операция 3204 иллюстрирует отливку ядерного топливного материала в консолидированный твердый устойчивый объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность, причем консолидированный ядерный топливный материал содержит несколько зерен. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, металлический ядерный топливный материал, такой как металлический сплав (например, уран-плутоний), может быть отлит из расплавленной фазы в форму. При отливке в форму расплавленный ядерный топливный материал может быть подвергнут процессу охлаждения до затвердевания.

[00190] Операция 3206 иллюстрирует экструзию ядерного топливного материала в консолидированный твердый устойчивый объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность, причем консолидированный ядерный топливный материал содержит несколько зерен. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, металлический ядерный топливный материал, такой как металлический сплав (например, уран-плутоний), может быть подвергнут процессу экструзии при комнатной температуре или вблизи этой температуры с образованием твердого изделия ядерного топлива. Как обсуждалось выше, низкотемпературная экструзия имеет дополнительное преимущество получения зернистой структуры с пониженным средним размером зерна.

[00191] На Фиг. 33 изображена последовательность 3300 операций, представляющая собой иллюстративные операции, относящиеся к способу изготовления ядерного топлива. На Фиг. 33 и на последующих чертежах, которые включают в себя различные примеры последовательностей операций, обсуждение и объяснение может быть предусмотрено в отношении вышеописанных примеров, показанных на Фиг. 1А-4 и/или в отношении других примеров и контекстов. Тем не менее, следует понимать, что последовательности операций могут быть выполнены в ряде других сред и условий, и/или в модифицированных версиях Фиг. 1А-4. Кроме того, несмотря на то, что различные последовательности операций представлены на чертежах в изображенной последовательности, следует понимать, что различные операции могут быть выполнены в других последовательностях, чем те, которые проиллюстрированы, или же они могут выполняться одновременно.

[00192] После начала операции, последовательность 3300 операций обеспечивает выполнение операции 3310. Использование выполнения операции 3310 изображает использование нескольких ядерных топливных элементов, причем несколько из указанных нескольких ядерных топливных элементов имеют характеристическую длину вдоль по меньшей мере одного измерения, меньшую или равную выбранной длине, причем указанная выбранная длина в некоторых ядерных топливных элементах подходит для поддержания надлежащей диффузии продукта ядерного деления из внутреннего объема ядерного топливного элемента к по меньшей мере одной свободной поверхности, при этом часть ядерных топливных элементов содержит металлический ядерный топливный материал. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, несколько ядерных топливных элементов 204 могут быть изготовлены с помощью процесса в шаровой мельнице так, что их средний размер меньше, чем критическая длина, необходимая для поддержания надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхности 212 ядерных топливных элементов 204. Например, несколько сферических частиц ядерного топлива могут быть изготовлены со средним радиусом 100 нм.

[00193] Затем операция 3320 консолидации изображает консолидацию нескольких топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, используемые несколько ядерных топливных элементов 204 (например, частиц) могут быть консолидированы в твердый объем 202 с использованием процесса прессования.

[00194] Фиг. 34 изображает альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 3300 операций, показанной на Фиг.33. Фиг.34 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 3310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 3402, операцию 3404 и/или операцию 3406.

[00195] Операция 3402 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами, чтобы достичь характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения, которая в некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут выполняться над используемыми ядерными топливными элементами 204 для того, чтобы уменьшить размеры 206 ядерных топливных элементов до размера ниже критического размера, требуемого для надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204.

[00196] Далее, операция 3404 иллюстрирует выполнение одного или нескольких способов обработки материала над несколькими ядерными топливными элементами, чтобы достичь характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения в некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько способов обработки материала могут быть выполнены над используемым ядерным топливным элементом 204 для того, чтобы уменьшить размер 206 ядерного топливного элемента до размера ниже критического размера, требуемого для надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204.

[00197] Далее, операция 3406 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов холодной обработки над несколькими ядерными топливными элементами, чтобы достичь характеристической длиной вдоль по меньшей мере одного измерения, которая в некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, процесс холодной обработки может быть выполнен над используемыми ядерными топливными элементами 204 для того, чтобы уменьшить размер 206 ядерного топливного элемента до размера ниже критического размера, требуемого для надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204. Процесс холодной обработки может включать, но не ограничиваясь этим, холодную прокатку, вытяжку, сгибание или уплотнение.

[00198] На Фиг. 35 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 3300 операций, показанной на Фиг.33. Фиг. 35 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 3310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 3502.

[00199] Далее, операция 3502 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов отжига над несколькими ядерными топливными элементами, чтобы достичь характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения, которая в некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементах меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, процесс отжига может быть выполнен над используемыми ядерными топливными элементами 204 для того, чтобы уменьшить размер 206 ядерного топливного элемента до размера ниже критического размера, требуемого для надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204. Кроме того, ядерные топливные элементы 204 могут быть отожжены в присутствии технологического газа, такого как восстанавливающий кислород газ.

[00200] На Фиг.36 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 3300 операций, показанной на Фиг.33. Фиг.36 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 3310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 3602.

[00201] Далее, операция 3602 иллюстрирует выполнения одного или нескольких процессов нормализации над несколькими ядерными топливными элементами, чтобы достичь характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения, которая в некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементах меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, процесс нормализации может быть выполнен над используемыми ядерными топливными элементами 204 для того, чтобы уменьшить размер 206 ядерного топливного элемента до размера ниже критического размера, требуемого для надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204, как описано выше.

[00202] На Фиг. 37 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 3300 операций, показанной на Фиг. 33. Фиг. 37 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 3310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 3702.

[00203] Далее, операция 3702 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов отпуска над несколькими ядерными топливными элементами, чтобы достичь характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения, которая в некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементах меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, процесс отпуска может быть выполнен над используемыми ядерными топливными элементами 204 для того, чтобы уменьшить размер 206 ядерного топливного элемента до размера ниже критического размера, требуемого для надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204, как описано выше.

[00204] На Фиг. 38 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 3300 операций, показанной на Фиг. 33. Фиг.38 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 3310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 3802.

[00205] Далее, операция 3802 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов химической обработки над несколькими ядерными топливными элементами, чтобы достичь характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения, которая в некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементах меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, процесс химической обработки может быть выполнен над используемыми ядерными топливными элементами 204 для того, чтобы уменьшить размер 206 ядерного топливного элемента до размера ниже критического размера, требуемого для надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204. Например, над используемыми ядерными топливными элементами 204, как описано выше, может быть осуществлен процесс восстановления кислорода.

[00206] На Фиг. 39 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 3300 операций, показанной на Фиг. 33. Фиг. 39 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 3310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 3902.

[00207] Далее, операция 3902 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов механической обработки над несколькими ядерными топливными элементами, чтобы достичь характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения, которая в некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементах меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, механический процесс (например, в шаровой мельнице) может быть выполнен над используемыми ядерными топливными элементами 204 для того, чтобы уменьшить один или несколько размеров ядерных топливных элементов 206 до размера ниже критического размера, требуемого для надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204.

[00208] На Фиг.40 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 3300 операций, показанной на Фиг.33. Фиг.40 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 3310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 4002.

[00209] Далее, операция 4002 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов управления пористостью над несколькими ядерными топливными элементами, чтобы достичь выбранной пористости в некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, процесс управления пористостью может быть выполнен над используемыми ядерными топливными элементами 204 для того, чтобы достичь выбранной пористости в ядерных топливных элементах 204 и ядерных топливных элементах 206. Например, пористостью ядерного топлива 100 можно управлять посредством процесса термической обработки (например, процесса отжига или плавления) или процесса химической обработки.

[00210] На Фиг. 41 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 3300 операций, показанной на Фиг. 33. Фиг. 41 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 3310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 4102.

[00211] Далее, операция 4102 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов управления зернистой текстурой над несколькими частицами ядерного топлива для достижения выбранной зернистой текстуры в некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, процесс управления зернистой текстурой может быть осуществлен над используемыми ядерными топливными элементами 204 для достижения выбранной зернистой текстуры в двух или большем количестве зерен ядерных топливных элементов 204. Например, зернистые текстуры зерен ядерных топливных элементов 204 могут управляться посредством процесса термической обработки (например, отжига) или процесса химической обработки (например, легирования).

[00212] На Фиг. 42 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 3300 операций, показанной на Фиг. 33. Фиг. 42 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 3310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 4202, операцию 4204 и/или операцию 4206.

[00213] Операция 4202 иллюстрирует облучение нескольких частиц ядерного топлива. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, процесс облучения (например, воздействие потоком нейтронов) может быть выполнен над используемыми ядерными топливными элементами 204 для того, чтобы уменьшить один или несколько размеров ядерных топливных элементов 206 до размера ниже критического размера, требуемого для надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204.

[00214] Операция 4204 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль выбранного измерения некоторых ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг.20, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 будут иметь характеристическую длину 206 вдоль выбранного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204. Например, в ядерных топливных элементов 204, имеющих удлиненную структуру, ядерные топливные элементы 204 могут иметь «тонкий» размер, который меньше или равен выбранной длине.

[00215] Операция 4206 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль выбранного направления некоторых из ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 2Е, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 будут иметь характеристическую длину 206 вдоль выбранного направления, которая меньше или равна выбранной длине. Например, в ядерных топливных элементах, имеющих удлиненную структуру, ядерные топливные элементы 204 могут иметь характеристическую длину 206 вдоль выбранного направления 134 внутри ядерного топлива 200. Например, ядерные топливные элементы могут иметь выбранную характеристическую длину 206 в радиальном направлении внутри изделия ядерного топлива цилиндрической формы (например, топливной таблетки).

[00216] На Фиг. 43 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 3300 операций, показанной на Фиг. 33. Фиг. 43 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 3310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 4302, операцию 4304 и/или операцию 4306.

[00217] Операция 4302 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами, чтобы получить среднюю характеристическую длину вдоль выбранного измерения некоторых ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 будут иметь среднюю характеристическую длину 206 вдоль выбранного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204.

[00218] Операция 4304 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами, чтобы получить среднюю характеристическую длину вдоль выбранного направления некоторых ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 будут иметь среднюю характеристическую длину 206 вдоль выбранного направления некоторых из ядерных топливных элементов 204, которая меньше или равна выбранной длине. Например, в ядерных топливных элементах 204, имеющих удлиненную структуру, ядерные топливные элементы 204 могут иметь среднюю характеристическую длину 206 вдоль выбранного направления 134 ядерного топлива 200. Например, ядерные топливные элементы могут иметь среднюю выбранную характеристическую длину 206 в радиальном направлении внутри изделия ядерного топлива цилиндрической формы (например, топливной таблетки).

[00219] Операция 4306 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами, чтобы получить выбранное статистическое распределение характеристических длин в нескольких топливных элементах. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 могут иметь выбранное статистическое распределение характеристических длин 206. Например, ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 могут иметь распределение размеров элементов, в котором выбранный процент ядерных топливных элементов 204 имеет размер 206 меньше выбранной длины. Например, ядерное топливо 200, в соответствии с настоящим изобретением, может иметь такое распределение размеров 206 ядерных топливных элементов (например, частиц), что 65% ядерных топливных элементов 204 имеют размер 206, равный или меньший, чем 4 мкм, со средним размером 2,5 мкм. В другом примере ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 могут иметь выбранное пространственное распределение характеристических длин в консолидированном объеме ядерного топлива 200.

[00220] На Фиг. 44 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 3300 операций, показанной на Фиг. 33. Фиг. 44 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 3310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 4402, операцию 4404 и/или операцию 4406.

[00221] Операция 4402 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения выбранного набора статистических распределений характеристических длин. Например, ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 могут иметь несколько статистических распределений характеристических длин 206. Например, ядерное топливо 200, в соответствии с настоящим изобретением, может иметь такое распределение размеров 206 ядерного топливного элемента, что 25% ядерных топливных элементов 204 имеют размер, равный или меньше, чем 10 мкм, 25% ядерных топливных элементов имеют размером 106, равный или меньше, чем 5 мкм, и 10% ядерных топливных элементов имеют размер меньше 1 мкм.

[00222] Операция 4404 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине, причем указанная выбранная длина является функцией химического состава ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 будут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, которая меньше, чем выбранная длина, которая является функцией химического состава ядерного топлива 200. Например, критический размер, необходимый для обеспечения надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов ядерного топлива 200, может зависеть от химического состава (например, типа расщепляемого материала, типа легирующих веществ, относительной концентрации расщепляемых материалов, и т.п.) топлива 200 ядерного реактора.

[00223] Операция 4406 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине, причем указанная выбранная длина является функцией скорости образования продукта ядерного деления ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200, будут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, которая меньше, чем выбранная длина, которая является функцией скорости образования продукта 108 ядерного деления внутри ядерного топлива 200. Например, критический размер, необходимый для обеспечения надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, может зависеть от скорости образования продукта 108 ядерного деления топлива 200 ядерного реактора. Кроме того, скорость образования продукта 108 ядерного деления (например, газообразного продукта 118 ядерного деления) пропорциональна интенсивности деления в ядерном топливе 200, которая, в свою очередь, пропорциональна плотности мощности ядерного топлива 200, которая, в свою очередь, зависит от химического состава ядерного топлива 200.

[00224] На Фиг. 45 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 3300 операций, показанной на Фиг. 33. Фиг. 45 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 3310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 4502, операцию 4504 и/или операцию 4506.

[00225] Операция 4502 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине, причем выбранная длина является функцией рабочего состояния ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 будут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива, которая меньше, чем выбранная длина, которая является функцией рабочего состояния ядерного топлива 200. Например, критический размер, необходимый для обеспечения надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, может зависеть от рабочих условий ядерного топлива 200.

[00226] Далее, операция 4504 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине, причем выбранная длина является функцией рабочей температуры ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200, будут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, которая меньше, чем выбранная длина, которая является функцией рабочей температуры ядерного топлива 200. Например, критический размер, необходимый для обеспечения надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, может зависеть от рабочей температуры ядерного топлива 200.

[00227] Далее, операция 4506 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине, причем выбранная длина является функцией индуцированной давлением температуры ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200, будут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива, которая меньше, чем выбранная длина, которая является функцией индуцированной давлением температуры ядерного топлива 200. Например, критический размер, необходимый для обеспечения надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, может зависеть от индуцированной давлением температуры в топливе 100 ядерного реактора.

[00228] На Фиг. 46 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 3300 операций, показанной на Фиг. 33. Фиг. 46 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 3310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 4602 и/или операцию 4604.

[00229] Операция 4602 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине, причем по меньшей мере один размер выбирают так, чтобы в некоторых ядерных топливных элементах максимизировать теплопередачу из внутреннего объема ядерного топливного элемента к свободной поверхности ядерного топливного элемента. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200, будут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, которая меньше, чем выбранная длина, причем размер ядерных топливных элементов выбирают для того, чтобы максимизировать теплопередачу из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200. Например, подлежащий минимизации размер ядерных топливных элементов 204 может быть выбран для того, чтобы максимизировать (или по меньшей мере улучшить) теплопередачу из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204.

[00230] Далее, операция 4604 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине, причем указанное по меньшей мере одно измерение выбирают так, чтобы в некоторых ядерных топливных элементах оно было по существу параллельно температурному градиенту во внутреннем объеме ядерного топливного элемента. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть осуществлены для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200, будут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, которая меньше, чем выбранная длина, причем по меньшей мере одно измерение выбирают так, что в некоторых ядерных топливных элементах оно по существу параллельно температурному градиенту во внутреннем объеме зерна. Например, для того, чтобы максимизировать диффузию газообразного продукта 118 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204, «тонких» размер ядерных топливных элементов 204 может быть выполнен с возможностью расположения по существу перпендикулярно направлению температурного градиента внутри топлива 100 ядерного реактора.

[00231] На Фиг.47 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 3300 операций, показанной на Фиг.33. Фиг.47 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 3310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 4702 и/или операцию 4704.

[00232] Операция 4702 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине, подходящей для поддержания уровня диффузии в указанных нескольких ядерных топливных элементах, необходимой для поддержания концентрации продукта ядерного деления в объеме ядерного топливного материала на уровне или ниже заданного уровня. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 будут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, которая меньше, чем выбранная длина, которая выбрана для поддержания выбранной концентрации продукта 108 ядерного деления (например, газообразного продукта 118 ядерного деления) в объеме 102 ядерного топлива 100 на уровне или ниже заданного уровня. Например, скорость диффузии в ядерных топливных элементах 204 из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204 может быть обратно пропорциональна среднему размеру 206 ядерного топливного элемента внутри ядерного топлива 200. В этом смысле, когда размер 206 ядерных топливных элементов 204 уменьшается, скорость диффузии газообразного продукта 118 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204 может увеличиться. Таким образом, концентрация газообразного продукта 118 ядерного деления в ядерных топливных элементах 204 может быть отрегулирована, чтобы попадать в приемлемые уровни концентрации путем изменения размеров 206 ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200.

[00233] Далее, операция 4704 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получениях характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине, подходящей для поддержания уровня диффузии в нескольких топливных элементах, необходимой для поддержания концентрации продукта ядерного деления в объеме ядерного топливного материала на уровне или ниже концентрации, необходимой для зарождения продуктов ядерного деления. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200, будут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, которая меньше, чем выбранная длина, которая выбрана для поддержания выбранной концентрации продукта 108 ядерного деления ниже уровня концентрации, необходимой для зарождения продукта 108 ядерного деления во внутреннем объеме 210 ядерного топливного элемента 204. Например, концентрация газообразного продукта 118 ядерного деления ядерных топливных элементов 204 может быть отрегулирована, чтобы попадать ниже уровня концентрации, необходимой для зарождения газообразного продукта ядерного деления во внутренних объемах 210 ядерных топливных элементов 204 путем изменения размеров 206 ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200.

[00234] На Фиг. 48 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 3300 операций, показанной на Фиг. 33. Фиг. 48 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 3310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 4802 и/или операцию 4804.

[00235] Операция 4802 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине, подходящей в некоторых ядерных топливных элементах для поддержания надлежащей диффузии газообразного продукта ядерного деления из внутреннего объема ядерного топливного элемента к по меньшей мере одной свободной поверхности ядерного топливного элемента. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200, будут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, которая меньше, чем выбранная длина, которая выбрана для поддержания надлежащей диффузии газообразного продукта ядерного деления (например, криптона или ксенона) из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204.

[00236] Операция 4804 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине, подходящей в некоторых ядерных топливных элементах для поддержания надлежащей диффузии жидкого продукта ядерного деления из внутреннего объема ядерного топливного элемента к по меньшей мере одной свободной поверхности ядерного топливного элемента. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200, будут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, которая меньше, чем выбранная длина, которая выбрана для поддержания надлежащей диффузии жидкого продукта ядерного деления (например, жидкого металла) из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204.

[00237] На Фиг. 49 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 3300 операций, показанной на Фиг. 33. Фиг. 49 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 3310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 4902 и/или операцию 4904.

[00238] Операция 4902 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине, подходящей в некоторых ядерных топливных элементах для поддержания надлежащей диффузии твердых продуктов ядерного деления из внутреннего объема ядерного топливного элемента к по меньшей мере одной свободной поверхности ядерного топливного элемента. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 будут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, которая меньше, чем выбранная длина, которая выбрана для поддержания надлежащей диффузии твердого продукта ядерного деления (например, теллура или цезия) из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204.

[00239] Операция 4904 иллюстрирует использование нескольких ядерных топливных элементов, причем некоторые из указанных нескольких ядерных топливных элементов имеют пограничный слой, содержащий материал, отличающийся от материала внутреннего объема ядерного топливного элемента. Например, как изображено на Фиг. 20, один или несколько из ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200 могут содержать пограничный слой из материала, отличающегося от материала внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204. Например, ядерные топливные элементы 204 могут содержать пограничный слой на основе оксида или на основе карбида.

[00240] На Фиг. 50 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 3300 операций, показанной на Фиг. 33. Фиг. 50 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 3310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 5002 и/или операцию 5004.

[00241] Операция 5002 иллюстрирует использование нескольких ядерных топливных элементов, причем некоторые из указанных нескольких ядерных топливных элементов содержат два или большее количество зерен. Например, как изображено на Фиг. 2F, один или несколько ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200 могут содержать два или большее количество зерен.

[00242] Операция 5004 иллюстрирует использование нескольких ядерных топливных элементов, причем некоторые из указанных нескольких ядерных топливных элементов содержат несколько путей, выполненных с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной части внутреннего объема ядерного топливного элемента к по меньшей мере одной свободной поверхности ядерного топливного элемента. Например, как изображено на Фиг.2F, один или несколько ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200 могут содержать один или несколько внутренних путей, подходящих для переноса газообразного продукта 118 ядерного деления из внутреннего объема 210 ядерного топливного элемента к поверхности 212 ядерного топливного элемента. Кроме того, как было описано выше, внутренние пути 110 могут быть ограничены межзеренной границей 112 между смежными зернами внутри одного и того же ядерного топливного элемента 204.

[00243] На Фиг. 51 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 3300 операций, показанной на Фиг. 33. Фиг. 51 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 3310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 5102 и/или операцию 5104.

[00244] Операция 5102 иллюстрирует использование нескольких ядерных топливных элементов, причем некоторые из указанных нескольких ядерных топливных элементов содержат ядерный топливный материал на основе по меньшей мере одного из: чистого металла, металлического сплава или интерметаллического соединения. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, используемые ядерные топливные элементы 204 могут содержать ядерный топливный материал на основе металла. Например, указанные несколько ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200 могут содержать, но не ограничиваться этим, ядерный топливный материал на основе металла (например, урана, плутония или тория), металлического сплава (например, уран-циркония уран-плутоний-циркония или уран-цирконий-гидрид), или интерметаллического соединения (например, UFe2 или UNi2).

[00245] Операция 5104 иллюстрирует использование нескольких ядерных топливных элементов, причем некоторые из указанных нескольких ядерных топливных элементов содержат по меньшей мере один из изотопов: урана, плутония или тория. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, используемые ядерные топливные элементы 204 могут содержать расщепляемый ядерный материал, включая, но не ограничиваясь этим, уран-235 или плутоний-239. В качестве другого примера, используемые ядерные топливные элементы 204 могут содержать не расщепляемый ядерный материал, включая, но не ограничиваясь этим, торий-232. Несмотря на то, что торий-232 сам по себе не является расщепляемым, он может быть использован для размножения урана-233, который по своей природе является расщепляемым.

[00246] На Фиг. 52 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 3300 операций, показанной на Фиг. 33. Фиг. 52 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 3310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 5202, операцию 5204 и/или операцию 5206.

[00247] Операция 5202 иллюстрирует консолидацию нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего пограничную сеть, выполненную с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых из ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью процесса консолидации, такого как, но не ограничиваясь этим, процесса прессования или процесса спекания, выполненных с возможностью обеспечения такого уровня пористости в консолидированном ядерном топливе 200, который подходит для создания пограничной сети 214, выполненной с возможностью переноса продукта 118 ядерного деления от поверхностей 212 ядерных топливных элементов 204 к геометрической поверхности 201 ядерного топлива 200. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью механического процесса, выполненного с возможностью обеспечения пространственной конфигурации в консолидированном ядерном топливе 200, которая подходит для создания пограничной сети 214, выполненной с возможностью переноса продукта 118 ядерного деления от поверхностей 212 ядерных топливных элементов 204 к геометрической поверхности 201 ядерного топлива 200.

[00248] Далее, операция 5204 иллюстрирует консолидацию нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего пограничную сеть, выполненную с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала, причем пограничная сеть содержит по меньшей мере один путь переноса, ограниченный областью между двумя или большим количеством соседних ядерных топливных элементов. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью процесса консолидации, такого как, но не ограничиваясь этим, процесса прессования или процесса спекания, выполненным с возможностью обеспечения такого уровня пористости в консолидированном ядерном топливе 200, который подходит для создания пограничной сети 214, имеющей по меньшей мере один путь 216 переноса. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью механического процесса, выполненного с возможностью обеспечения пространственной конфигурации в консолидированном ядерном топливе 200, пригодной для создания пограничной сети 214, имеющей по меньшей мере один путь 216 переноса.

[00249] Далее, операция 5206 иллюстрирует консолидацию нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего пограничную сеть, выполненную с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала, причем пограничная сеть содержит по меньшей мере один путь переноса, пересекающийся с указанной по меньшей мере одной свободной поверхностью. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью процесса консолидации, такого как, но не ограничиваясь этим, процесса прессования или процесса спекания, выполненного с возможностью обеспечения уровня пористости в консолидированном ядерном топливе 200, подходящего для создания пограничной сети 214, имеющей по меньшей мере один путь 216 переноса, пересекающий поверхность 212 одного или нескольких ядерных топливных элементов 204. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью механического процесса, выполненного с возможностью обеспечения пространственной конфигурации в консолидированном ядерном топливе 200, которая подходит для создания пограничной сети 214, имеющей по меньшей мере один путь 216 переноса, пересекающий поверхность 212 одного или нескольких ядерных топливных элементов 204.

[00250] На Фиг. 53 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 3300 операций, показанной на Фиг. 33. Фиг. 53 иллюстрирует иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 3310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 5302 и/или операцию 5304.

[00251] Далее, операция 5302 иллюстрирует консолидацию нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего пограничную сеть, выполненную с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала, причем пограничная сеть содержит несколько взаимосвязанных путей переноса, выполненных с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью процесса консолидации, такого как, но не ограничиваясь этим, процесса прессования или процесса спекания, выполняемого с возможностью обеспечения уровня пористости в консолидированном ядерном топливе 200, подходящего для формирования пограничной сети 214, имеющей несколько взаимосвязанных путей 216 переноса, выполненных с возможностью переноса продукта 118 ядерного деления от поверхностей 212 ядерных топливных элементов 204 к геометрической поверхности 201 ядерного топлива 200. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью механического процесса, выполненного с возможностью обеспечения пространственной конфигурации в консолидированном ядерном топливе 200, подходящей для формирования пограничной сети 214, имеющей несколько соединенных между собой путей 216 переноса, выполненных с возможностью переноса продукта 118 ядерного деления от поверхностей 212 ядерных топливных элементов 204 к геометрической поверхности 201 ядерного топлива 200.

[00252] Далее, операция 5304 иллюстрирует консолидацию нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего пограничную сеть, выполненную с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала, причем пограничная сеть содержит несколько взаимосвязанных путей переноса, выполненных с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала, при этом по меньшей мере один из указанных нескольких взаимосвязанных путей переноса ограничен областью между двумя или большим количеством соседних ядерных топливных элементов. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью процесса консолидации, такого как, но не ограничиваясь этим, процесса прессования или процесса спекания, выполняемого с возможностью обеспечения уровня пористости в консолидированном ядерном топливе 200, подходящем для формирования пограничной сети 214, имеющей несколько взаимосвязанных путей 216 переноса, ограниченных областью между двумя или большим количеством соседних ядерных топливных элементов 204 и выполненных с возможностью переноса продукта 118 ядерного деления от поверхностей 212 ядерных топливных элементов 204 к геометрической поверхности 201 ядерного топлива 200. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью механического процесса, выполняемого с возможностью обеспечения пространственной конфигурации в консолидированном ядерном топливе 200, подходящей для формирования пограничной сети 214, имеющей несколько соединенных между собой путей 216 переноса, ограниченных областью между двумя или большим количеством смежных ядерных топливных элементов и выполненной с возможностью переноса продукта 118 ядерного деления от поверхностей 212 ядерных топливных элементов 204 к геометрической поверхности 201 ядерного топлива 200.

[00253] На Фиг. 54 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 3300 операций, показанной на Фиг. 33. На Фиг. 54 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 3320 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 5402. Далее, операция 5402 иллюстрирует консолидацию нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего пограничную сеть, выполненную с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала, причем пограничная сеть содержит несколько взаимосвязанных путей, выполненных с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала, причем по меньшей мере один из указанных нескольких взаимосвязанных путей переноса ограничен одной или несколькими незаполненными областями. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью процесса консолидации, такого как, но не ограничиваясь этим, процесса прессования или процесса спекания, выполненного с возможностью обеспечения уровня пористости в консолидированном ядерном топливе 200, подходящего для формирования пограничной сети 214, имеющей несколько взаимосвязанных путей 216 переноса, ограниченных одной или несколькими незаполненными областями и выполненных с возможностью переноса продукта 118 ядерного деления от поверхностей 212 ядерных топливных элементов 204 к геометрической поверхности 201 ядерного топлива 200. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью механического процесса, выполняемого с возможностью обеспечения пространственной конфигурации в консолидированном ядерном топливе 200, подходящей для формирования пограничной сети 214, имеющей несколько соединенных между собой путей 216 переноса, ограниченных областью между двумя или большим количеством смежных ядерных топливных элементов, и выполненных с возможностью переноса продукта 118 ядерного деления от поверхностей 212 ядерных топливных элементов 204 к геометрической поверхности 201 ядерного топлива 200.

[00254] На Фиг. 55 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 3300 операций, показанной на Фиг. 33. На Фиг. 55 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 3320 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 5502 и/или операцию 5504.

[00255] Далее, операция 5502 иллюстрирует консолидацию нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего пограничную сеть, выполненную с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала, причем пограничная сеть содержит несколько не взаимосвязанных путей переноса, выполненных с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топлива материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью механического процесса, выполняемого с возможностью обеспечения пространственной конфигурации в консолидированном ядерном топливе 200, подходящей для формирования пограничной сети 214, имеющей несколько не взаимосвязанных путей 214 переноса, выполненных с возможностью переноса продукта 118 ядерного деления от поверхностей 212 ядерных топливных элементов 204 к геометрической поверхности 201 ядерного топлива 200.

[00256] Далее, операция 5504 иллюстрирует консолидацию нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего пограничную сеть, выполненную с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала, причем пограничная сеть содержит несколько не взаимосвязанных путей, выполненных с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала, при этом по меньшей мере один из указанных нескольких не взаимосвязанных путей переноса ограничен областью между поверхностями соседних и по существу параллельных или концентрических ядерных топливных элементов. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью механического процесса, выполняемого с возможностью обеспечения пространственной конфигурации в консолидированном ядерном топливе 200, подходящей для формирования пограничной сети 214, имеющей несколько не взаимосвязанных путей 214 переноса, ограниченных областью между поверхностями смежных и по существу параллельных или концентрических ядерных топливных элементов 204.

[00257] На Фиг. 56 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 3300 операций, показанной на Фиг. 33. На Фиг. 56 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 3320 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 5602, операцию 5604 и/или операцию 5606.

[00258] Операция 5602 иллюстрирует консолидацию нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность, причем ядерный топливный материал консолидируется до плотности, равной или ниже теоретической плотности. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, процесс консолидации (например, прессование, спекание и т.п.), используемый для создания объема 202 консолидированного ядерного топлива 200, может изготовить изделие ядерного топлива, имеющее выбранную плотность, причем указанная выбранная плотность меньше теоретической плотности. Например, ядерное топливо 200 может быть консолидировано до плотности 70% от теоретической плотности.

[00259] Операция 5604 иллюстрирует консолидацию нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность, причем ядерный топливный материал содержится в сохраняющем геометрическую форму контейнере. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, несколько топливных элементов 204 могут быть спрессованы в содержащий топливо сосуд или контейнер, пригодный для сохранения формы изделия ядерного топлива.

[00260] Операция 5606 иллюстрирует консолидацию нескольких ядерных топливных элементов в устойчивый объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, порошок оксида металла, такого как диоксид урана, может быть отформован в устойчивую геометрию путем прессования и спекания.

[00261] На Фиг. 57 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 3300 операций, показанной на Фиг. 33. На Фиг. 57 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 3320 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 5702, и/или операцию 5704.

[00262] Операция 5702 иллюстрирует прессование нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, несколько топливных элементов 204, таких как порошок металла, могут быть размещены в пресс-форме и отпрессованы с образованием устойчивой топливной таблетки.

[00263] Операция 5704 иллюстрирует спекание нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, несколько топливных элементов 204, таких как порошок металла, могут быть размещены в пресс-форме и отпрессованы и спечены с образованием устойчивой топливной таблетки.

[00264] На Фиг. 58 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 3300 операций, показанной на Фиг. 33. На Фиг. 58 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 3320 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 5802, операцию 5804, операцию 5806 и/или операцию 5808.

[00265] Операция 5802 иллюстрирует механическое размещение указанного нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, несколько ядерных топливных элементов 204, таких как несколько ядерных топливных элементов на основе металла (например, тория) или металлического сплава (например, сплава на основе урана), могут быть механически расположены в объеме 202 ядерного топлива 200.

[00266] Далее, операция 5804 иллюстрирует вплетение несколько линейных ядерных топливных элементов в твердый объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность. Например, как изображено на Фиг. 2J, несколько топливных элементов 204, таких как несколько ядерных топливных элементов на основе металла (например, тория) или металлического сплава (например, сплава на основе урана), могут быть вплетены в тканую структуру 224 ядерного топлива 200.

[00267] Далее, операция 5806 иллюстрирует сворачивание нескольких плоских ядерных топливных элементов в твердый объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность. Например, как изображено на Фиг. 2I, ядерный топливный элемент 204, такой как плоский лист из металла или металлического сплава, может быть свернут в цилиндрический объем 222. Далее, следует понимать, что два или большее количество указанных цилиндрических свернутых объемов 222 могут быть консолидированы, чтобы сформировать ядерное топливо 200.

[00268] Далее, операция 5808 иллюстрирует укладку одного на другой нескольких плоских ядерных топливных элементов в твердый объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность. Например, как изображено на Фиг.2Н, два или большее количество топливных элементов 204, таких как плоский лист из металла или металлического сплава, могут быть уложены один на другой вместе так, чтобы сформировать объем ядерного топлива 200.

[00269] На Фиг. 59 изображена последовательность 5900 операций, представляющая собой иллюстративные операции, относящиеся к способу изготовления ядерного топлива. На Фиг. 59 изображен иллюстративный вариант выполнения, в котором иллюстративная последовательность 3300 операций, показанная на Фиг. 33, может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 5910, операцию 5912, операцию 5914 и/или операцию 5916.

[00270] После начала эксплуатации, выполнения операции 3310 и операции 3320 консолидации, последовательность 5900 операций переходит к операции 5910 обработки. Операция 5910 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько этапов процесса может быть выполнено над объемом 202 ядерного топлива 200 (например, топливным стержнем, топливной таблеткой, или топливной крошкой).

[00271] Операция 5912 иллюстрирует выполнение одного или нескольких способов обработки материалов над консолидированным объемом ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или нескольких способов обработки материалов могут быть выполнены над объемом 202 ядерного топлива 200 для того, чтобы уменьшить размеры ядерных топливных элементов 204 или пограничной сети 214 ядерного топлива 200.

[00272] Далее, операция 5914 иллюстрирует холодную обработку консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 202 ядерного топлива 200 может быть подвергнут холодной обработке для того, чтобы уменьшить размеры ядерных элементов 204 или пограничной сети 214 ядерного топлива 200. Процесс холодной обработки может включать, но не ограничиваясь этим, холодную прокатку, экструзию при низкой температуре, изгиб, уплотнение, или вытягивание.

[00273] Далее, операция 5916 иллюстрирует выполнение отжига консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 202 ядерного топливного материала может быть подвергнут отжигу. Например, после холодной обработки топливо 200 ядерного реактора может быть отожжено для того, чтобы уменьшить размеры ядерных элементов 204 или пограничной сети 214 ядерного топлива 200.

[00274] На Фиг. 60 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 5900 операций, показанной на Фиг. 59. На Фиг. 60 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 5910 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 6002 и/или операцию 6004.

[00275] Далее, операция 6002 иллюстрирует плавление части консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, часть консолидированного объема 202 ядерного топлива 200 может быть расплавлена.

[00276] Далее, операция 6004 иллюстрирует нормализацию консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 202 ядерного топлива 200 может быть нормализована в целях дальнейшего уменьшения размеров ядерных элементов 204 или пограничной сети 214 ядерного топлива 200.

[00277] На Фиг. 61 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 5900 операций, показанной на Фиг. 59. На Фиг.61 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 5910 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 6102 и/или операцию 6104.

[00278] Далее, операция 6102 иллюстрирует выполнение отпуска консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 202 ядерного топлива 200 может быть подвергнут отпуску в целях дальнейшего уменьшения размеров ядерных элементов 204 или пограничной сети 214 ядерного топлива 200.

[00279] Далее, операция 6104 иллюстрирует химическую обработку консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 202 ядерного топлива 200 может быть подвергнут химической обработке для того, чтобы уменьшить размеры ядерных элементов 204 или пограничной сети 214 ядерного топлива 200.

[00280] На Фиг. 62 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 5900 операций, показанной на Фиг. 59. На Фиг. 63 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 5910 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 6202.

[00281] Далее, операция 6202 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов управления пористостью над консолидированным объемом ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 202 ядерного топлива 200 может быть подвергнут процессу управления пористостью (например, путем отжига или химической обработки).

[00282] На Фиг. 63 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 5900 операций, показанной на Фиг. 59. На Фиг. 63 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 5910 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 6302, операцию 6304 и/или операцию 6306.

[00283] Операция 6302 иллюстрирует введение консолидированного объема ядерного топливного материала в среду с повышенной температурой. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 202 ядерного топлива 200 может быть введен в среду с высокой температурой, например, при работе в ядерном реакторе.

[00284] Операция 6304 иллюстрирует облучение консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 202 ядерного топлива 200 можно быть облучен (например, облучен в ядерном реакторе или облучен нейтронным источником) с целью уменьшения размеров ядерных топливных элементов 204 или пограничной сети 214.

[00285] Операция 6306 иллюстрирует выполнение процесса ядерного деления с использованием консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 202 ядерного топлива 200 может быть использован в процессе ядерного деления (например, использован в ядерном реакторе). Следует понимать, что размеры ядерных расщепляемых элементов 204 могут стать меньше и/или пограничная сеть 214 ядерного топлива 200 может стать более сформированной при использовании ядерного топлива 200 в ядерном реакторе 200.

[00286] На Фиг. 64 изображена последовательность 6400 операций, представляющая собой иллюстративные операции, относящиеся к способу изготовления ядерного топлива. На Фиг. 64 и на последующих чертежах, которые включают в себя различные примеры последовательностей операций, обсуждение и объяснение может быть предусмотрено в отношении вышеописанных примеров, показанных на Фиг. 1А-4 и/или в отношении других примеров и контекстов. Тем не менее, следует понимать, что последовательности операций могут быть выполнены в ряде других сред и условий, и/или в модифицированных версиях Фиг. 1А-4. Кроме того, несмотря на то, что различные последовательности операций представлены на чертежах в изображенной последовательности, следует понимать, что различные операции могут быть выполнены в других последовательностях, чем те, которые проиллюстрированы, или же они могут выполняться одновременно.

[00287] После начала операции, последовательность 6400 операций обеспечивает выполнение операции 6410. Обеспечение выполнения операции 6410 изображает использование нескольких ядерных топливных элементов, причем несколько из указанного нескольких ядерных топливных элементов имеют характеристическую длину вдоль по меньшей мере одного измерения, меньшую или равную выбранной длине, причем указанная выбранная длина в некоторых ядерных топливных элементах подходит для поддержания надлежащей диффузии продукта ядерного деления из внутреннего объема ядерного топливного элемента к по меньшей мере одной свободной поверхности, при этом часть ядерных топливных элементов содержит керамический ядерный топливный материал. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, несколько керамических ядерных топливных элементов 204 могут быть изготовлены с помощью процесса в шаровой мельнице так, что их средний размер меньше, чем критическая длина, необходимая для поддержания надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхности 212 ядерных топливных элементов 204. Например, несколько сферических керамических частиц ядерного топлива могут быть изготовлены со средним радиусом 100 нм.

[00288] Далее, операция 6420 консолидации изображает консолидацию нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность, причем объем ядерного топливного материала содержит пограничную сеть, выполненную с возможностью переноса продуктов ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых из ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 (например, частицы диоксида урана) могут быть консолидированы с помощью процесса консолидации, такого как, но не ограничиваясь этим, процесса прессования или процесса спекания, выполняемого с возможностью обеспечения уровня пористости в консолидированном ядерном топливе 200, подходящего для формирования пограничной сети 214, выполненной с возможностью переноса продукта ядерного деления 118 от поверхностей 212 ядерных топливных элементов 204 к геометрической поверхности 201 ядерного топлива 200. В качестве еще одного примера, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью механического процесса, выполняемого с возможностью обеспечения пространственной конфигурации в консолидированном ядерном топливе 200, подходящей для формирования пограничной сети 214, выполненной с возможностью переноса продукта 118 ядерного деления от поверхностей 212 ядерных топливных элементов 204 к геометрической поверхности 201 ядерного топлива 200.

[00289] На Фиг.65 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 6400 операций, показанной на Фиг. 64. На Фиг.65 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 6410 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 6502, операцию 6504 и/или операцию 6506.

[00290] Операция 6502 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами, чтобы достичь характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения, которая в некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов (например, размол в шаровой мельнице, наноструктурирование или химическая обработка) могут быть выполнены над используемыми ядерными топливными элементами 204 для того, чтобы уменьшить размеры 206 ядерного топливного элемента до размера ниже критического размера, необходимого для осуществления адекватной диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204.

[00291] Далее, операция 6504 иллюстрирует выполнение одного или нескольких способов обработки материала над несколькими ядерными топливными элементами, чтобы достичь характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения, которая в некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько способов обработки материала могут быть выполнены над используемыми ядерными топливными элементами 204 для того, чтобы уменьшить размеры 206 ядерного топливного элемента до размера ниже критического размера, требуемого для осуществления надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204.

[00292] Далее, операция 6506 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов холодной обработки над несколькими ядерными топливными элементами, чтобы достичь характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения, которая в некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, процесс холодной обработки может быть выполнен над используемыми ядерными топливными элементами 204 для того, чтобы уменьшить размеры 206 ядерного топливного элемента до размера ниже критического размера, требуемого для осуществления надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204. Процесс холодной обработки может включать, но не ограничиваясь этим, холодную прокатку, вытягивание, сгибание или уплотнение.

[00293] На Фиг. 66 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 6400 операций, показанной на Фиг. 64. На Фиг. 66 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 6410 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 6602.

[00294] Далее, операция 6602 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов отжига над несколькими ядерными топливными элементами, чтобы достичь характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения, которая в некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, процесс отжига может быть выполнен над используемыми ядерными топливными элементами 204 для того, чтобы уменьшить размеры 206 ядерного топливного элемента до размера ниже критического размера, требуемого для осуществления надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204. Кроме того, ядерные топливные элементы 204 могут быть отожжены в присутствии технологического газа, такого как восстанавливающего кислород газа.

[00295] На Фиг. 67 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 6400 операций, показанной на Фиг. 64. На Фиг. 67 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 6410 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 6702.

[00296] Далее, операция 6702 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов нормализации над несколькими ядерными топливными элементами, чтобы достичь характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения, которая в некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, процесс нормализации может быть выполнен над используемыми ядерными топливными элементами 204 для того, чтобы уменьшить размеры 206 ядерного топливного элемента до размера ниже критического размера, требуемого для осуществления надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204, как описано выше.

[00297] На Фиг. 68 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 6400 операций, показанной на Фиг. 64. На Фиг. 68 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 6410 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 6802.

[00298] Далее, операция 6802 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов отпуска над несколькими ядерными топливными элементами, чтобы достичь характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения, которая в некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, процесс отпуска может быть выполнен над используемыми ядерными топливными элементами 204 для того, чтобы уменьшить размер 206 ядерного топливного элемента до размера ниже критического размера, требуемого для осуществления надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204, как описано выше.

[00299] На Фиг.69 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 6400 операций, показанной на Фиг. 64. На Фиг.69 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 6410 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 6902.

[00300] Далее, операция 6902 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов химической обработки над несколькими ядерными топливными элементами, чтобы достичь характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения, которая в некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, процесс химической обработки может быть выполнен над используемыми ядерными топливными элементами 204 для того, чтобы уменьшить размеры 206 ядерного топливного элемента до размера ниже критического размера, требуемого для осуществления надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204. Например, процесс восстановления кислорода может быть осуществлен над используемыми ядерными топливными элементами 204, как описано выше.

[00301] На Фиг. 70 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 6400 операций, показанной на Фиг. 64. На Фиг. 70 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 6410 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 7002.

[00302] Далее, операция 7002 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов механической обработки над несколькими ядерными топливными элементами, чтобы достичь характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения, которая в некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, механический процесс (например, размол в шаровой мельнице) может быть выполнен над используемыми ядерными топливными элементами 204 для того, чтобы уменьшить один или несколько размеров ядерных топливных элементов 206 до размера ниже критического размера, требуемого для осуществления надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204.

[00303] На Фиг. 71 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 6400 операций, показанной на Фиг. 64. На Фиг. 71 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 6410 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 7102.

[00304] Далее, операция 7102 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов управления пористостью над несколькими ядерными топливными элементами, чтобы достичь заданной пористости в некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, процесс управления пористостью может быть выполнен над используемыми ядерными топливными элементами 204 для того, чтобы достичь заданной пористости в ядерных топливных элементах 204. Например, пористостью ядерного топлива 100 можно управлять посредством процесса термической обработки (например, процесса отжига или процесса плавления) или процесса химической обработки.

[00305] На Фиг. 72 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 6400 операций, показанной на Фиг. 64. На Фиг. 72 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 6410 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 7202.

[00306] Далее, операция 7202 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов управления зернистой текстурой над несколькими ядерными топливными элементами с целью достижения выбранной зернистой текстуры в некоторых из указанных нескольких топливных элементах. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, процесс управления зернистой текстурой может быть выполнен над используемыми ядерными топливными элементами 204 для достижения выбранной зернистой текстуры в двух или большем количестве зерен ядерных топливных элементов 204. Например, зернистой текстурой зерен ядерных топливных элементов 204 можно управлять посредством процесса термической обработки (например, отжигом) или процесса химической обработки (например, легированием).

[00307] На Фиг. 73 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 6400 операций, показанной на Фиг. 64. На Фиг. 73 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 6410 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 7302, операцию 7304 и/или операцию 7306.

[00308] Операция 7302 иллюстрирует облучение нескольких ядерных топливных элементов. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, процесс облучения (например, воздействие потоком нейтронов) может быть выполнен над используемыми ядерными топливными элементами 204 для того, чтобы уменьшить один или несколько размеров ядерных топливных элементов 206 до размера ниже критического размера, требуемого для осуществления надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204.

[00309] Операция 7304 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль выбранного измерения некоторых ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг.20, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 будут иметь характеристическую длину 206 вдоль выбранного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204. Например, в ядерных топливных элементах 204, имеющих удлиненную структуру, ядерные топливные элементы 204 могут иметь «тонкий» размер, который меньше или равен выбранной длине.

[00310] Операция 7306 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль выбранного направления некоторых из ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 2Е, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 будут иметь характеристическую длину 206 вдоль выбранного направления, которая меньше или равна выбранной длине. Например, в ядерных топливных элементах, имеющих удлиненную структуру, ядерные топливные элементы 204 могут иметь характеристическую длину 206 вдоль выбранного направления 134 внутри ядерного топлива 200. Например, ядерные топливные элементы могут иметь выбранную характеристическую длину 206 в радиальном направлении внутри изделия ядерного топлива цилиндрической формы (например, топливной таблетки).

[00311] На Фиг. 74 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 6400 операций, показанной на Фиг. 64. На Фиг. 74 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 6410 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 7402, операцию 7404 и/или операцию 7406.

[00312] Операция 7402 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами, чтобы получить среднюю характеристическую длину вдоль выбранного измерения некоторых ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 имеют среднюю характеристическую длину 206 вдоль выбранного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204.

[00313] Операция 7404 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами, чтобы получить среднюю характеристическую длину вдоль выбранного направления некоторых ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 имеют среднюю характеристическую длину 206 вдоль выбранного направления некоторых из ядерных топливных элементов 204, которая меньше или равна выбранной длине. Например, в ядерных топливных элементах 204, имеющих удлиненную структуру, ядерные топливные элементы 204 могут иметь среднюю характеристическую длину 206 вдоль выбранного направления 134 ядерного топлива 200. Например, ядерные топливные элементы могут иметь среднюю выбранную характеристическую длина 206 вдоль радиального направления внутри изделия ядерного топлива цилиндрической формы (например, топливной таблетки).

[00314] Операция 7406 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами, чтобы получить выбранное статистическое распределение характеристических длин в нескольких топливных элементах. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 могут иметь выбранное статистическое распределение характеристических длин 206. Например, ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 могут иметь распределение размеров элементов, в котором выбранный процент ядерных топливных элементов 204 имеет размер 206 ниже выбранной длине. Например, ядерное топливо 200, в соответствии с настоящим изобретением, может иметь такое распределение размеров 206 ядерного топливного элемента (например, частицы), что 65% ядерных топливных элементов 204 имеют размер 206, равный или меньше, чем 1 мкм, со средним размером 0,750 мкм. В другом примере ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 могут иметь выбранное пространственное распределение характеристических длин в консолидированном объеме ядерного топлива 200.

[00315] На Фиг. 75 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 6400 операций, показанной на Фиг. 64. На Фиг. 75 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 6410 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 7502, операцию 7504 и/или операцию 7506.

[00316] Операция 7502 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения выбранного набора статистических распределений характеристических длин. Например, ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 могут иметь несколько статистических распределений характеристических длин 206. Например, ядерное топливо 200, в соответствии с настоящим изобретением, может иметь такое распределение размеров 206 ядерного топливного элемента, что 25% ядерных топливных элементов 204 имеют размер, равный или меньше чем 1 мкм, 25% ядерных топливных элементов имеют размер 106, равный или меньше чем 0,5 мкм, и 10% ядерных топливных элементов имеют размер меньше 0,1 мкм.

[00317] Операция 7504 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине, причем выбранная длина является функцией химического состава ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 будут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, которая меньше, чем выбранная длина, которая является функцией химического состава ядерного топлива 200. Например, критический размер, необходимый для обеспечения надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов ядерного топлива 200, может зависеть от химического состава (например, от типа расщепляемых материалов, типа легирующих веществ, относительной концентрации расщепляемых материалов, и т.п.) топлива 200 ядерного реактора.

[00318] Операция 7506 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине, причем выбранная длина является функцией скорости образования продуктов ядерного деления ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 будут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, которая меньше, чем выбранная длина, которая является функцией скорости образования продуктов 108 ядерного деления внутри ядерного топлива 200. Например, критический размер, необходимый для обеспечения надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, может зависеть от скорости образования продукта 108 ядерного деления топлива 200 ядерного реактора. Кроме того, скорость образования продукта 108 ядерного деления (например, газообразного продукта 118 ядерного деления) пропорциональна скорости ядерного деления ядерного топлива 200, которая, в свою очередь, пропорциональна плотности мощности ядерного топлива 200, которая, в свою очередь, зависит от химического состава ядерного топлива 200.

[00319] На Фиг. 76 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 6400 операций, показанной на Фиг. 64. На Фиг. 76 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 6410 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 7602, операцию 7604, операцию 7606, операцию 7608 и/или операцию 7610.

[00320] Операция 7602 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине, причем выбранная длина является функцией рабочего состояния ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 будут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива, которая меньше, чем выбранная длина, которая является функцией рабочего состояния ядерного топлива 200. Например, критический размер, необходимый для обеспечения надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, может зависеть от рабочего состояния ядерного топлива 200.

[00321] Далее, операция 7604 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине, причем выбранная длина является функцией рабочей температуры ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 будут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, которая меньше, чем выбранная длина, которая является функцией рабочей температуры ядерного топлива 200. Например, критический размер, необходимый для обеспечения надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, может зависеть от рабочей температуры ядерного топлива 200.

[00322] Далее, операция 7606 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине, которая является функцией индуцированной давлением температуры ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 будут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива, которая меньше, чем выбранная длина, которая является функцией индуцированной давлением температуры ядерного топлива 200. Например, критический размер, необходимый для обеспечения надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, может зависеть может зависеть от индуцированной давлением температуры внутри топлива 100 ядерного реактора.

[00323] Операция 7608 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине, причем указанное по меньшей мере одно измерение выбирают так, чтобы в некоторых ядерных топливных элементах максимизировать теплопередачу из внутреннего объема ядерного топливного элемента к свободной поверхности ядерного топливного элемента. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 будут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, которое меньше, чем выбранная длина, при этом измерение ядерных топливных элементов выбирают для того, чтобы максимизировать теплопередачу из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200. Например, подлежащий минимизации размер ядерных топливных элементов 204 может быть выбран для того, чтобы максимизировать (или по меньшей мере улучшить) теплопередачу из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204.

[00324] Далее, операция 7610 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине, причем указанное по меньшей мере одно измерение выбирают так, чтобы в некоторых ядерных топливных элементах оно было по существу параллельно температурному градиенту во внутреннем объеме ядерного топливного элемента. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 будут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, которая меньше, чем выбранная длина, при этом указанное по меньшей мере одно измерение выбирают так, что в некоторых ядерных топливных элементов оно по существу параллельно температурному градиенту во внутреннем объеме зерна. Например, для того, чтобы максимизировать диффузию газообразного продукта 118 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204, «тонкий» размер ядерных топливных элементов 204 может быть выполнен с возможностью по существу перпендикулярного расположения к направлению температурного градиента внутри ядерного топлива 100.

[00325] На Фиг. 77 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 6400 операций, показанной на Фиг. 64. На Фиг. 77 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 6410 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 7702 и/или операцию 7704.

[00326] Операция 7702 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине, подходящей для поддержания уровня диффузии в указанных нескольких ядерных топливных элементах, необходимой для поддержания концентрации продукта ядерного деления в объеме ядерного топливного материала на уровне или ниже заданного уровня. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 будут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, которая меньше, чем выбранная длина, которая выбрана для поддержания выбранной концентрации продукта 108 ядерного деления (например, газообразного продукта 118 ядерного деления) в объеме 102 ядерного топлива 100 на уровне или ниже заданного уровня. Например, скорость диффузии из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204 в ядерных топливных элементов 204 может быть обратно пропорциональна среднему размеру 206 ядерного топливного элемента в ядерном топливе 200. В этом смысле, когда размеры 206 ядерных топливных элементов 204 уменьшаются, скорость диффузии газообразного продукта 118 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204 может увеличиться. Таким образом, концентрация газообразного продукта 118 ядерного деления в ядерных топливных элементов 204 может быть изменена, чтобы подпадать в приемлемые уровни концентрации путем корректировки размеров 206 ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200.

[00327] Далее, операция 7704 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине, подходящей для поддержания уровня диффузии в указанных нескольких ядерных топливных элементов, необходимого для поддержания концентрации продукта ядерного деления в объеме ядерного топливного материала на уровне или ниже уровня концентрации, необходимой для зарождения продукта ядерного деления. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 будут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, которая меньше, чем выбранная длина, которая выбрана для поддержания выбранной концентрации продукта 108 ядерного деления ниже уровня концентрации, необходимой для зарождения продукта 108 ядерного деления во внутреннем объеме 210 ядерного топливного элемента 204. Например, концентрация газообразного продукта 118 ядерного деления в ядерных топливных элементах 204 может быть изменена, чтобы упасть ниже уровня концентрации, необходимого для зарождения газообразного продукта ядерного деления во внутренних объемах 210 ядерных топливных элементов 204 путем корректировки размеров 206 ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200.

[00328] На Фиг. 78 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 6400 операций, показанной на Фиг. 64. На Фиг. 78 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 6410 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 7802 и/или операцию 7804.

[00329] Операция 7802 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине, причем в некоторых ядерных топливных элементах выбранная длина подходит для поддержания надлежащей диффузии газообразных продуктов ядерного деления из внутреннего объема ядерного топливного элемента к по меньшей мере одной свободную поверхности ядерного топливного элемента. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 будут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, которая меньше, чем выбранная длина, которая выбрана для поддержания надлежащей диффузии газообразного продукта ядерного деления (например, криптона или ксенона) из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204.

[00330] Операция 7804 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине, причем в некоторых ядерных топливных элементах выбранная длина подходит для поддержания надлежащей диффузии жидкого продукта ядерного деления из внутреннего объема ядерного топливного элемента к по меньшей мере одной свободной поверхности ядерного топливного элемента. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 будут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, которая меньше, чем выбранная длина, которая выбрана для поддержания надлежащей диффузии жидкого продукта ядерного деления (например, жидкого металла) из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204.

[00331] На Фиг. 79 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 6400 операций, показанной на Фиг. 64. На Фиг.79 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 6410 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 7902 и/или операцию 7904.

[00332] Операция 7902 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине, причем в некоторых ядерных топливных элементах выбранная длина подходит для поддержания надлежащей диффузии твердого продукта ядерного деления из внутреннего объема ядерного топливного элемента к по меньшей мере одной свободной поверхности ядерного топливного элемента. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 будут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, которая меньше, чем выбранная длина, которая выбрана для поддержания надлежащей диффузии твердого продукта ядерного деления (например, теллура или цезия) из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204.

[00333] Операция 7904 иллюстрирует использование нескольких ядерных топливных элементов, причем некоторые из указанных нескольких ядерных топливных элементов имеют пограничный слой, содержащий материал, отличающийся от материала внутреннего объема ядерного топливного элемента. Например, как изображено на Фиг.20, один или несколько из ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200 могут содержать пограничный слой, выполненный из материала, отличного от материала внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204. Например, ядерные топливные элементы 204 могут содержать пограничный слой на основе оксида, на основе нитрида или на основе карбида.

[00334] На Фиг. 80 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 6400 операций, показанной на Фиг. 64. На Фиг. 80 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 6410 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 8002 и/или операцию 8004.

[00335] Операция 8002 иллюстрирует использование нескольких ядерных топливных элементов, причем некоторые из указанных нескольких ядерных топливных элементов содержат два или большее количество зерен. Например, как изображено на Фиг.2F, один или несколько из ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200 может содержать два или большее количество зерен (т.е. ядерные топливные элементы 204 являются поликристаллическими).

[00336] Операция 8004 иллюстрирует использование нескольких ядерных топливных элементов, причем некоторые из указанных нескольких ядерных топливных элементов содержат несколько путей, выполненных с возможностью переноса продукта ядерного деления из по меньшей мере одной части внутреннего объема ядерного топливного элемент к по меньшей мере одной свободной поверхности ядерного топливного элемента. Например, как изображено на Фиг.2F, один или несколько из ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200 могут содержать один или несколько внутренних путей, подходящих для переноса газообразного продукта 118 ядерного деления из внутреннего объема 210 ядерного топливного элемента к поверхности 212 ядерного топливного элемента. Кроме того, как было описано выше, внутренние пути 110 могут быть ограничены межзеренной границей 112 между смежными зернами в том же самом ядерном топливном элементе 204.

[00337] На Фиг. 81 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 6400 операций, показанной на Фиг. 64. На Фиг. 81 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 6410 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 8102 и/или операцию 8104.

[00338] Операция 8102 иллюстрирует использование нескольких ядерных топливных элементов, причем некоторые из указанных нескольких ядерных топливных элементов содержит ядерный топливный материал на основе по меньшей мере одного из: оксида, смешанных оксидов, нитрида или карбида. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, используемый ядерный топливный элемент 204 может содержать керамический ядерный топливный материал. Например, указанные несколько ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200 могут содержать, но не ограничиваться этим, топливный материал на основе оксида металла (например, диоксид урана, диоксид плутония или диоксид тория), топливный материал на основе нитрида металла (например, нитрид урана) или топливный материал на основе карбида металла (например, карбид урана).

[00339] Операция 8104 иллюстрирует использование нескольких ядерных топливных элементов, причем некоторые из указанных нескольких ядерных топливных элементов содержат по меньшей мере одно из: изотоп урана, изотоп плутония или изотоп тория. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, используемый ядерный топливный элемент 204 может содержать расщепляемый ядерный материал, включая, но не ограничиваясь этим, уран-235 или плутоний-239. В качестве другого примера, используемый ядерный топливный элемент 204 может содержать не расщепляемый ядерный материал, включая, но не ограничиваясь этим, торий-232. Несмотря на то, что торий-232 сам по себе не является расщепляемым, он может быть использован для размножения урана-233, который по своей природе является расщепляемым.

[00340] На Фиг. 82 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 6400 операций, показанной на Фиг. 64. На Фиг. 82 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 6420 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 8202 и/или операцию 8204.

[00341] Операция 8202 иллюстрирует консолидацию нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, содержащего пограничную сеть, выполненную с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала, причем пограничная сеть содержит по меньшей мере один путь переноса, ограниченный областью между двумя или большим количеством соседних ядерных топливных элементов. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью процесса консолидации, такого как, но не ограничиваясь этим, процесса прессования или процесса спекания, выполняемого с возможностью обеспечения уровня пористости в консолидированном ядерном топливе 200, подходящего для формирования пограничной сети 214, имеющей по меньшей мере один путь 216 переноса. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью механического процесса, выполняемого с возможностью обеспечения пространственной конфигурации в консолидированном ядерном топливе 200, пригодной для формирования пограничной сети 214, имеющей по меньшей мере один путь 216 переноса.

[00342] Операция 8204 иллюстрирует консолидацию нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, содержащего пограничную сеть, выполненную с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала, причем пограничная сеть содержит по меньшей мере один путь переноса, пересекающий указанную по меньшей мере одну свободную поверхность. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью процесса консолидации, такого как, но не ограничиваясь этим, процесса прессования или процесса спекания, выполняемого с возможностью обеспечения уровня пористости в консолидированном ядерном топливе 200, подходящего для формирования пограничной сети 214, имеющей по меньшей мере один путь 216 переноса, пересекающий поверхность 212 одного или нескольких ядерных топливных элементов 204. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью механического процесса, выполняемого с возможностью обеспечения пространственной конфигурации в консолидированном ядерном топливе 200, пригодной для формирования пограничной сети 214, имеющей по меньшей мере один путь 216 переноса, пересекающий поверхность 212 одного или нескольких ядерных топливных элементов 204.

[00343] На Фиг. 83 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 6400 операций, показанной на Фиг. 64. На Фиг. 83 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 6420 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 8302 и/или операцию 8304.

[00344] Операция 8302 иллюстрирует консолидацию нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, содержащего пограничную сеть, выполненную с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала, причем пограничная сеть содержит несколько взаимосвязанных путей переноса, выполненных с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью процесса консолидации, такого как, но не ограничиваясь этим, процесса прессования или процесса спекания, выполняемых с возможностью обеспечения уровня пористости в консолидированном ядерном топливе 200, подходящего для формирования пограничной сети 214, имеющей несколько взаимосвязанных путей 216 переноса, выполненных с возможностью переноса продукта 118 ядерного деления от поверхностей 212 ядерных топливных элементов 204 к геометрической поверхности 201 ядерного топлива 200. В качестве еще одного примера, показанного на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью механического процесса, выполненного с возможностью обеспечения пространственной конфигурации в консолидированном ядерном топливе 200, подходящей для формирования пограничной сети 214, имеющей несколько соединенных между собой путей 216 переноса, выполненных с возможностью переноса продукта 118 ядерного деления от поверхностей 212 ядерных топливных элементов 204 к геометрической поверхности 201 ядерного топлива 200.

[00345] Далее, операция 8304 иллюстрирует консолидацию нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, содержащего пограничную сеть выполненную с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала, причем пограничная сеть содержит несколько взаимосвязанных путей переноса, выполненных с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала, при этом по меньшей мере, один из указанных нескольких взаимосвязанных путей переноса ограничен областью между двумя или большим количеством соседних ядерных топливных элементов. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью процесса консолидации, такого как, но не ограничиваясь этим, процесса прессования или процесса спекания, выполняемого с возможностью обеспечения уровня пористости в консолидированном ядерном топливе 200, подходящего для формирования пограничной сети 214, имеющей несколько взаимосвязанных путей 216 переноса, ограниченных областью между двумя или большим количеством соседних ядерных топливных элементов 204 и выполненных с возможностью переноса продукта 118 ядерного деления от поверхностей 212 ядерных топливных элементов 204 к геометрической поверхности 201 ядерного топлива 200. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью механического процесса, выполняемого с возможностью обеспечения пространственной конфигурации в консолидированном ядерном топливе 200, подходящей для формирования пограничной сети 214, имеющей несколько соединенных между собой путей 216 переноса, ограниченных областью между двумя или большим количеством смежных ядерных топливных элементов и выполненных с возможностью переноса продукта 118 ядерного деления от поверхностей 212 ядерных топливных элементов 204 к геометрической поверхности 201 ядерного топлива 200.

[00346] На Фиг.84 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 6400 операций, показанной на Фиг. 64. На Фиг.84 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 6420 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 8402.

[00347] Далее, операция 8402 иллюстрирует консолидацию нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, содержащего пограничную сеть, выполненную с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала, причем пограничная сеть содержит несколько взаимосвязанных путей, выполненных с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала, при этом по меньшей мере один из указанных нескольких взаимосвязанных путей переноса ограничен одной или несколькими незаполненными областями. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью процесса консолидации, такого как, но не ограничиваясь этим, процесса прессования или процесса спекания, выполняемого с возможностью обеспечения уровня пористости в консолидированном ядерном топливе 200, подходящем для формирования пограничной сети 214, имеющей несколько взаимосвязанных путей 216 переноса, ограниченных одной или несколькими незаполненными областями, и выполненных с возможностью переноса продукта 118 ядерного деления от поверхностей 212 ядерных топливных элементов 204 к геометрической поверхности 201 ядерного топлива 200. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью механического процесса, выполняемого с возможностью обеспечения пространственной конфигурации в консолидированном ядерном топливе 200, подходящей для формирования пограничной сети 214, имеющей несколько соединенных между собой путей 216 переноса, ограниченных областью между двумя или большим количеством смежных ядерных топливных элементов и выполненных с возможностью переноса продукта 118 ядерного деления от поверхностей 212 ядерных топливных элементов 204 к геометрической поверхности 201 ядерного топлива 200.

[00348] На Фиг. 85 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 6400 операций, показанной на Фиг. 64. На Фиг. 85 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 6420 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 8502 и/или операцию 8504.

[00349] Операция 8502 иллюстрирует консолидацию нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, содержащего пограничную сеть, выполненную с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала, причем пограничная сеть содержит несколько не взаимосвязанных путей переноса, выполненных с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью механического процесса, выполняемого с возможностью обеспечения пространственной конфигурации в консолидированном ядерном топливе 200, подходящей для формирования пограничной сети 214, имеющей несколько не взаимосвязанных путей 214 переноса, выполненных с возможностью переноса продукта 118 ядерного деления от поверхностей 212 ядерных топливных элементов 204 к геометрической поверхности 201 ядерного топлива 200.

[00350] Далее, операция 8504 иллюстрирует консолидацию нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, содержащего пограничную сеть, выполненную с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала, причем пограничная сеть содержит несколько не взаимосвязанных путей, выполненных с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала, при этом по меньшей мере один из указанных нескольких не взаимосвязанных путей переноса ограничен областью между поверхностями соседних и по существу параллельных или концентрических ядерных топливных элементов. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью механического процесса, выполняемого с возможностью обеспечения пространственной конфигурации в консолидированном ядерном топливе 200, подходящей для формирования пограничной сети 214, имеющей несколько не взаимосвязанных путей 214 переноса, ограниченных областью между поверхностями смежных и по существу параллельных или концентрических ядерных топливных элементов 204.

[00351] На Фиг. 86 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 6400 операций, показанной на Фиг. 64. На Фиг. 86 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 6420 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 8602, операцию 8604 и/или операцию 8606.

[00352] Операция 8602 иллюстрирует консолидацию нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность, причем ядерный топливный материал консолидирован до плотности, равной или ниже теоретической плотности. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, процесс консолидации (например, прессование, спекание и т.п.), используемые для создания объема 202 консолидированного ядерного топлива 200, может изготовить изделие ядерного топлива с выбранной плотностью, при этом выбранная плотность меньше теоретической плотности. Например, ядерное топливо 200 может быть консолидировано до плотности от 65% до 99% от теоретической плотности.

[00353] Операция 8604 иллюстрирует консолидацию нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность, причем ядерный топливный материал содержится в сохраняющем геометрическую форму контейнере. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, несколько топливных элементов 204 могут быть спрессованы в сохраняющем геометрическую форму контейнере или сосуде, пригодным для поддержания формы изделия ядерного топлива.

[00354] Операция 8606 иллюстрирует консолидацию нескольких ядерных топливных элементов в устойчивый объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, порошок оксида металла, такого как диоксид урана, может быть сформирован в устойчивую геометрию путем прессования и спекания.

[00355] На Фиг. 87 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 6400 операций, показанной на Фиг. 64. На Фиг. 87 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 6420 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 8702 и/или операцию 8704.

[00356] Операция 8702 иллюстрирует прессование нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, несколько топливных элементов 204, таких как порошок оксида металла (например, порошок диоксида урана), могут быть помещены в пресс-форму и спрессованы с образованием устойчивой топливной таблетки.

[00357] Операция 8704 иллюстрирует спекание нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, несколько топливных элементов 204, таких как порошок оксида металла (например, порошок диоксида урана), могут быть помещены в пресс-форму и спрессованы и спечены с образованием устойчивой топливной таблетки.

[00358] На Фиг.88 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 6400 операций, показанной на Фиг. 64. На Фиг.88 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 6420 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 8802, операцию 8804, операцию 8806 и/или операцию 8808.

[00359] Операция 8802 иллюстрирует механическое размещение нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, несколько топливных элементов 204, таких как несколько керамических ядерных топливных элементов, могут быть механически расположены в объеме 202 ядерного топлива 200.

[00360] Далее, операция 8804 иллюстрирует вплетение нескольких линейных ядерных топливных элементов в твердый объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность. Например, как изображено на Фиг.2J, несколько топливных элементов 204, таких как несколько керамических ядерных топливных элементов, могут быть вплетены в тканую структуру 224 ядерного топлива 200.

[00361] Далее, операция 8806 иллюстрирует сворачивание нескольких плоских ядерных топливных элементов в твердый объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность. Например, как изображено на Фиг.21, ядерный топливный элемент 204, такой как керамический плоский лист или лист, содержащий керамический ядерный топливный материал, может быть свернут в цилиндрический объем 222. Далее, следует понимать, что два или большее количество цилиндрических свернутых объемов 222 могут быть консолидированы, чтобы сформировать ядерное топливо 200.

[00362] Далее, операция 8808 иллюстрирует укладку друг на друга нескольких плоских ядерных топливных элементов с образованием твердого объема ядерного топливного материала, имеющего поверхность. Например, как изображено на Фиг.2Н, два или большее количество топливных элементов 204, таких как плоский лист из оксида металла или карбида металла, могут быть уложены друг на друга, чтобы сформировать объем ядерного топлива 200.

[00363] Фиг.89 иллюстрирует последовательность 8900 операций, представляющую собой иллюстративные операции, относящиеся к способу изготовления ядерного топлива. Фиг.89 иллюстрирует иллюстративный вариант выполнения, в котором иллюстративная последовательность 6400 операций, изображенная на Фиг. 64, может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 8910, операцию 8912, операцию 8914 и/или операцию 8916.

[00364] После выполнения начальных операций, операции 6410 и операции 6420, последовательность 8900 операций переходит к операции 8910 обработки. Операция 8910 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, над объемом 202 ядерного топлива 200 может быть выполнен один или несколько этапов процесса.

[00365] Операция 8912 иллюстрирует выполнение одного или нескольких способов обработки материалов над консолидированным объемом ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или нескольких способов обработки материалов могут быть выполнены над объемом 202 ядерного топлива 200 для того, чтобы дополнительно уменьшить размеры тепловыделяющих элементов 204 или пограничной сети 214 ядерного топлива 200.

[00366] Далее, операция 8914 иллюстрирует холодную обработку консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 202 ядерного топлива 200 может быть подвергнут холодной обработке для того, чтобы дополнительно уменьшить размеры ядерных элементов 204 или пограничной сети 214 ядерного топлива 200. Процесс холодной обработки может включать, но не ограничиваясь этим, холодную прокатку, экструзию при низкой температуре, сгибание, уплотнение или вытягивание.

[00367] Далее, операция 8916 иллюстрирует отжиг консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 202 ядерного топливного материала может быть подвергнут отжигу. Например, после холодной обработки топливо 200 ядерного реактора может быть подвергнуто отжигу для того, чтобы дополнительно уменьшить размеры ядерных элементов 204 или пограничной сети 214 ядерного топлива 200.

[00368] На Фиг. 90 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 8900 операций, показанной на Фиг. 89. На Фиг. 90 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 8910 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 9002 и/или операцию 9004.

[00369] Далее, операция 9002 иллюстрирует нормализацию консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 202 ядерного топлива 200 может быть нормализован в целях дополнительного уменьшения размеров ядерных элементов 204 или пограничной сети 214 ядерного топлива 200.

[00370] Далее, операция 9004 иллюстрирует отпуск консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг.1А-4, консолидированный объем 202 ядерного топлива 200 может быть подвергнут отпуску в целях дополнительного уменьшения размеров ядерных элементов 204 или пограничной сети 214 ядерного топлива 200.

[00371] На Фиг. 91 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 8900 операций, показанной на Фиг. 89. На Фиг. 91 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 8910 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 9102 и/или операцию 9104.

[00372] Далее, операция 9102 иллюстрирует химическую обработку консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 202 ядерного топлива 200 может быть подвергнут химической обработке для дополнительного уменьшения размеров ядерных элементов 204 или пограничной сети 214 ядерного топлива 200.

[00373] Далее, операция 9104 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов управления пористостью над консолидированным объемом ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 202 ядерного топлива 200 может быть подвергнут процессу управления пористостью (например, отжигу или химической обработке).

[00374] На Фиг. 92 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 8900 операций, показанной на Фиг. 89. На Фиг. 92 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 8910 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 9202 и/или операцию 9204.

[00375] Операция 9202 иллюстрирует введение консолидированного объема ядерного топливного материала в среду с повышенной температурой. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 202 ядерного топлива 200 может быть введен в среду с высокой температурой, например, при работе в ядерном реакторе.

[00376] Операция 9204 иллюстрирует облучение консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 202 ядерного топлива 200 может быть подвергнут облучению (например, облучению при работе в ядерном реакторе или облучению с помощью источника нейтронов) с целью уменьшения размеров ядерных топливных элементов 204 или пограничной сети 214.

[00377] На Фиг. 93 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 8900 операций, показанной на Фиг. 89. На Фиг. 93 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 8910 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 9302.

[00378] Операция 9302 иллюстрирует выполнение процесса ядерного расщепления с использованием консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 202 ядерного топлива 200 может быть использован в процессе ядерного расщепления (например, использован в ядерном реакторе). Следует понимать, что размеры элементов 204 ядерного деления могут стать меньше и/или пограничная сеть 214 ядерного топлива 200 может стать более сформированной при использовании ядерного топлива 200 в ядерном реакторе 200.

[00379] Фиг. 94 иллюстрирует последовательность 9400 операций, представляющую собой иллюстративные операции, относящиеся к способу изготовления ядерного топлива. На Фиг. 94 и на последующих чертежах, которые включают в себя различные примеры последовательностей операций, обсуждение и объяснение может быть предусмотрено в отношении вышеописанных примеров, показанных на Фиг. 1А-4 и/или в отношении других примеров и контекстов. Тем не менее, следует понимать, что последовательности операций могут быть выполнены в ряде других сред и условий, и/или в модифицированных версиях Фиг. 1А-4. Кроме того, несмотря на то, что различные последовательности операций представлены на чертежах в изображенной последовательности, следует понимать, что различные операции могут быть выполнены в других последовательностях, чем те, которые проиллюстрированы, или же они могут выполняться одновременно.

[00380] После начала операции, последовательность 9400 операций обеспечивает выполнение операции 9410. Обеспечение выполнения операции 9410 изображает использование ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, могут быть предусмотрены различные типы ядерного топлива, включая, но не ограничиваясь этим, ядерные топливные материалы на основе оксида металла или металлического сплава. Более того, используемый ядерный топливный материал может быть подвергнут обработке для того, чтобы уменьшить размер частицы ядерного топлива до требуемой величины. Например, объем ядерного топливного материала может быть подвергнут обработке в шаровой мельнице (например, реактивной) для того, чтобы достичь требуемого среднего размера частиц.

[00381] Далее, операция 9420 диспергирования изображает диспергирование нескольких диспергирующих частиц в ядерном топливном материале, причем некоторые из диспергирующих частиц выполнены с возможностью создания предпочтительных центров заполнения продуктом ядерного деления в ядерном топливном материале. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, указанные несколько диспергирующих частиц 318 могут содержать, но не ограничивается этим, порошок из частиц материала выбранного типа. Эти частицы могут быть затем смешаны (например, сухое смешивание или влажное смешивание) с указанным ядерным топливным материалом. В другом случае диспергирующие частицы 318 могут быть диспергированы в расплавленном металлическом ядерном топливном материале перед отливкой ядерного топливного материала.

[00382] Далее, операция 9430 консолидации изображает консолидацию ядерного топливного материала в объеме ядерного топливного материала, имеющего поверхность, причем консолидированный ядерный топливный материал содержит несколько зерен. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерный топливный материал и перемешанные диспергирующие частицы 318 могут быть консолидированы в объем 102 ядерного топливного материала, имеющего несколько зерен 104. Например, объем 102 металлического ядерного топливного материала 124 может быть отлит из расплавленной фазы в твердое изделие ядерного топлива. В другом случае керамический ядерный топливный материал 128 может быть выполнен во время процесса прессования и спекания. Консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может затем быть использован для дальнейшей обработки.

[00383] Далее, операция 9440 обработки изображает выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен, которая меньше чем или равна выбранной длине, при этом выбранная длина в некоторых из зерен подходит для поддержания надлежащей диффузии продукта ядерного деления из внутреннего объема зерна к по меньшей мере одной межзеренной границе. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько этапов процесса может быть выполнен над объемом 102 ядерного топливного материала (например, топливного стержня, топливной таблетки или топливной крошки) для того, чтобы уменьшить размеры 106 зерен 104 в объеме 102 ядерного топливного материала до размера, ниже критического размера, требуемого для осуществления надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 110 зерен 104 к межзеренным границам 112.

[00384] На Фиг. 95 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 9400 операций, показанной на Фиг. 94. На Фиг. 95 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 9420 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 9502 и/или операцию 9504.

[00385] Операция 9502 показывает диспергирование нескольких диспергирующих частиц в ядерном топливном материале, причем некоторые из диспергирующих частиц содержат керамический материал. Например, диспергирующие частицы 318 могут содержать один или несколько типов керамических материалов.

[00386] Далее, операция 9504 показывает диспергирование нескольких диспергирующих частиц в ядерном топливном материале, причем некоторые из диспергирующих частиц содержат по меньшей мере одно из: оксидный материал, нитридный материал или карбидный материал. Например, диспергирующие частицы 318 могут содержать, но не ограничиваются этим, одну или несколько частиц оксида, частиц нитрида или частиц карбида. Например, некоторые диспергирующие частицы могут содержать стабильный оксид, такой как диоксид циркония.

[00387] На Фиг. 96 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 9400 операций, показанной на Фиг. 94. На Фиг. 96 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 9420 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 9602 и/или операцию 9604.

[00388] Операция 9602 показывает диспергирование нескольких диспергирующих частиц в ядерном топливном материале, причем некоторые из диспергирующих частиц содержат металлический материал. Например, диспергирующие частицы 318 могут содержать один или несколько типов металлических материалов.

[00389] Далее, операция 9604 показывает диспергирование нескольких диспергирующих частиц в ядерном топливном материале, причем некоторые из диспергирующих частиц содержат по меньшей мере одно из: металлический материал, материал из металлического сплава или и нтер металлически и материал. Например, диспергирующие частицы 318 могут содержать, но не ограничиваются этим, одну или несколько металлических частиц, частиц металлического сплава или интерметаллических частиц.

[00390] На Фиг. 97 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 9400 операций, показанной на Фиг. 94. На Фиг. 97 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 9420 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 9702 и/или операцию 9704.

[00391] Операция 9702 показывает диспергирование нескольких диспергирующих частиц в ядерном топливном материале, причем некоторые из диспергирующих частиц диспергированы вдоль одной или нескольких межзеренных границ ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, некоторые диспергирующие частицы могут быть расположены так, что они локализованы на одной или нескольких межзеренных границах 112 ядерного топлива 100. Диспергирующие частицы на межзеренных границах 112 зерен 104 ядерного топлива 100 могут служить в качестве предпочтительных центров заполнения газообразным продуктом 118 ядерного деления, которые могут способствовать образованию «открытых» пузырьков вдоль межзеренных границ 112 во время эксплуатации ядерного топлива.

[00392] Операция 9704 показывает диспергирование нескольких диспергирующих частиц в ядерном топливном материале, причем некоторые из диспергирующих частиц имеют геометрическую форму. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, диспергирующие частицы могут иметь по существу сферическую форму. В общем смысле, диспергирующие частицы могут иметь любую правильную или неправильную трехмерную форму.

[00393] На Фиг. 98 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 9400 операций, показанной на Фиг. 94. На Фиг. 98 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 9420 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 9802.

[00394] Операция 9802 показывает диспергирование нескольких диспергирующих частиц в ядерном топливном материале, причем указанные несколько диспергирующих частиц расположены с возможностью формирования геометрической структуры низкой плотности в консолидированном объем ядерного топливного материала. Например, в случае цилиндрической топливной таблетки диспергирующие частицы 318 могут быть распределены по всему ядерному топливу 100 таким образом, что создаются концентрические цилиндрические оболочки низкой плотности.

[00395] На Фиг. 99 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 9400 операций, показанной на Фиг. 94. На Фиг. 99 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 9420 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 9902 и/или операцию 9904.

[00396] Операция 9902 показывает диспергирование нескольких диспергирующих частиц в ядерном топливном материале, причем указанные несколько диспергирующих частиц диспергированы в ядерном топливном материале до выполнения процесса формирования твердого объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, диспергирующие частицы 318 может быть смешаны с ядерным топливным материалом или с исходным продуктом ядерного топливного материала до выполнения процесса спекания под давлением.

[00397] Далее, операция 9904 показывает диспергирование нескольких диспергирующих частиц в ядерном топливном материале, причем указанные несколько диспергирующих частиц диспергированы в ядерном топливном материале до выполнения процесса спекания ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, диспергирующие частицы 318 могут быть смешаны с ядерным топливом или с исходным продуктом ядерного топливного материала до выполнения процесса спекания под давлением.

[00398] На Фиг. 100 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 9400 операций, показанной на Фиг. 94. На Фиг. 100 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 9420 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 10002.

[00399] Далее, операция 10002 иллюстрирует диспергирование нескольких диспергирующих частиц в ядерном топливном материале, причем указанные несколько диспергирующих частиц диспергированы в ядерном топливном материале до выполнения процесса отливки ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, диспергирующие частицы 318 могут быть диспергированы внутри объема расплавленного ядерного топливного материала до начала процесса отливки.

[00400] На Фиг. 101 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 9400 операций, показанной на Фиг. 94. На Фиг. 101 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 9410 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 10102, операцию 10104 и/или операцию 10106.

[00401] Операция 10102 иллюстрирует использование керамического ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, используемый ядерный топливный материал может содержать ядерный топливный материал на основе керамики. Например, ядерное топливо может содержать, но не ограничивается этим, ядерный топливный материал на основе оксида (например, оксида урана), топливный материал на основе смеси оксидов (например, смеси оксида плутония и обедненного оксида урана), нитрида (например, нитрида урана) или карбида (например, карбида урана).

[00402] Операция 10104 иллюстрирует использование ядерного топливного материала на основе металла, сплава металлов или интерметаллического соединения. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, используемый ядерный топливный материал может содержать ядерный топливный материал на основе металла. Например, указанные несколько ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200 могут содержать, но не ограничиваются этим, ядерный топливный материал на основе металла (например, урана, плутония или тория), ядерный топливный материал на основе металлического сплава (например, уран-циркония, уран-плутоний-циркония или уран-цирконий-гидрида), или интерметаллический ядерный топливный материал (например, UFe2 или UNi2).

[00403] Операция 10106 иллюстрирует использование ядерного топливного материала, содержащего по меньшей мере один из изотопов урана, изотопов плутония или изотопов тория. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, используемый ядерный топливный материал может содержать расщепляемый ядерный материал, включая, но не ограничиваясь этим, уран-235 или плутоний-239. В качестве другого примера, используемые ядерные топливные элементы 204 могут содержать не расщепляемый ядерный материал, включая, но не ограничиваясь этим, торий-232. Хотя торий-232 сам по себе не является расщепляемым, он может быть использован для размножения урана-233, который по своей природе является расщепляемым.

[00404] На Фиг. 102 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 9400 операций, показанной на Фиг. 94. На Фиг. 102 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 9430 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 10202 и/или операцию 10204.

[00405] Операция 10202 иллюстрирует консолидацию ядерного топливного материала в объеме ядерного топливного материала, имеющего поверхность, причем консолидированный ядерный топливный материал содержит несколько зерен, причем некоторые из указанных нескольких зерен имеют пограничный слой, содержащий материал, отличающийся от материала внутреннего объема зерна. Например, как изображено на Фиг.1J, зерна 104 ядерного топлива 100 могут содержать пограничный слой 154, выполненный из материала, отличающегося от материала внутренних объемов 110 зерен. Например, зерна 104 могут содержать пограничный слой 154 на основе оксида или на основе карбида.

[00406] Операция 10204 иллюстрирует консолидацию ядерного топливного материала в объеме ядерного топливного материала, имеющего поверхность, причем ядерный топливный материал консолидирован до плотности, равной или ниже теоретической плотности. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, процесс консолидации (например, отливка, прессование, спекание и т.п.), используемые для создания объема 102 консолидированного ядерного топливного материала, может изготовить изделие ядерного топлива, имеющего выбранную плотность, причем выбранная плотность меньше, чем теоретическая плотность. Например, ядерный топливный материал может быть консолидирован до плотности в пределах приблизительно от 65 до 99% от теоретической плотности.

[00407] На Фиг. 103 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 9400 операций, показанной на Фиг. 94. На Фиг. 103 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 9430 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 10302 и/или операцию 10304.

[00408] Операция 10302 иллюстрирует консолидацию ядерного топливного материала в объеме ядерного топливного материала, имеющего поверхность, причем объем ядерного топлива содержится в сохраняющем геометрическую форму контейнере. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, процесс отливки может консолидировать металлический ядерный материал топлива внутри топливного стержня, где расплавленный металлический ядерный топливный материал может затем затвердевать.

[00409] Операция 10304 изображает консолидацию ядерного топливного материала в твердом устойчивом объеме ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, порошок оксида металла, например, диоксид урана, может быть консолидирован и сформирован с устойчивой геометрией.

[00410] На Фиг.104 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 9400 операций, показанной на Фиг. 94. На Фиг.104 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 9430 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 10402 и/или операцию 10404.

[00411] Операция 10402 иллюстрирует операцию прессования ядерного топливного материала в консолидированный твердый устойчивый объем ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, порошок оксида металла, такого как диоксид урана, может быть помещен в пресс-форму и отпрессован с образованием устойчивой топливной таблетки.

[00412] Операция 10404 иллюстрирует операцию спекания ядерного топливного материала в консолидированный твердый устойчивый объем ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, порошок оксида металла, такого как диоксид урана, может быть помещен в пресс-форму и отпрессован и спечен с образованием устойчивой топливной таблетки.

[00413] На Фиг. 105 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 9400 операций, показанной на Фиг. 94. На Фиг. 105 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 9440 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 10502, операцию 10504 и/или операцию 10506.

[00414] Операция 10502 иллюстрирует выполнение одного или нескольких способов обработки материала над консолидированным объемом ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько способов обработки материала могут быть выполнены над объемом 102 ядерного топлива 100 для того, чтобы дополнительно уменьшить размеры тепловыделяющих элементов 104 или пограничной сети 114 ядерного топлива 100.

[00415] Далее, операция 10504 иллюстрирует холодную обработку консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топлива 100 может быть подвергнут холодной обработке для того, чтобы дополнительно уменьшить размеры ядерных элементов 104 или пограничной сети 114 ядерного топлива 100. Процесс холодной обработки может включать, но не ограничиваться этим, холодную прокатку, экструзию при низкой температуре, сгибание, уплотнение или вытягивание.

[00416] Далее, операция 10506 иллюстрирует отжиг консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть подвергнут отжигу. Например, после холодной обработки топливо 100 ядерного реактора может быть отожжено для того, чтобы дополнительно уменьшить размеры ядерных элементов 104 или пограничной сети 114 ядерного топлива 100.

[00417] На Фиг. 106 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 9400 операций, показанной на Фиг. 94. На Фиг. 106 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 9440 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 10602 и/или операцию 10604.

[00418] Далее, операция 10602 иллюстрирует нормализацию консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топлива 100 может быть нормализован в целях дальнейшего уменьшения размеров ядерных элементов 104 или пограничной сети 114 ядерного топлива 100.

[00419] Далее, операция 10604 иллюстрирует отпуск консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топлива 100 может быть подвергнут отпуску в целях дальнейшего уменьшения размеров ядерных элементов 104 или пограничной сети 114 ядерного топлива 100.

[00420] На Фиг. 107 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 9400 операций, показанной на Фиг. 94. На Фиг. 107 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 9440 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 10702 и/или операцию 10704.

[00421] Далее, операция 10702 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов механической обработки над консолидированным объемом ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топлива 100 может быть подвергнут механической обработке (например, растяжению, изгибу, уплотнению и т.п.) с целью дальнейшего уменьшения размеров ядерных элементов 104 или пограничной сети 114 ядерного топлива 100.

[00422] Далее, операция 10704 иллюстрирует химическую обработку консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топлива 100 может быть подвергнут химической обработке для того, чтобы дополнительно уменьшить размеры ядерных элементов 104 или пограничной сети 114 ядерного топлива 100.

[00423] На Фиг.108 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 9400 операций, показанной на Фиг. 94. На Фиг.108 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 9440 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 10802 и/или операцию 10804.

[00424] Далее, операция 10802 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов управления пористостью над консолидированным объемом ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топлива 100 может быть подвергнут процессу управления пористостью (например, отжигу или химической обработке).

[00425] Далее, операция 10804 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов управления зернистой текстурой над консолидированным объемом ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топлива 100 может быть подвергнут процессу управления зернистой текстурой, такому как отжиг или химическая обработка (например, легирование) для того, чтобы управлять зернистой текстурой указанных нескольких зерен 104 ядерного топлива 100.

[00426] На Фиг. 109 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 9400 операций, показанной на Фиг. 94. На Фиг. 109 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 9440 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 10902 и/или операцию 10904.

[00427] Операция 10902 иллюстрирует введение консолидированного объема ядерного топливного материала в среду с повышенной температурой.

Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топлива 200 может быть введен в среду с высокой температурой, например, при работе в ядерном реакторе.

[00428] Операция 10904 иллюстрирует облучение консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топлива 100 может быть облучен (например, облучен при работе в ядерном реакторе или облучен с помощью источника нейтронов) с целью уменьшения размеров ядерных топливных элементов 104 или пограничной сети 114.

[00429] На Фиг. 110 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 9400 операций, показанной на Фиг. 94. На Фиг.110 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 9440 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 11002 и/или операцию 11004.

[00430] Операция 11002 иллюстрирует выполнение процесса ядерного расщепления с использованием консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топлива 100 может быть использован в процессе ядерного расщепления (например, использован в ядерном реакторе). Следует понимать, что размеры зерен 104 ядерного топлива 100 могут стать меньше и/или пограничная сеть 114 ядерного топлива 100 может стать более развитой при использовании ядерного топлива 100 в ядерном реакторе.

[00431] Операция 11004 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль выбранного измерения некоторых зерен, которая меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг.1G, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что зерна 104 ядерного топлива 100 будут иметь характеристическую длину 106 вдоль выбранного измерения некоторых зерен 104. Например, в зернах, имеющих удлиненную структуру, зерна 104 могут иметь «тонкое» измерение, меньшее или равное выбранной длине.

[00432] На Фиг. 111 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 9400 операций, показанной на Фиг. 94. На Фиг. 111 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 9440 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 11102 и/или операцию 11104.

[00433] Операция 11102 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль выбранного направления некоторых зерен, которая меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг.1Н, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что зерна 104 ядерного топлива 100 будут иметь характеристическую длину 106 вдоль выбранного направления некоторых зерен, которая меньше или равна выбранной длине. Например, в случае зерен, имеющих удлиненную структуру, зерна 104 могут иметь характеристическую длину 106 вдоль выбранного направления 134 в ядерном топливе 100. Например, зерна могут иметь выбранную характеристическую длину 106 в радиальном направлении в изделии ядерного топлива цилиндрической формы (например, топливной таблетки).

[00434] Операция 11104 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала для формирования средней характеристической длины вдоль выбранного измерения некоторых зерен, которая меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг.1G, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что зерна 104 ядерного топлива 100 будут иметь среднюю характеристическую длину 106 вдоль выбранного измерения некоторых зерен 104.

[00435] На Фиг. 112 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 9400 операций, показанной на Фиг. 94. На Фиг.112 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 9440 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 11202 и/или операцию 11204.

[00436] Операция 11202 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала для формирования средней характеристической длины вдоль выбранного направления некоторых зерен, которая меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 1Н, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что зерна 104 ядерного топлива 100 будут иметь среднюю характеристическую длину 106 вдоль выбранного направления некоторых из зерен, которая меньше или равна выбранной длине. Например, в случае зерен, имеющих удлиненную структуру, зерна 104 могут иметь среднюю характеристическую длину 106 вдоль выбранного направления 134 в ядерном топливе 100. Например, зерна могут иметь выбранную характеристическую длину 106 в радиальном направлении в изделии ядерного топлива цилиндрической формы (например, топливной таблетки).

[00437] Операция 11204 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения выбранного статистического распределения характеристических длин. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, зерна 104 ядерного топлива 100 могут иметь выбранное статистическое распределение характеристических длин. Например, зерна 104 ядерного топлива 100 могут иметь распределение размеров зерен, в котором выбранный процент зерен 104 имеет размер 106 ниже выбранной длины. Например, ядерное топливо 100, в соответствии с настоящим изобретением, может иметь такое распределение размеров 106 зерен, в котором 65% зерен имеют размер 106, равный или меньше, чем 4 мкм, со средним размером зерна, равным 2,5 мкм. В другом примере зерна 104 ядерного топлива 100 могут иметь выбранное пространственное распределение характеристических длин.

[00438] На Фиг. 113 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 9400 операций, показанной на Фиг. 94. На Фиг. 113 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 9440 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 11302.

[00439] Операция 11302 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения выбранного набора статистических распределений характеристических длин. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, зерна 104 ядерного топлива 100 могут иметь несколько статистических распределений характеристических длин. Например, ядерное топливо 100, в соответствии с настоящим изобретением, может иметь распределение размеров 106 зерен, в котором 25% зерен имеют размер 106, равный или меньше, чем 2 мкм, 25% зерен имеют размер 106, равный или меньше, чем 1 мкм, а 10% зерен имеют размер меньше 0,5 мкм.

[00440] На Фиг. 114 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 9400 операций, показанной на Фиг. 94. На Фиг. 114 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 9440 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 11402 и/или операцию 11404.

[00441] Операция 11402 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен, которая меньше или равна выбранной длине, при этом выбранная длина является функцией рабочего состояния ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что зерна 104 ядерного топлива 100 будут иметь характеристическую длину 106 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен 104 ядерного топлива, которая меньше, чем выбранная длина, которая является функцией рабочего состояния ядерного топлива 100. Например, критический размер, необходимый для обеспечения надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 110 зерен к межзеренным границам 112 ядерного топлива, может зависеть от рабочего состояния ядерного топлива 100.

[00442] Далее, операция 11404 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен, которая меньше или равна выбранной длине, при этом выбранная длина является функцией рабочей температуры ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что зерна 104 ядерного топлива 100 будут иметь характеристическую длину 106 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен 104 ядерного топлива, которая меньше, чем выбранная длина, которая является функцией рабочей температуры ядерного топлива 100. Например, критический размер, необходимый для обеспечения надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 110 зерен к межзеренным границам 112 ядерного топлива, может зависеть от рабочей температуры ядерного топлива 100.

[00443] На Фиг. 115 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 9400 операций, показанной на Фиг. 94. На Фиг. 115 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 9440 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 11502.

[00444] Далее, операция 11502 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен, которая меньше или равна выбранной длине, причем выбранная длина является функцией индуцированной давлением температуры ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что зерна 104 ядерного топлива 100 будут иметь характеристическую длину 106 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен 104 ядерного топлива, которая меньше, чем выбранная длина, которая является функцией индуцированной давлением температуры ядерного топлива 100. Например, критический размер, необходимый для обеспечения надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 110 зерен к межзеренным границам 112 ядерного топлива, может зависеть от индуцированной давлением температуры внутри ядерного топлива 100.

[00445] На Фиг. 116 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 9400 операций, показанной на Фиг. 94. На Фиг. 116 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 9440 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 11602.

[00446] Операция 11602 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен, которая меньше или равна выбранной длине, при этом выбранная длина является функцией химического состава ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что зерна 104 ядерного топлива 100 будут иметь характеристическую длину 106 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен 104 ядерного топлива, которая меньше, чем выбранная длина, которая является функцией химического состава ядерного топлива 100. Например, критический размер, необходимый для обеспечения надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 110 зерен к межзеренным границам 112 ядерного топлива, может зависеть от химического состава (например, типа расщепляемого материала, типа легирующих веществ, относительной концентрации расщепляемых материалов, или того подобного) топлива 100 ядерного реактора.

[00447] На Фиг. 117 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 9400 операций, показанной на Фиг. 94. На Фиг. 117 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 9440 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 11702 и/или операцию 11704.

[00448] Операция 11702 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен, которая меньше или равна выбранной длине, при этом выбранная длина является функцией скорости образования продукта ядерного деления ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что зерна 104 ядерного топлива 100 будут иметь характеристическую длину 106 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен 104 ядерного топлива, которая меньше, чем выбранная длина, которая является функцией скорости образования продукта 108 ядерного деления в ядерном топливе 100. Например, критический размер, необходимый для обеспечения надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 110 зерен к межзеренным границам 112 ядерного топлива, может зависеть от скорости образования продукта 108 ядерного деления ядерного топлива 100. Кроме того, скорость образования продукта 108 ядерного деления (например, скорость образования газообразного продукта 118 ядерного деления) пропорциональна скорости ядерного деления в ядерном топливе 100, которая, в свою очередь, пропорциональна плотности мощности ядерного топлива 100, которая, в свою очередь, зависит от химического состава ядерного топлива 100.

[00449] На Фиг. 118 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 9400 операций, показанной на Фиг. 94. На Фиг. 118 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 9440 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 11802 и/или операцию 11804.

[00450] Операция 11802 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен, которая меньше или равна выбранной длине, причем указанное по меньшей мере одно измерение в некоторых из зерен выбирают для максимизации теплопередачи из внутреннего объема зерна к границе зерна. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что зерна 104 ядерного топлива 100 будут иметь характеристическую длину 106 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен 104 ядерного топлива, которая меньше, чем выбранная длина, при этом размер зерен выбирают так, чтобы максимизировать теплопередачу из внутренних объемов 110 зерен к межзеренным границам 112 ядерного топлива 100. Например, предназначенный для минимизации размер зерен 104 может быть выбран для того, чтобы максимизировать (или по меньшей мере улучшить) теплопередачу из внутренних объемов 110 зерен к межзеренным границам 112.

[00451] Далее, операция 11804 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен, которая меньше или равна выбранной длине, причем указанное по меньшей мере одно измерение в некоторых из зерен выбирают по существу параллельным температурному градиенту во внутреннем объеме зерна. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что зерна 104 ядерного топлива 100 будут иметь характеристическую длину 106 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен 104 ядерного топлива, которая меньше, чем выбранная длина, при этом указанное по меньшей мере одно измерение в некоторых из зерен выбирают по существу параллельным температурному градиенту во внутреннем объеме зерна. Например, для того, чтобы максимизировать диффузию газообразного продукта 118 ядерного деления из внутренних объемов 110 зерна к межзеренным границам 112, «тонкое» измерение зерен 104 может быть выполнено с возможностью расположения по существу перпендикулярно направлению температурного градиента в ядерном топливе 100. И, наоборот, «толстое» измерение зерен 104 может быть выполнено с возможностью расположения по существу параллельно направлению температурного градиента в ядерном топливе 100.

[00452] На Фиг. 119 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 9400 операций, показанной на Фиг. 94. На Фиг. 119 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 9440 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 11902 и/или операцию 11904.

[00453] Операция 11902 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен, которая меньше чем или равна выбранной длине, при этом выбранная длина подходит для поддержания диффузии на уровне, необходимом для поддержания концентрации продуктов ядерного деления в объеме ядерного топливного материала на уровне или ниже заданного уровня. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что зерна 104 ядерного топлива 100 будут иметь характеристическую длину 106 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен 104 ядерного топлива 100, которая меньше, чем выбранная длина, которая выбрана для поддержания выбранной концентрации продукта 108 ядерного деления (например, газообразного продукта 118 ядерного деления) в объеме 102 ядерного топлива 100 на уровне или ниже заданного уровня. Например, в общем смысле, скорость диффузии из внутренних объемов 110 зерен к межзеренным границам 112 зерен 104 может быть обратно пропорциональна среднему размеру 106 зерен 104 ядерного топлива 100. В этом смысле, когда размер 106 зерен 104 уменьшается, скорости диффузии газообразного продукта 118 ядерного деления из внутренних объемов 110 зерен к межзеренным границам 112 увеличивается. Таким образом, концентрация газообразного продукта 118 ядерного деления внутри зерен 104 может быть скорректирована, чтобы подпадать в приемлемые уровни концентрации путем обеспечения необходимых размеров 106 зерен 104 ядерного топлива 100.

[00454] Далее, операция 11904 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен, которая меньше или равна выбранной длине, причем выбранная длина подходит для поддержания уровня диффузии, необходимого для поддержания концентрации продуктов ядерного деления в объеме ядерного топливного материала на уровне или ниже концентрации, необходимой для зарождения продуктов ядерного деления. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что зерна 104 ядерного топлива 100 будут иметь характеристическую длину 106 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен 104 ядерного топлива 100, которая меньше, чем выбранная длина, которая выбрана для поддержания выбранной концентрации продукта 108 ядерного деления (например, газообразного продукта 118 ядерного деления) ниже уровня концентрации, необходимой для зарождения продукта 108 ядерного деления во внутреннем объеме 110 зерна. Например, концентрация газообразного продукта 118 ядерного деления внутри зерен 104 может быть скорректирована, чтобы быть меньше уровня концентрации, необходимого для зарождения газообразного продукта ядерного деления во внутренних объемах 110 зерен путем обеспечения необходимых размеров 106 зерен 104 ядерного топлива 100.

[00455] На Фиг. 120 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 9400 операций, показанной на Фиг. 94. На Фиг. 120 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 9440 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 12002.

[00456] Операция 12002 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен, которая меньше или равна выбранной длине, при этом в некоторых из зерен выбранная длина подходит для поддержания надлежащей диффузии газообразного продукта ядерного деления из внутреннего объема зерна к по меньшей мере одной границе зерна. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что зерна 104 ядерного топлива 100 будут иметь характеристическую длину 106 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен 104 ядерного топлива 100, которая меньше, чем критическая длина, необходимая для надлежащей диффузии газообразного продукта 118 ядерного деления (например, криптона или ксенона) из внутренних объемов 110 зерен к межзеренным границам 112 зерен 104.

[00457] На Фиг.121 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 9400 операций, показанной на Фиг. 94. На Фиг.121 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 9440 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 12102.

[00458] Операция 12102 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен, которая меньше или равна выбранной длине, при этом в некоторых из зерен выбранная длина подходит для поддержания надлежащей диффузии жидкого продукта ядерного деления из внутреннего объема зерна к по меньшей мере одной границе зерна. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что зерна 104 ядерного топлива 100 будут иметь характеристическую длину 106 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен 104 ядерного топлива 100, которая меньше, чем критическая длина, необходимая для надлежащей диффузии жидкого продукта 119 ядерного деления (например, жидкого металла) из внутренних объемов 110 зерен к межзеренным границам 112 зерен 104.

[00459] На Фиг. 122 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 9400 операций, показанной на Фиг. 94. На Фиг. 122 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 9440 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 12202.

[00460] Операция 12202 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен, которая меньше или равна выбранной длине, при этом в некоторых из зерен выбранная длина подходит для поддержания надлежащей диффузии твердых продуктов ядерного деления из внутреннего объема зерна к по меньшей мере одной границе зерна. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что зерна 104 ядерного топлива 100 будут иметь характеристическую длину 106 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из зерен 104 ядерного топлива 100, которая меньше, чем критическая длина, необходимая для надлежащей диффузии твердого продукта 120 ядерного деления (например, теллура или цезия) из внутренних объемов 110 зерен к межзеренным границам 112 зерен 104.

[00461] На Фиг.123 изображена последовательность 12300 операций, представляющая иллюстративные операции, относящиеся к способу производства ядерного топлива. Фиг.123 иллюстрирует иллюстративный вариант выполнения, в котором иллюстративная последовательность 9400 операций, показанная на Фиг. 94, может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 12310 и/или операцию 12312.

[00462] После начала операции, операции 9410 использования, операции 9420 диспергирования, операции 9430 консолидации и операции 9440 обработки, последовательность 12300 операций переходит к операции 12310 формирования границы. Операция 12310 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированном объемом ядерного топливного материала с целью получения пограничной сети, выполненной с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной границы зерна некоторых из зерен к поверхности консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть выполнены над объемом 102 ядерного топлива 100 (например, топливными стержнями, топливными таблетками, или топливными крошками) для того, чтобы сформировать или развить пограничную сеть 114, подходящую для переноса продукта 108 ядерного деления от межзеренных границ 112 к геометрической поверхности 101 ядерного топлива 100.

[00463] Операция 12312 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения пограничной сети, имеющей по меньшей мере один путь переноса, выполненный с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной границы зерна некоторых из зерен к поверхности объема ядерного топливного материала, причем путь переноса ограничен областью между двумя или большим количеством соседних зерен. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов (например, холодная обработка, отжиг и т.п.) могут быть выполнены над объемом 102 ядерного топлива 100 (например, топливными стержнями, топливными таблетками или топливными крошками) для того, чтобы сформировать или развить пограничную сеть 114, имеющую один или несколько путей 116 переноса, ограниченных областью двух соседних зерен 104, подходящую для переноса продукта 108 ядерного деления от межзеренных границ 112 к геометрической поверхности 101 ядерного топлива 100.

[00464] На Фиг. 124 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 12300 операций, показанной на Фиг. 123.

На Фиг. 124 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 12310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 12402.

[00465] Операция 12402 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения пограничной сети, имеющей по меньшей мере один путь переноса, выполненный с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной границы зерна некоторых из зерен к поверхности объема ядерного топливного материала, причем путь переноса пересекается с по меньшей мере одной границей зерна. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть выполнены над объемом 102 ядерного топлива 100, чтобы сформировать или развить пограничную сеть 114, имеющую один или несколько путей 116 переноса, пересекающихся с границей 110 зерен одного или нескольких зерен 104, подходящих для переноса продукта 108 ядерного деления от межзеренных границ 112 к геометрической поверхности 101 ядерного топлива 100.

[00466] На Фиг. 125 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 12300 операций, показанной на Фиг. 123. На Фиг. 125 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 12310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 12502 и/или операцию 12504.

[00467] Операция 12502 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения пограничной сети, имеющей несколько взаимосвязанных путей, выполненных с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной границы зерна некоторых из зерен к поверхности объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть выполнены над объемом 102 ядерного топлива 100, чтобы сформировать или развить пограничную сеть 114, имеющую один или несколько взаимосвязанных путей, подходящих для переноса продукта 108 ядерного деления от межзеренных границ 112 к геометрической поверхности 101 ядерного топлива 100.

[00468] Далее, операция 12504 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения пограничной сети, имеющей несколько взаимосвязанных путей, выполненных с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной границы зерна некоторых из зерен к поверхности объема ядерного топливного материала, причем по меньшей мере один из указанных нескольких взаимосвязанных путей переноса ограничен областью между двумя или большим количеством соседних зерен. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть выполнены над объемом 102 ядерного топлива 100, чтобы сформировать или развить пограничную сеть 114, имеющую один или несколько взаимосвязанных путей, ограниченных областью между двумя или большим количеством соседних зерен 104.

[00469] На Фиг. 126 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 12300 операций, показанной на Фиг.123. На Фиг. 126 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 12310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 12602. Далее, операция 12602 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала с целью получения пограничной сети, имеющей несколько взаимосвязанных путей, выполненных с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной границы зерен некоторых из зерен к поверхности объема ядерного топливного материала, причем по меньшей мере один из указанных нескольких взаимосвязанных путей переноса ограничен одной или несколькими незаполненными областями. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть выполнены над объемом 102 ядерного топлива 100, чтобы сформировать или развить пограничную сеть 114, имеющую один или несколько взаимосвязанных путей, ограниченных одной или несколькими незаполненными областями внутри ядерного топлива 100.

[00470] На Фиг. 127 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 12300 операций, показанной на Фиг. 123. На Фиг. 127 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 12310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 12702, операцию 12704 и/или операцию 12706.

[00471] Операция 12702 иллюстрирует выполнение одного или нескольких способов обработки материалов над консолидированным объемом ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько способов обработки материалов могут быть использованы для уменьшения размеров 106 зерен 104 в ядерном топливе 100 ниже требуемого размера для достижения надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления. В другом примере один или несколько этапов обработки материалов могут быть использованы для формирования или содействия образованию пограничной сети 114 в ядерном топливе 100. Кроме того, когда размеры 106 зерен в ядерном топливе 100 снижаются, количество потенциальных путей 116 переноса пограничной сети 114 увеличивается, увеличивая частоту взаимосвязи в пограничной сети 114 и увеличивая количества путей 116, которые пересекаются с геометрической поверхностью 101 ядерного топлива 100. Далее, уменьшение размера 106 зерен и формирование пограничной сети 114 может быть осуществлено с использованием процесса с одним этапом или несколькими этапами.

[00472] Далее, операция 12704 иллюстрирует холодную обработку консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть подвергнут холодной обработке для того, чтобы уменьшить размер 106 одного или нескольких зерен 104 в консолидированном объеме 102 и/или сформировать пограничную сеть 114 ядерного топлива 100. Процесс холодной обработки может включать, но не ограничиваться этим, холодную прокатку, экструзию ядерного топливного материала при низкой температуре, сгибание, уплотнение или вытягивание.

[00473] Далее, операция 12706 иллюстрирует отжиг консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть подвергнут отжигу для того, чтобы уменьшить размер 106 одного или нескольких зерен 104 в консолидированном объеме 102 и/или сформировать пограничную сеть 114 ядерного топлива 100. Например, после того, как топливо 10 ядерного реактора было подвергнуто холодной обработке, оно может быть отожжено при температуре ниже температуры рекристаллизации, чтобы достичь требуемого размера зерна 106 внутри ядерного топлива 100. В другом случае, во время процесса отливки топливо 100 ядерного реактора может быть отожжено в целях содействия миграции осаждающих веществ, таких как углерод или азот, из ядерного топливного материала к межзеренным границам 112 ядерного топлива 100.

[00474] На Фиг. 128 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 12300 операций, показанной на Фиг. 123. На Фиг. 128 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 12310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 12802 и/или операцию 12804.

[00475] Далее, операция 12802 иллюстрирует нормализацию консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть подвергнут процессу нормализации с целью уменьшения размеров 106 зерен одного или нескольких зерен 104 в консолидированном объеме 102 и/или формирования пограничной сети 114 ядерного топлива 100. Например, после того, как ядерное топливо 100 было подвергнуто процессу холодной обработки, оно может быть отожжено при температуре выше его верхней критической температуры. Ядерное топливо 100 может поддерживаться при повышенной температуре в течение выбранного времени, а затем быть охлаждено до комнатной температуры на воздухе.

[00476] Далее, операция 12804 иллюстрирует отпуск консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть подвергнут процессу отпуска для того, чтобы уменьшить размер 106 одного или нескольких зерен 104 в консолидированном объеме 102 и/или сформировать пограничную сеть 114 ядерного топлива 100. Например, состав ядерного топливного материала консолидированного объема 102 ядерного топлива 100 может быть пригодны для осаждения осаждающего вещества (например, углерода) при отжиге. Например, процесс отпуска может быть использован для осаждения осаждающего вещества, такого как, но не ограничиваясь этим, углерода. Осаждение этого вещества в зернистой структуре ядерного топлива 100 может позже привести к уменьшению размеров 106 зерен 104 и/или к формированию пограничной сети 114 ядерного топлива 100.

[00477] На Фиг. 129 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 12300 операций, показанной на Фиг. 123. На Фиг. 129 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 12310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 12902 и/или операцию 12904.

[00478] Далее, операция 12902 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов механической обработки над консолидированным объемом ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть подвергнут процессу механической обработки (например, уплотнению) для того, чтобы уменьшить размер 106 одного или нескольких зерен 104 в консолидированном объеме 102 и/или сформировать пограничную сеть 114 ядерного топлива 100.

[00479] Далее, операция 12904 иллюстрирует химическую обработку консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть подвергнут процессу химической обработки с целью уменьшения размеров 106 одного или нескольких зерен 104 в консолидированном объеме 102 и/или формирования пограничной сети 114 ядерного топлива 100. Например, объем 102 диоксида урана может быть подвергнут процессу отжига в присутствии восстанавливающего кислород газа (например, смеси водорода и аргона или смеси водорода и азота) с целью превращения части стехиометрической фазы UO2 в нестехиометрическую фазу со сниженным содержанием кислорода, такую как UO1.8. Эта суб-стехиометрическая фаза имеет уменьшенный размер зерна по отношению к стехиометрической фазе.

[00480] На Фиг.130 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 12300 операций, показанной на Фиг.123. На Фиг.130 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 12310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 13002 и/или операцию 13004.

[00481] Далее, операция 13002 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов управления пористостью над консолидированным объемом ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть подвергнут процессу управления пористостью. Например, пористость ядерного топлива 100 может управляться посредством процесса термической обработки (например, процесса отжига или плавления) или процесса химической обработки.

[00482] Далее, операция 13004 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов управления зернистой текстурой над консолидированным объемом ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть подвергнут процессу управления зернистой текстурой. Например, зернистой текстурой зерен 104 ядерного топлива 100 можно управлять посредством процесса термической обработки (например, отжига) или процесса химической обработки (например, легирования).

[00483] На Фиг.131 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 12300 операций, показанной на Фиг.123. На Фиг.131 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 12310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 13102 и/или операцию 13104.

[00484] Операция 13102 иллюстрирует введение консолидированного объема ядерного топливного материала в среду с повышенной температурой. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть подвергнут воздействию высокой температуры окружающей среды, с тем, чтобы уменьшить размер 106 одного или нескольких зерен 104 в консолидированном объеме 102 и/или сформировать пограничную сеть 114 ядерного топлива 100. Например, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть использован в ядерном реакторе. Зернистая структура ядерного топлива может быть выполнена с возможностью (например, посредством холодной обработки) использования преимуществ высокой температуры окружающей среды, что происходит, когда топливо 100 ядерного реактора 100 расщепляется. Тепловая энергия, полученная при расщеплении части ядерного топлива 100, может способствовать уменьшению или дополнительному уменьшению размеров 106 одного или нескольких зерен 104 в консолидированном объеме 102 и/или формированию пограничной сети 114 ядерного топлива 100. Например, тепловая энергия, произведенная во время процесса расщепления ядерного топлива 100, может способствовать миграции осаждающих веществ, таких как углерод или азот, в ядерный топливный материал. При термической активации осаждающие вещества могут мигрировать к межзеренным границам 112 ядерного топлива 100, содействуя образованию «открытых» пузырьков у границ зерен, что приводит к дальнейшему развитию пограничной сети 114.

[00485] Операция 13104 иллюстрирует облучение консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть подвергнут облучению для уменьшения размеров 106 одного или нескольких зерен 104 в консолидированном объеме 102 и/или формирования пограничной сети 114 ядерного топлива 100. Например, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть использован в ядерном реакторе. Перед использованием в ядерном реакторе может быть предусмотрено, чтобы размер 106 зерен ядерного топлива 100 имел размер ниже критического размера, необходимого для осуществления надлежащей диффузии произведенных газообразных продуктов ядерного деления (например, ксенона или криптона) из внутренних объемов 110 зерен к межзеренным границам 112 ядерного топлива 100. В результате, при использовании в ядерном реакторе, газообразные продукты 118 ядерного деления, произведенные во время процесса расщепления ядерного топлива 100, могут эффективно зарождаться на межзеренных границах 112 ядерного топлива 100. Это может облегчить формирование пограничной сети 114, пригодной для переноса газообразных продуктов ядерного деления к геометрической поверхности 101 ядерного топлива 100.

[00486] На Фиг. 132 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 12300 операций, показанной на Фиг. 123. На Фиг. 132 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 12310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 13202.

[00487] Операция 13202 иллюстрирует выполнение процесса ядерного расщепления с использованием консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 102 ядерного топливного материала может быть использован в ядерном реакторе для того, чтобы уменьшить размер 106 одного или нескольких зерен 104 в консолидированном объеме 102 и/или сформировать пограничную сеть 114 ядерного топлива 100. Например, среда с повышенным излучением и/или с повышенной температурой внутри ядерного топлива 100 может привести к эффективному зарождению на межзеренных границах 112 ядерного топлива 100. Это может облегчить формирование пограничной сети 114, пригодной для переноса газообразных продуктов ядерного деления к геометрической поверхности 101 ядерного топлива 100.

[00488] На Фиг. 133 изображена последовательность 13300 операций, представляющая иллюстративные операции, относящиеся к способу производства ядерного топлива. На Фиг. 133 и на последующих чертежах, которые включают в себя различные примеры последовательностей операций, обсуждение и объяснение может быть предусмотрено в отношении вышеописанных примеров, показанных на Фиг. 1А-4 и/или в отношении других примеров и контекстов. Тем не менее, следует понимать, что последовательности операций могут быть выполнены в ряде других сред и условий, и/или в модифицированных версиях Фиг. 1А-4. Кроме того, несмотря на то, что различные последовательности операций представлены на чертежах в изображенной последовательности, следует понимать, что различные операции могут быть выполнены в других последовательностях, чем те, которые проиллюстрированы, или же они могут выполняться одновременно.

[00489] После начала операции последовательность 13300 операций переходит к выполнению операции 13310 использования. Операции 13310 использования изображает использование нескольких ядерных топливных элементов, причем несколько из указанных нескольких ядерных топливных элементов имеют характеристическую длину вдоль по меньшей мере одного измерения, меньшую или равную выбранной длине, причем указанная выбранная длина в некоторых ядерных топливных элементах подходит для поддержания надлежащей диффузии продукта ядерного деления из внутреннего объема ядерного топливного элемента к по меньшей мере одной свободной поверхности. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, несколько ядерных топливных элементов 204 могут быть изготовлены с помощью процесса размола в шаровой мельнице так, что их средний размер меньше, чем критическая длина, необходимая для поддержания надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204. Например, несколько сферических частиц ядерного топлива могут быть изготовлены со средним радиусом 100 нм.

[00490] Далее, операция 13320 диспергирования изображает диспергирование нескольких диспергирующих частиц в нескольких ядерных топливных элементах, причем некоторые из диспергирующих частиц выполнены с возможностью создания предпочтительных центров заполнения продуктом ядерного деления в ядерном топливном материале. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, несколько диспергирующих частиц 318 могут содержать, но не ограничиваются этим, порошок из частиц материала выбранного типа. Эти частицы могут быть затем перемешаны (например, сухое перемешивание или влажное перемешивание) с указанным ядерным топливным материалом.

[00491] Далее, операция 13330 консолидации изображает консолидацию нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, указанное используемое несколько топливных элементов 204 (например, порошок диоксида урана) и диспергирующие частицы 318 могут быть консолидированы в твердый объем 202 с использованием процесса спекания.

[00492] На Фиг. 134 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 134 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13320 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 13402 и/или операцию 13404.

[00493] Операция 13402 иллюстрирует диспергирование нескольких диспергирующих частиц в нескольких топливных элементах, причем некоторые из диспергирующих частиц содержат керамический материал. Например, диспергирующие частицы 318 могут содержать один или несколько типов керамических материалов.

[00494] Далее, операция 13404 иллюстрирует диспергирование нескольких диспергирующих частиц в нескольких топливных элементах, причем некоторые из диспергирующих частиц содержат по меньшей мере одно из: оксидный материал, нитридный материал или карбидный материал. Например, диспергирующие частицы 318 могут содержать, но не ограничиваются ими, одну или несколько частиц оксида, частиц нитрида или частиц карбида. Например, некоторые диспергирующие частицы могут содержать стабильный оксид, такой как диоксид циркония.

[00495] На Фиг. 135 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 135 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13320 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 13502 и/или операцию 13504.

[00496] Операция 13502 иллюстрирует диспергирование нескольких диспергирующих частиц в нескольких ядерных топливных элементах, причем некоторые из диспергирующих частиц содержат металлический материал. Например, диспергирующие частицы 318 могут содержать металлический материал одного или нескольких типов.

[00497] Далее, операция 13504 иллюстрирует диспергирование нескольких диспергирующих частиц в нескольких ядерных топливных элементах, причем некоторые из диспергирующих частиц содержат по меньшей мере одно из: металлический материал, сплав металлов или интерметаллический материал. Например, диспергирующие частицы 318 могут содержать, но не ограничиваются этим, одно или несколько из: металлические частицы, частицы металлического сплава или интерметаллические частицы.

[00498] На Фиг.136 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг.136 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13320 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 13602 и/или операцию 13604.

[00499] Операция 13602 иллюстрирует диспергирование нескольких диспергирующих частиц в нескольких ядерных топливных элементах, причем некоторые из диспергирующих частиц диспергированы вдоль одной или нескольких свободных поверхностей некоторых ядерных топливных элементов. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, некоторые диспергирующие частицы могут быть расположены так, что они локализованы на одной или нескольких поверхностях 212 ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200. Диспергирующие частицы на поверхностях 212 ядерных топливных элементов 212 ядерного топлива 200 могут служить в качестве предпочтительных центров заполнения газообразным продуктом 118 ядерного деления, которые могут способствовать образованию взаимосвязанной пористости в ядерном топливе 200, что приводит к формированию пограничной сети 214.

[00500] Операция 13604 иллюстрирует диспергирование нескольких диспергирующих частиц в нескольких ядерных топливных элементах, причем некоторые из диспергирующих частиц имеют геометрическую форму. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, диспергирующие частицы могут иметь по существу сферическую форму. В целом, диспергирующие частицы могут иметь любую правильную или неправильную трехмерную форму.

[00501] На Фиг. 137 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 137 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13320 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 13702.

[00502] Операция 13702 иллюстрирует диспергирование нескольких диспергирующих частиц в нескольких ядерных топливных элементах, причем указанные несколько диспергирующих частицы расположены так, что формирует геометрическую структуру низкой плотности в консолидированном объеме ядерного топливного материала. Например, в случае цилиндрической топливной таблетки, диспергирующие частицы 318 могут быть распределены по всему ядерному топливу 100 таким образом, что формируются концентрические цилиндрические оболочки низкой плотности.

[00503] На Фиг. 138 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 138 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13320 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 13802 и/или операцию 13804.

[00504] Операция 13802 иллюстрирует диспергирование нескольких диспергирующих частиц в нескольких ядерных топливных элементах, причем указанные несколько диспергирующих частиц диспергированы в ядерном топливном материале до начала процесса формирования твердого объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, диспергирующие частицы 318 могут быть перемешаны с ядерным топливным материалом или с исходным продуктом ядерного топливного материала до спекания.

[00505] Далее, операция 13804 иллюстрирует диспергирование нескольких диспергирующих частиц в нескольких ядерных топливных элементах, причем указанные несколько диспергирующих частицы диспергированы в нескольких диспергирующих частицах до начала процесса спекания ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, диспергирующие частицы 318 могут быть перемешаны с ядерным топливным материалом или с исходным продуктом ядерного топливного материала до спекания.

[00506] На Фиг. 139 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 139 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13320 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 13902.

[00507] Далее, операция 13902 иллюстрирует диспергирование нескольких диспергирующих частиц в указанных нескольких ядерных топливных элементов, причем указанные несколько диспергирующих частиц диспергированы в нескольких диспергирующих частиц перед процессом отливки ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, диспергирующие частицы 318 могут быть диспергированы внутри объема расплавленного ядерного топливного материала до начала отливки.

[00508] На Фиг. 140 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 140 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 14002, операцию 14004 и/или операцию 14006.

[00509] Операция 14002 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами, чтобы достичь характеристическую длину вдоль по меньшей мере одного измерения, которая в некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть выполнены над используемыми ядерными топливными элементами 204 для того, чтобы уменьшить размер 206 ядерного топливного элемента до размера ниже критического размера, требуемого для осуществления надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204.

[00510] Далее, операция 14004 иллюстрирует выполнение одного или нескольких способов обработки материала над несколькими ядерными топливными элементами, чтобы достичь характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения, которая в некоторых из указанного нескольких ядерных топливных элементов меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько способов обработки материала может быть выполнено над используемыми ядерными топливными элементами 204 для того, чтобы уменьшить размер 206 ядерного топливного элемента до размера ниже критического размера, требуемого для осуществления надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204.

[00511] Далее, операция 14006 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов холодной обработки над несколькими ядерными топливными элементами, чтобы достичь характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения, которая в некоторых из указанного нескольких ядерных топливных элементов меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, процесс холодной обработки может быть выполнен над используемыми ядерными топливными элементами 204 для того, чтобы уменьшить размер 206 ядерного топливного элемента до размера ниже критического размера, требуемого для осуществления надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204. Процесс холодной обработки может включать, но не ограничиваясь этим, холодную прокатку, вытягивание, сгибание или уплотнение.

[00512] На Фиг. 141 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 141 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 14102. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, процесс отжига может быть выполнен над используемыми ядерными топливными элементами 204 для того, чтобы уменьшить размеры 206 ядерного топливного элемента до размера ниже критического размера, требуемого для осуществления надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204. Далее, ядерные топливные элементы 204 могут быть подвергнуты отжигу в присутствии технологического газа, такого как восстанавливающий кислород газ.

[00513] На Фиг. 142 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 142 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 14202.

[00514] Далее, операция 14202 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов нормализации над несколькими ядерными топливными элементами, чтобы достичь характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения, которая в некоторых из указанного нескольких ядерных топливных элементов меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, процесс нормализации может быть выполнен над используемыми ядерными топливными элементами 204 для того, чтобы уменьшить размеры 206 ядерного топливного элемента до размера ниже критического размера, требуемого для осуществления надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204, как описано выше.

[00515] На Фиг. 143 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 143 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 14302.

[00516] Далее, операция 14302 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов отпуска над несколькими ядерными топливными элементами, чтобы достичь характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения, которая в некоторых из указанного нескольких ядерных топливных элементов меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, процесс отпуска может быть выполнен над используемыми ядерными топливными элементами 204 для того, чтобы уменьшить размеры 206 ядерного топливного элемента до размера ниже критического размера, требуемого для осуществления надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204, как описано выше.

[00517] На Фиг. 144 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 144 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 14402.

[00518] Далее, операция 14402 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов химической обработки над несколькими ядерными топливными элементами, чтобы достичь характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения, которая в некоторых из указанного нескольких ядерных топливных элементов меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, процесс химической обработки может быть выполнен над используемыми ядерными топливными элементами 204 для того, чтобы уменьшить размеры 206 ядерного топливного элемента до размера ниже критического размера, требуемого для осуществления надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204. Например, над используемыми ядерными топливными элементами 204 может быть осуществлена обработка по восстановлению кислорода, как описано выше.

[00519] На Фиг. 145 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 145 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 14502.

[00520] Далее, операция 14502 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов механической обработки над несколькими ядерными топливными элементами, чтобы достичь характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения, которая в некоторых из указанного нескольких ядерных топливных элементов меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, механический процесс (например, реактивное измельчение в шаровой мельнице), может быть выполнен над используемыми ядерными топливными элементами 204 для того, чтобы уменьшить один или несколько размеров ядерных топливных элементов 206 до размера ниже критического размера, требуемого для осуществления надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204.

[00521] На Фиг. 146 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 146 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 14602.

[00522] Далее, операция 14602 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов управления пористостью над несколькими ядерными топливными элементами, чтобы достичь заданной пористости в некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, процесс управления пористостью может быть выполнен над используемыми ядерными топливными элементами 204 для того, чтобы достичь заданной пористости в ядерных топливных элементах 204.

Например, пористость ядерного топлива 100 может управляться посредством процесса термической обработки (например, процесса отжига или плавления) или процесса химической обработки.

[00523] На Фиг. 147 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 147 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 14702.

[00524] Далее, операция 14702 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов управления зернистой текстурой над несколькими ядерными топливными элементами с целью достижения выбранной зернистой текстуры в некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, процесс управления зернистой текстурой может быть выполнен над используемыми ядерными топливными элементами 204 для достижения выбранной зернистой текстуры в двух или большем количестве зерен ядерных топливных элементов 204. Например, зернистая текстура зерен ядерных топливных элементов 204 может управляться посредством процесса термической обработки (например, отжига) или процесса химической обработки (например, легирования).

[00525] На Фиг. 148 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 148 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 14802 и/или операцию 14804.

[00526] Операция 14802 иллюстрирует облучение нескольких ядерных топливных элементов. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, процесс облучения (например, воздействие потока нейтронов) может быть выполнен над используемыми ядерными топливными элементами 204 для уменьшения одного или нескольких размеров ядерных топливных элементов 206 до размера ниже критического размера, требуемого для осуществления надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204.

[00527] Операция 14804 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль выбранного измерения некоторых ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 20, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 будут иметь характеристическую длину 206 вдоль выбранного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204. Например, в ядерных топливных элементах 204, имеющих удлиненную структуру, ядерные топливные элементы 204 могут иметь «тонкий» размер, который меньше или равен выбранной длины.

[00528] На Фиг. 149 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 149 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 14902 и/или операцию 14904.

[00529] Операция 14902 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль выбранного направления некоторых из ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 2Е, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 будут иметь характеристическую длину 206 вдоль выбранного направления, которая меньше или равна выбранной длине. Например, в ядерных топливных элементах, имеющих удлиненную структуру, ядерные топливные элементы 204 могут иметь характеристическую длину 206 вдоль выбранного направления 134 внутри ядерного топлива 200. Например, ядерные топливные элементы могут иметь выбранную характеристическую длину 206 вдоль радиального направления в изделии ядерного топлива цилиндрической формы (например, в топливной таблетке).

[00530] Операция 14904 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения средней характеристической длины вдоль выбранного измерения некоторых ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 имеет среднюю характеристическую длину 206 вдоль выбранного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204.

[00531] На Фиг. 150 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 150 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 15002 и/или операцию 15004.

[00532] Операция 15002 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения средней характеристической длины вдоль выбранного направления некоторых ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 будут иметь среднюю характеристическую длину 206 вдоль выбранного направления некоторых из ядерных топливных элементов 204, которая меньше или равна выбранной длине. Например, в ядерных топливных элементах 204 с удлиненной структурой, ядерные топливные элементы 204 могут иметь среднюю характеристическую длину 206 вдоль выбранного направления 134 ядерного топлива 200. Например, ядерные топливные элементы могут иметь среднюю выбранную характеристическую длину 206 в радиальном направлении в изделии ядерного топлива цилиндрической формы (например, в топливной таблетке).

[00533] Операция 15004 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения выбранного статистического распределения характеристических длин в нескольких топливных элементах. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 могут иметь выбранное статистическое распределение характеристических длин 206. Например, ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 могут иметь распределение размеров элементов с выбранным процентом ядерных топливных элементов 204, имеющих размер 206 ниже выбранной длине. Например, ядерное топливо 200, в соответствии с настоящим изобретением, может иметь такое распределение размеров 206 ядерных топливных элементов (например, частиц), что 65% ядерных топливных элементов 204 имеют размер 206, равный или меньше, чем 4 мкм, со средним размером 2,5 мкм. В другом примере ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 могут иметь выбранное пространственное распределение характеристических длин в консолидированном объеме ядерного топлива 200.

[00534] На Фиг. 151 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 151 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 15102.

[00535] Операция 15102 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения выбранного набора статистических распределений характеристических длин. Например, ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 могут иметь несколько статистических распределений характеристических длин 206. Например, ядерное топливо 200, в соответствии с настоящим изобретением, может иметь такое распределение размеров 206 ядерного топливного элемента, вследствие которого 25% ядерных топливных элементов 204 имеют размер, равный или меньше 10 мкм, 25% ядерных топливных элементов имеют размер 106, равный или меньше 5 мкм, и 10% ядерных топливных элементов имеют размер меньше 1 мкм.

[00536] На Фиг. 152 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 152 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 15202 и/или операцию 15204.

[00537] Операция 15202 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине, причем выбранная длина является функцией рабочего состояния ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 будут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива, которая меньше, чем выбранная длина, которая является функцией рабочего состояния ядерного топлива 200. Например, критический размер, необходимый для обеспечения надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, может зависеть от рабочего состояния ядерного топлива 200.

[00538] Далее, операция 15204 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине, причем выбранная длина является функцией рабочей температуры ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 будут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, которая меньше, чем выбранная длина, которая является функцией рабочей температуры ядерного топлива 200. Например, критический размер, необходимый для обеспечения надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, может зависеть от рабочей температуры ядерного топлива 200.

[00539] На Фиг.153 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг.153 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 15302. Далее, операция 15302 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине, причем выбранная длина является функцией индуцированной давлением температуры ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 будут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива, которая меньше, чем выбранная длина, которая является функцией индуцированной давлением температуры ядерного топлива 200. Например, критический размер, необходимый для обеспечения надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, может зависеть от индуцированной давлением температуры в топливе 100 ядерного реактора.

[00540] На Фиг. 154 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 154 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 15402.

[00541] Операция 15402 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине, причем выбранная длина является функцией химического состава ядерного топливного материала.

Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 будут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, которая меньше, чем выбранная длина, которая является функцией химического состава ядерного топлива 200. Например, критический размер, необходимый для обеспечения надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных ядерных топливных элементов 200, может зависеть от химического состава (например, типа расщепляемых материалов, легирующих веществ, относительной концентрации расщепляемых материалов, и т.п.) топлива 200 ядерного реактора.

[00542] На Фиг. 155 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 155 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 15502.

[00543] Операция 15502 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине, причем выбранная длина является функцией скорости образования продукта ядерного деления ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов может быть использовано для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 будут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, которая меньше, чем выбранная длина, которая является функцией скорости образования продукта 108 ядерного деления внутри ядерного топлива 200. Например, критический размер, необходимый для обеспечения надлежащей диффузии продукта 108 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, может зависеть от скорости образования продукта 108 ядерного деления топлива 200 ядерного реактора. Далее, скорость образования продукта 108 ядерного деления (например, скорость образования газообразного продукта 118 ядерного деления) пропорциональна скорости ядерного деления в ядерном топливе 200, которая, в свою очередь, пропорциональна плотности мощности ядерного топлива 200, которая, в свою очередь, зависит от химического состава ядерного топлива 200.

[00544] На Фиг. 156 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 156 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 15602 и/или операцию 15604.

[00545] Операция 15602 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине, причем указанное по меньшей мере одно измерение выбирают так, чтобы в некоторых ядерных топливных элементах максимизировать теплопередачу от внутреннего объема ядерного топливного элемента к свободной поверхности ядерного топливного элемента. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 будут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, которая меньше, чем выбранная длина, при этом размер ядерных топливных элементов выбирается для максимизации теплопередачи от внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200. Например, предназначенный для минимизации размер ядерных топливных элементов 204 может быть выбран для максимизации (или по меньшей мере улучшения) теплопередачи из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204.

[00546] Далее, операция 15604 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине, причем указанное по меньшей мере одно измерение выбирают так, чтобы в некоторых ядерных топливных элементах оно было по существу параллельно температурному градиенту внутри ядерного топливного элемента. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 будут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, которая меньше, чем выбранная длина, причем указанное по меньшей мере одно измерение выбирают так, чтобы в некоторых ядерных топливных элементах оно было по существу параллельно температурному градиенту во внутреннем объеме зерна. Например, для того, чтобы максимизировать диффузию газообразного продукта 118 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204, «тонкое» измерение ядерных топливных элементов 204 может быть расположено таким образом, чтобы быть по существу перпендикулярным направлению градиента температуры внутри ядерного топлива 200. И наоборот, «толстое» измерение ядерных топливных элементов 204 может быть расположено так, чтобы быть по существу параллельным направлению градиента температуры внутри ядерного топлива 200.

[00547] На Фиг. 157 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 157 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 15702 и/или операцию 15704.

[00548] Операция 15702 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине, причем выбранная длина подходит для поддержания уровня диффузии в указанных нескольких ядерных топливных элементах, необходимого для поддержания концентрации продукта ядерного деления в объеме ядерного топливного материала на уровне или ниже заданного уровня. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 будут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, которая меньше, чем выбранная длина, которая выбрана для поддержания концентрации выбранного продукта 108 ядерного деления (например, газообразного продукта 118 ядерного деления) в объеме 102 ядерного топлива на уровне или ниже заданного уровня. Например, скорость диффузии из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204 может быть обратно пропорциональна среднему размеру 206 ядерного топливного элемента внутри ядерного топлива 200. В этом смысле, когда размер 206 ядерных топливных элементов 204 уменьшается, скорость диффузии газообразного продукта 118 ядерного деления из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204 может увеличиться. Таким образом, концентрация газообразного продукта 118 ядерного деления в ядерных топливных элементах 204 может быть скорректирована, чтобы подпасть под приемлемые уровни концентрации путем выполнения ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200 с определенными размерами 206.

[00549] Далее, операция 15704 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине, причем выбранная длина подходит для поддержания уровня диффузии в указанных нескольких топливных элементах, необходимого для поддержания концентрации продукта ядерного деления в объеме ядерного топливного материала на уровне или ниже уровня концентрации, необходимого для зарождения продуктов ядерного деления. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 будут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, которая меньше, чем выбранная длина, которая выбрана для поддержания концентрации выбранного продукта 108 ядерного деления ниже уровня концентрации, необходимой для зарождения продукта 108 ядерного деления во внутреннем объеме 210 ядерного топливного элемента 204. Например, концентрация газообразного продукта 118 ядерного деления в ядерных топливных элементах 204 может быть скорректирована, чтобы быть меньше уровня концентрации, необходимого для зарождения газообразного продукта ядерного деления во внутренних объемах 210 ядерных топливных элементов 204 путем корректировки размеров 206 ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200.

[00550] На Фиг. 158 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 158 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 15802.

[00551] Операция 15802 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине, причем выбранная длина в некоторых ядерных топливных элементах подходит для поддержания надлежащей диффузии газообразных продуктов ядерного деления из внутреннего объема ядерного топливного элемента к по меньшей мере одной свободной поверхности ядерного топливного элемента. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 будут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, которая меньше, чем выбранная длина, которая выбрана для поддержания надлежащей диффузии газообразного продукта ядерного деления (например, криптона и ксенона) из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204.

[00552] На Фиг. 159 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 159 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 15902.

[00553] Операция 15902 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине, причем выбранная длина в некоторых ядерных топливных элементах подходит для поддержания надлежащей диффузии жидкого продукта ядерного деления из внутреннего объема ядерного топливного элемента к по меньшей мере одной свободной поверхности ядерного топливного элемента. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 будут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, которая меньше, чем выбранная длина, которая выбрана для поддержания надлежащей диффузии жидкого продукта ядерного деления (например, жидкого металла) из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204.

[00554] На Фиг. 160 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 160 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 16002.

[00555] Операция 16002 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над несколькими ядерными топливными элементами с целью получения характеристической длины вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, которая меньше или равна выбранной длине, причем выбранная длина в некоторых ядерных топливных элементах подходит для поддержания надлежащей диффузии твердого продукта ядерного деления из внутреннего объема ядерного топливного элемента к по меньшей мере одной свободной поверхности ядерного топливного элемента. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько процессов могут быть использованы для того, чтобы предусмотреть, что ядерные топливные элементы 204 ядерного топлива 200 будут иметь характеристическую длину 206 вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200, которая меньше, чем выбранная длина, которая выбрана для поддержания надлежащей диффузии твердого продукта ядерного деления (например, теллура или цезия) из внутренних объемов 210 ядерных топливных элементов 204 к поверхностям 212 ядерных топливных элементов 204.

[00556] На Фиг. 161 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 161 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 16102.

[00557] Операция 16102 иллюстрирует использование нескольких ядерных топливных элементов, причем некоторые из указанных нескольких ядерных топливных элементов имеют пограничный слой, содержащий материал, отличающийся от материала внутреннего объема ядерного топливного элемента. Например, как изображено на Фиг. 20, один или несколько ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200 могут содержать пограничный слой из материала, отличного от материала во внутренних объемах 210 ядерных топливных элементов 204. Например, ядерные топливные элементы 204 могут содержать пограничный слой на основе оксида или на основе карбида.

[00558] На Фиг. 162 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 162 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 16202.

[00559] Операция 16202 иллюстрирует использование нескольких ядерных топливных элементов, причем некоторые из указанных нескольких ядерных топливных элементов содержат два или большее количество зерен. Например, как изображено на Фиг.2F, один или несколько ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200 могут содержать два или большее количество зерен (т.е. ядерные топливные элементы являются поликристаллическими).

[00560] На Фиг. 163 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 163 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 16302.

[00561] Операция 16302 иллюстрирует использование нескольких ядерных топливных элементов, причем некоторые из указанных нескольких ядерных топливных элементов содержат несколько путей, выполненных с возможностью переноса продукта ядерного деления из по меньшей мере одной части внутреннего объема ядерного топливного элемента к по меньшей мере одной свободной поверхности ядерного топливного элемента. Например, как изображено на Фиг.2F, один или несколько ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200 могут содержать один или несколько внутренних путей, выполненных с возможностью переноса газообразного продукта 118 ядерного деления из внутреннего объема 210 ядерного топливного элемента к поверхности 212 ядерного топливного элемента. Далее, как было описано выше, внутренние пути 110 могут быть ограничены межзеренной границей 112 между смежными зернами в одном и том же ядерном топливном элементе 204.

[00562] На Фиг. 164 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 164 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 16402.

[00563] Операция 16402 иллюстрирует использование нескольких ядерных топливных элементов, причем некоторые из указанных нескольких ядерных топливных элементов содержат керамический ядерный топливный материал. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, некоторые из ядерных топливных элементов 204 могут содержать, но не ограничиваются этим, ядерный топливный материал на основе оксида металла (например, диоксида урана, диоксида плутония или диоксида тория), ядерный топливный материал на основе смешанного оксида (например, смеси диоксида плутония и обедненного диоксида урана), ядерный топливный материал на основе нитрида металла (например, нитрида урана) или ядерный топливный материал на основе карбида металла (например, карбида урана).

[00564] На Фиг. 165 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 165 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 16502.

[00565] Операция 16502 иллюстрирует использование нескольких ядерных топливных элементов, причем некоторые из указанных нескольких ядерных топливных элементов содержат ядерный топливный материал на основе по меньшей мере одного из: металла, металлического сплава или интерметаллического соединения. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, используемые ядерные топливные элементы 204 могут содержать ядерный топливный материал на основе металла. Например, указанные несколько ядерных топливных элементов 204 ядерного топлива 200 могут содержать, но не ограничиваются этим, ядерный топливный материал на основе металла (например, урана, плутония или тория), ядерный топливный материал на основе металлического сплава (например, уран-циркония, уран-плутоний-циркония или уран-цирконий-гидрида), или ядерный топливный материал на основе интерметаллического соединения (например, UFe2 или UNi2).

[00566] На Фиг. 166 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг.166 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13310 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 16602.

[00567] Операция 16602 иллюстрирует использование нескольких ядерных топливных элементов, причем некоторые из указанных нескольких ядерных топливных элементов содержат по меньшей мере одно из: изотоп урана, изотоп плутония или изотоп тория. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, используемые ядерные топливные элементы 204 могут содержать расщепляемый ядерный материал, включая, но не ограничиваясь этим, уран-235 или плутоний-239. В качестве другого примера, используемые ядерные топливные элементы 204 могут содержать, не расщепляемый ядерный материал, включая, но не ограничиваясь этим, торий-232. Хотя торий-232 сам по себе не является расщепляемым, он может быть использован для размножения урана-233, который по своей природе является расщепляемым.

[00568] На Фиг.167 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг.167 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13330 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 16002 и/или операцию 16704.

[00569] Операция 16702 иллюстрирует консолидацию нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего пограничную сеть, выполненную с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью процесса консолидации, такого как, но не ограничиваясь этим, процесса прессования или процесса спекания, выполняемого с возможностью обеспечения уровня пористости в консолидированном ядерном топливе 200, который подходит для формирования пограничной сети 214, выполненной с возможностью переноса продукта 118 ядерного деления от поверхностей 212 ядерных топливных элементов 204 к геометрической поверхности 201 ядерного топлива 200. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью механического процесса, выполненного с возможностью обеспечения пространственной конфигурации в консолидированном ядерном топливе 200, подходящей для формирования пограничной сети 214, выполненной с возможностью переноса продукта 118 ядерного деления от поверхностей 212 ядерных топливных элементов 204 к геометрической поверхности 201 ядерного топлива 200.

[00570] Далее, операция 16704 иллюстрирует консолидацию нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего пограничную сеть, выполненную с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала, причем пограничная сеть содержит по меньшей мере один путь переноса, ограниченный областью между двумя или большим количеством соседних ядерных топливных элементов. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью процесса консолидации, такого как, но не ограничиваясь этим, процесса прессования или процесса спекания, выполняемого с возможностью обеспечения уровня пористости в консолидированном ядерном топливе 200, подходящего для формирования пограничной сети 214, имеющей по меньшей мере один путь 216 переноса. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью механического процесса, выполненного с возможностью обеспечения пространственной конфигурации в консолидированном ядерном топливе 200, пригодной для формирования пограничной сети 214, имеющей по меньшей мере один путь 216 переноса.

[00571] На Фиг. 168 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 168 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13330 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 16802.

[00572] Далее, операция 16802 иллюстрирует консолидацию нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего пограничную сеть, выполненную с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала, причем пограничная сеть содержит по меньшей мере один путь переноса, пересекающий по меньшей мере одну свободную поверхность. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью процесса консолидации, такого как, но не ограничиваясь этим, процесса прессования или процесса спекания, выполняемого с возможностью обеспечения уровня пористости в консолидированном ядерном топливе 200, подходящего для формирования пограничной сети 214, имеющей по меньшей мере один путь 216 переноса, пересекающий поверхность 212 одного или нескольких ядерных топливных элементов 204. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью механического процесса, выполняемого с возможностью обеспечения пространственной конфигурации в консолидированном ядерном топливе 200, пригодной для формирования пограничной сети 214, имеющей по меньшей мере один путь 216 переноса, пересекающий поверхность 212 одного или нескольких ядерных топливных элементов 204.

[00573] На Фиг. 169 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 169 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13330 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 16002 и/или операцию 16904.

[00574] Далее, операция 16902 иллюстрирует консолидацию нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего пограничную сеть, выполненную с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала, причем пограничная сеть содержит несколько взаимосвязанных путей переноса, выполненных с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью процесса консолидации, такого как, но не ограничиваясь этим, процесса прессования или процесса спекания, выполняемого с возможностью обеспечения уровня пористости в консолидированном ядерном топливе 200, подходящего для формирования пограничной сети 214, содержащей несколько взаимосвязанных путей 216 переноса, выполненных с возможностью переноса продукта 118 ядерного деления от поверхностей 212 ядерных топливных элементов 204 к геометрической поверхности 201 ядерного топлива 200. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью механического процесса, выполняемого с возможностью обеспечения пространственной конфигурации в консолидированном ядерном топливе 200, подходящей для формирования пограничной сети 214, имеющей несколько соединенных между собой путей 216 переноса, выполненных с возможностью переноса продукта 118 ядерного деления от поверхностей 212 ядерных топливных элементов 204 к геометрической поверхности 201 ядерного топлива 200.

[00575] Далее, операция 16904 иллюстрирует консолидацию нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего пограничную сеть, выполненную с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала, причем пограничная сеть содержит несколько взаимосвязанных путей переноса, выполненных с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала, причем по меньшей мере один из указанных нескольких взаимосвязанных путей переноса ограничен областью между двумя или большим количеством соседних ядерных топливных элементов. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью процесса консолидации, такого как, но не ограничиваясь этим, процесса прессования или процесса спекания, выполняемого с возможностью обеспечения уровня пористости в консолидированном ядерном топливе 200, подходящей для формирования пограничной сети 214, имеющей несколько взаимосвязанных путей 216 переноса, ограниченных областью между двумя или большим количеством соседних ядерных топливных элементов 204 и выполненных с возможностью переноса продукта 118 ядерного деления от поверхностей 212 ядерных топливных элементов 204 к геометрической поверхности 201 ядерного топлива 200. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью механического процесса, выполняемого с возможностью обеспечения пространственной конфигурации в консолидированном ядерном топливе 200, подходящей для формирования пограничной сети 214, имеющей несколько соединенных между собой путей 216 переноса, ограниченных области между двумя или большим количеством смежных ядерных топливных элементов, и выполненных с возможностью переноса продукта 118 ядерного деления от поверхностей 212 ядерных топливных элементов 204 к геометрической поверхности 201 ядерного топлива 200.

[00576] На Фиг. 170 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 170 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13330 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 17002.

[00577] Далее, операция 17002 иллюстрирует консолидацию нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего пограничную сеть, выполненную с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала, причем пограничная сеть содержит несколько взаимосвязанных путей, выполненных с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала, причем по меньшей мере один из указанных нескольких взаимосвязанных путей переноса ограничен одной или несколькими незаполненными областями. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью процесса консолидации, такого как, но не ограничиваясь этим, процесса прессования или процесса спекания, выполняемого с возможностью обеспечения уровня пористости в консолидированном ядерном топливе 200, подходящего для формирования пограничной сети 214, имеющей несколько взаимосвязанных путей 216 переноса, ограниченных одной или несколькими незаполненными областями и выполненных с возможностью переноса продукта 118 ядерного деления от поверхностей 212 ядерных топливных элементов 204 к геометрической поверхности 201 ядерного топлива 200. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью механического процесса, выполняемого с возможностью обеспечения пространственной конфигурации в консолидированном ядерном топливе 200, подходящей для формирования пограничной сети 214, имеющей несколько соединенных между собой путей 216 переноса, ограниченных областью между двумя или большим количеством смежных ядерных топливных элементов, и выполненных с возможностью переноса продукта 118 ядерного деления от поверхностей 212 ядерных топливных элементов 204 к геометрической поверхности 201 ядерного топлива 200.

[00578] На Фиг. 171 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 171 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13330 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 17102 и/или операцию 17104.

[00579] Далее, операция 17102 иллюстрирует консолидацию нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего пограничную сеть, выполненную с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала, причем пограничная сеть содержит несколько не взаимосвязанных путей переноса, выполненных с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топлива материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью механического процесса, выполняемого с возможностью обеспечения пространственной конфигурации в консолидированном ядерном топливе 200, подходящей для формирования пограничной сети 214, имеющей несколько не взаимосвязанных путей 214 переноса, выполненных с возможностью переноса продукта 118 ядерного деления от поверхностей 212 ядерных топливных элементов 204 к геометрической поверхности 201 ядерного топлива 200.

[00580] Далее, операция 17104 иллюстрирует консолидацию нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего пограничную сеть, выполненную с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала, причем пограничная сеть содержит несколько не взаимосвязанных путей, выполненных с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала, причем по меньшей мере один из указанных нескольких не взаимосвязанных путей переноса ограничен областью между поверхностями соседних и по существу параллельных или концентрических ядерных топливных элементов. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, ядерные топливные элементы 204 могут быть консолидированы с помощью механического процесса, выполняемого с возможностью обеспечения пространственной конфигурации в консолидированном ядерном топливе 200, подходящей для формирования пограничной сети 214, имеющей несколько не взаимосвязанных путей 214 переноса, ограниченных областью между поверхностями соседних и по существу параллельных или концентрических ядерных топливных элементов 204.

[00581] На Фиг. 172 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 172 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13330 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 17202 и/или операцию 17204.

[00582] Операция 17202 иллюстрирует консолидацию нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность, причем ядерный топливный материал консолидирован до плотности, равной или ниже теоретической плотности. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, процесс консолидации (например, прессование, спекание и т.п.), используемый для создания объема 202 консолидированного ядерного топлива 200, может производить изделие ядерного топлива, имеющего выбранную плотность, причем выбранная плотность меньше теоретической плотности. Например, ядерное топливо 200 может быть консолидировано до плотности 95% от теоретической плотности.

[00583] Операция 17204 иллюстрирует консолидацию нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность, причем ядерный топливный материал содержится в сохраняющем геометрическую форму контейнере. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, несколько ядерных топливных элементов 204 могут быть спрессованы в содержащем топливо сосуде или контейнере, пригодном для сохранения формы изделия ядерного топлива.

[00584] На Фиг. 173 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 173 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13330 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 17302 и/или операцию 17304.

[00585] Операция 17302 иллюстрирует консолидацию нескольких ядерных топливных элементов в устойчивый объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, порошок из оксида металла, такого как диоксид урана, может быть сформирован в устойчивую геометрию путем прессования и спекания.

[00586] Операция 17304 иллюстрирует прессование нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, несколько ядерных топливных элементов 204, таких как порошок из оксида металла (например, порошок диоксида урана), могут быть помещены в пресс-форму и спрессованы с образованием устойчивых топливных таблеток.

[00587] На Фиг. 174 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 174 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13330 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 17402.

[00588] Операция 17402 иллюстрирует спекание нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, несколько ядерных топливных элементов 204, таких как порошок из оксида металла (например, порошок диоксида урана), могут быть помещены в пресс-форму и спрессованы с образованием устойчивых топливных таблеток.

[00589] На Фиг. 175 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 175 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13330 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 17502, операцию 17504, операцию 17506 и/или операцию 17508.

[00590] Операция 17502 иллюстрирует механическое размещение нескольких ядерных топливных элементов в объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, несколько ядерных топливных элементов 204, таких как несколько ядерных топливных элементов на основе металла (например, тория) или металлического сплава (например, сплава урана), могут быть механически расположены в объеме 202 ядерного топлива 200.

[00591] Далее, операция 17504 иллюстрирует вплетение нескольких линейных ядерных топливных элементов в твердый объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность. Например, как изображено на Фиг.2J, несколько ядерных топливных элементов 204, таких как несколько ядерных топливных элементов на основе металла (например, тория) или металлического сплава (например, сплава урана), могут быть вплетены в тканую структуру 224 ядерного топлива 200.

[00592] Далее, операция 17506 иллюстрирует скатывание нескольких плоских ядерных топливных элементов в твердый объем ядерного топливного материала, имеющего поверхность. Например, как изображено на Фиг.2I, ядерный топливный элемент 204, такой как плоский лист из металла или металлического сплава, может быть скатан в цилиндрический объем 222. Далее, следует понимать, что два или большее количество скатанных цилиндрических объемов 222 могут быть консолидированы для формирования ядерного топлива 200.

[00593] Далее, операция 17508 иллюстрирует укладку одного на другой нескольких плоских ядерных топливных элементов с образованием твердого объема ядерного топливного материала, имеющего поверхность. Например, как изображено на Фиг.2Н, два или большее количество топливных элементов 204, таких как плоский лист из металла или металлического сплава могут быть уложены один на другой, чтобы сформировать объем ядерного топлива 200.

[00594] На Фиг. 176 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 13300 операций, показанной на Фиг. 133. На Фиг. 176 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 13330 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 17610, операцию 17612, операцию 17614 и/или операцию 17616.

[00595] После начала работы, выполнения операции 13310 использования, операции 13320 диспергирования и операции 13330 консолидации последовательность 17600 операций перемещается к операции 17610 обработки. Операция 17610 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов над консолидированным объемом ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько способов обработки может быть выполнено над объемом 202 ядерного топлива 200 для того, чтобы дополнительно уменьшить размеры тепловыделяющих элементов 204 или пограничной сети 214 ядерного топлива 200.

[00596] Операция 17612 иллюстрирует выполнение одного или нескольких способов обработки материала над консолидированным объемом ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, один или несколько способов обработки материалов может быть выполнено над объемом 202 ядерного топлива 200 для того, чтобы дополнительно уменьшить размеры тепловыделяющих элементов 204 или пограничной сети 214 ядерного топлива 200.

[00597] Далее, операция 17614 иллюстрирует холодную обработку консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 202 ядерного топлива 200 может быть подвергнут холодной обработке для того, чтобы дополнительно уменьшить размеры ядерных элементов 204 или пограничной сети 214 ядерного топлива 200. Процесс холодной обработки может включать, но не ограничиваясь этим, холодную прокатку, экструзию при низкой температуре, изгиб, уплотнение, или вытягивание.

[00598] Далее, операция 17616 иллюстрирует отжиг консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 202 ядерного топливного материала может быть подвергнут отжигу. Например, после холодной обработки топливо 200 ядерного реактора может быть подвергнуто отжигу для того, чтобы дополнительно уменьшить размеры ядерных элементов 204 или пограничной сети 214 ядерного топлива 200.

[00599] На Фиг.177 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 17600 операций, показанной на Фиг. 176. На Фиг.177 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 17610 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 17702 и/или операцию 17704.

[00600] Далее, операция 17702 иллюстрирует плавление части консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, часть консолидированного объема 202 ядерного топлива 200 может быть расплавлена.

[00601] Далее, операция 17704 иллюстрирует нормализацию консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 202 ядерного топлива 200 может быть нормализован в целях дальнейшего уменьшения размеров ядерных элементов 204 или пограничной сети 214 ядерного топлива 200.

[00602] На Фиг. 61 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 5900 операций, показанной на Фиг. 59. На Фиг. 61 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 5910 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 6102 и/или операцию 6104.

[00603] На Фиг. 178 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 17600 операций, показанной на Фиг. 176. На Фиг. 178 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 17610 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 17802 и/или операцию 17804.

[00604] Далее, операция 17802 иллюстрирует отпуск консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 202 ядерного топлива 200 может быть подвергнут отпуску в целях дальнейшего уменьшения размеров ядерных элементов 204 или пограничной сети 214 ядерного топлива 200.

[00605] Далее, операция 17804 иллюстрирует химическую обработку консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 202 ядерного топлива 200 может быть химически обработан для того, чтобы дополнительно уменьшить размеры ядерных элементов 204 или пограничной сети 214 ядерного топлива 200.

[00606] На Фиг. 179 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 17600 операций, показанной на Фиг. 176. На Фиг. 179 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 17610 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 17902.

[00607] Далее, операция 17902 иллюстрирует выполнение одного или нескольких процессов управления пористостью над консолидированным объемом ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 202 ядерного топлива 200 может быть подвергнут процессу управления пористостью (например, отжигу или химической обработке).

[00608] На Фиг. 180 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 17600 операций, показанной на Фиг. 176. На Фиг. 180 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 17610 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 18002 и/или операцию 18004.

[00609] Операция 18002 иллюстрирует введение консолидированного объема ядерного топливного материала в среду с повышенной температурой. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 202 ядерного топлива 200 может быть введен в среду с высокой температурой, например, при работе в ядерном реакторе.

[00610] Операция 18004 иллюстрирует облучение консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 202 ядерного топлива 200 может быть облучен (например, облучен в ядерном реакторе или с помощью источника нейтронов) с целью уменьшения размеров ядерных топливных элементов 204 или пограничной сети 114.

[00611] На Фиг. 181 изображены альтернативные варианты выполнения иллюстративной последовательности 17600 операций, показанной на Фиг. 176. На Фиг. 181 изображены иллюстративные варианты выполнения, в которых операция 17610 может включать по меньшей мере одну дополнительную операцию. Дополнительные операции могут включать операцию 18102.

[00612] Операция 18102 иллюстрирует выполнение процесса ядерного расщепления с использованием консолидированного объема ядерного топливного материала. Например, как изображено на Фиг. 1А-4, консолидированный объем 202 ядерного топлива 200 может быть использован в процессе ядерного расщепления (например, при использовании в ядерном реакторе). Следует понимать, что размеры элементов 204 ядерного расщепления могут стать меньше и/или пограничная сеть 114 ядерного топлива 200 может стать более сформированной при использовании ядерного топлива 200 в ядерном реакторе 200.

[00613] Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что уровень техники развился до такой степени, что между аппаратным обеспечением, программным обеспечением и/или программно-техническим обеспечением аспектов системы остается лишь небольшое различие; использование оборудования, программного обеспечения и/или программной реализации, как правило (но не всегда; в определенных ситуациях выбор между аппаратным и программным обеспечением может стать значительным), является выбором при проектировании, представляющим собой компромисс между стоимостью и эффективностью. Специалистам в данной области техники будет понятно, что имеются различные средства, с помощью которых процессы и/или системы и/или другие технологии, описанные в настоящем документе, могут быть осуществлены (например, аппаратные средства, программное обеспечение и/или аппаратно-программное обеспечение), и что предпочтительное средство будет варьироваться в зависимости от контекста, в котором используются процессы и/или системы и/или другие технологии. Например, если исполнитель определяет, что скорость и точность являются первостепенными, то разработчик может взять за основу аппаратное и/или аппаратно-программное обеспечение; если же гибкость имеет первостепенное значение, то разработчик может взять за основу программное обеспечение; или же, в качестве альтернативы, разработчик может выбрать некоторую комбинацию аппаратного, программного и/или аппаратно-программного обеспечения. Таким образом, имеется несколько возможных средств, с помощью которых процессы и/или устройства и/или другие технологии, описанные в настоящем документе, могут быть использованы, причем ни одна из них по своей природе не лучше другой в том смысле, что любое используемое средство, представляет собой выбор, зависящий от контекста, в котором средство будет использоваться, и конкретных задач (например, скорости, гибкости или предсказуемости) разработчика, любая из которых может варьироваться. Специалистам в данной области техники будет понятно, что оптические аспекты реализации будут в целом использовать оптически ориентированное оборудование, программное обеспечение или аппаратно-программное обеспечение.

[00614] В некоторых реализациях, описанных в настоящем документе, логика и аналогичные реализации могут содержать программное обеспечение или другие управляющие конструкции. Электронная схема, например, может иметь один или несколько путей для прохождения электрического тока, выполненных и расположенных для реализации различных функций, как описано в настоящем документе. В некоторых вариантах выполнения одно или несколько средств может быть выполнено с возможностью поддерживать реализацию обнаружения устройства, когда такие средства поддерживают или передают инструкции по обнаружению устройства, как описано в настоящем документе. В некоторых вариантах реализации, например, могут включать обновление или модификацию существующего программного обеспечения или аппаратно-программного обеспечения, или вентильных матриц или программируемых аппаратных средств путем, например, выполнения приема или передачи одного или нескольких команд по отношению к одной или нескольким операциям, описанным в настоящем документе. В качестве альтернативы или дополнительно, в некоторых вариантах реализация может включать специальные аппаратные средства, программное обеспечение, микропрограммные компоненты и/или компоненты общего назначения, выполняющие или вызывающие для выполнения компоненты специального назначения. Спецификации или другие реализации могут передаваться одним или несколькими экземплярами материальных средств передачи, как описано выше, факультативно, пакетной передачей или иным путем пропускания через распределенные средства в разное время.

[00615] В качестве альтернативы или дополнительно, реализации могут включать выполнение последовательности команд специального назначения или использования электрической цепи для обеспечения, включения, координации, запрашивания или иным образом приводя к выполнению одной или нескольких любых функциональных операций, описанных в настоящем документе. В некоторых вариантах рабочие или другие логические описания могут быть выражены в виде исходного кода и скомпилированы или иначе вызываемы как выполняемая последовательность команд. В некоторых случаях реализации могут быть предписаны, например, полностью или частично, исходным кодом, таким как C++ или другие последовательности кодов. В других реализациях источник или другой код реализации с использованием коммерчески доступных способов в данной области техники, могут быть скомпилированы / использованы / переведены / преобразованы в язык высокого уровня (например, первоначально реализуя описанные технологии в языке программирования С или C++ с последующим преобразованием реализации языка программирования в реализацию логическо-синтезируемого языка, в реализацию языка описания аппаратных средств, в реализацию моделирования аппаратного обеспечения, и/или в другие такие аналогичные вид(ы) выражения). Например, некоторые или все из логических выражений (например, реализация языка программирования) могут проявляться как описание аппаратных средств типа Verilog (например, через язык описания аппаратных средств (HDL) и/или через язык для разработки и описания VHSIC-аппаратуры (VHDL)) или другие модели электрической цепи, которые затем могут быть использованы для создания физической реализации, имеющей оборудование (например, специализированной интегральной схемы). Специалистам в данной области техники будет понятно, как получить, настроить и оптимизировать подходящие элементы передачи или вычислительные элементы, материальные запасы, приводы или другие конструкции в свете этих изобретательских замыслов.

[00616] Приведенное выше подробное описание формулирует различные варианты выполнения устройств и/или процессов путем использования схематических диаграмм, схем последовательностей операций и/или примеров. Поскольку такие схематические диаграммы, схемы последовательностей операций и/или примеры содержат одну или несколько функций и/или операций, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что каждая функция и/или операция на таких схематических диаграммах, схемах последовательностей операций или примерах могут быть реализована индивидуально и/или совместно с помощью широкого спектра аппаратных средств, программного обеспечения, аппаратно-программного обеспечения или практически любой их комбинации. В одном варианте выполнения несколько частей объекта изобретения, описанного в настоящем документе, могут быть использованы через специализированные интегральные схемы (ASIC), схемы программируемых пользователем вентильных матриц (FPGA), процессоры цифровых сигналов (DSP), или другие интегрированные форматы. Тем не менее, специалистам в данной области техники будет понятно, что некоторые аспекты вариантов выполнения, описанные в настоящем документе, полностью или частично, могут быть эквивалентным образом реализованы в интегральных схемах в качестве одной или нескольких компьютерных программ, работающих на одном или нескольких компьютерах (например, как одна или несколько программ, работающих на одной или нескольких компьютерных системах), в качестве одной или нескольких программ, работающих на одном или нескольких процессорах (например, как одна или несколько программ, работающих на одном или нескольких микропроцессорах), в качестве аппаратно-программного обеспечения или в виде практически любой их комбинации, и что в свете настоящего описания разработка схемы и/или написание кода для программного обеспечения или аппаратно-программного обеспечения будет хорошо понятно квалифицированному специалисту в данной области техники. Далее, специалистам в данной области техники будет понятно, что механизмы объекта изобретения, описанные в настоящем документе, могут распространяться в виде программного продукта в различных формах, и что иллюстративный вариант выполнения объекта изобретения, описанный в настоящем документе, действует независимо от конкретного типа переносящего сигнал носителя, на самом деле используемого для осуществления распространения. Примеры переносящего сигнал носителя включают, но не ограничиваются этим, следующее: носитель записываемого типа, такой как гибкий диск, жесткий диск, компакт-диск (CD), цифровой видеодиск (DVD), цифровая лента, память компьютера и т.д.; и носитель передающего типа, такой как цифровой и/или аналоговый носитель передачи данных (например, волоконно-оптический кабель, волновод, проводная линия связи, беспроводной связи (например, передатчик, приемник, логическая схема передачи, логическая схема приема и т.д.) и т.д.).

[00617] В общем смысле, специалистам в данной области техники будет понятно, что различные варианты выполнения, описанные в настоящем документе, могут быть осуществлены по отдельности и/или совместно различными типами электромеханических систем, имеющими широкий спектр электрических компонентов, таких как аппаратные средства, программное и аппаратно-программное обеспечение, и/или практически любая их комбинация, а также широкий спектр компонентов, которые могут приложить механическую силу или реализовать перемещение, таких как твердые тела, пружины или тела кручения, устройства с гидравлическим или электромагнитным приводом, и/или практически любая их комбинация. Следовательно, как он используется в настоящем документе, термин «электромеханическая система» включает, но не ограничивается этим, электрические схемы, функционально соединенные с преобразователем (например, приводом, двигателем, пьезоэлектрическим кристаллом, микроэлектромеханической системой (МЭМС) и т.д.), причем электрическая схема имеет по меньшей мере одну дискретную электрическую схему, электрическая схема имеет по меньшей мере одну интегральную схему, электрическая схема имеет по меньшей мере одну специализированную интегральную схему, электрическая схема формирует универсальное вычислительное устройство с компьютерной программой (например, компьютер общего назначения с компьютерной программой, которая, по меньшей мере частично, реализует процессы и/или устройства, описанные в настоящем документе, или микропроцессор с компьютерной программой, которая, по меньшей мере частично, реализует процессы и/или устройства, описанные в данном описании), электрическая схема, формирующая запоминающее устройство (например, разные формы памяти (например, устройство произвольного доступа, флэш-память, «только считывание» и т.д.)), электрическая схема, формирующая устройства обмена данными (например, модем, переключатель, оптоэлектрическое оборудование и т.д.), и/или ее любой неэлектрический аналог, такой как оптические или другие аналоги. Специалистам в данной области техники будет также понятно, что примеры электромеханических систем включают, но не ограничиваются различными потребительскими электронными системами, медицинскими приборами, а также другими системами, такими как механические транспортные системы, системы автоматизации производства, системы безопасности, и/или системы обмена данными / вычислительные системы. Специалистам в данной области техники будет понятно, что термин «электромеханический», как он использован в настоящем документе, не обязательно ограничивается системой, которая имеет как электрический, так и механический привод, кроме случаев, в которых из контекста понятно иное.

[00618] В общем смысле, специалистам в данной области техники будет понятно, что различные аспекты, описанные в настоящем документе, которые могут быть реализованы по отдельности и/или совместно, с помощью широкого спектра оборудования, программного обеспечения, аппаратно- программного обеспечения и/или любой их комбинации, можно рассматривать как состоящие из «электрических схем» различных типов. Следовательно, как используется в настоящем документе, термин «электрическая схема» включает, но не ограничивается этим, электрическую схему, имеющую по меньшей мере одну дискретную электрическую схему, электрическую схему, имеющую по меньшей мере одну интегральную схему, электрическую схему, имеющую по меньшей мере одну специализированную интегральную схему, электрическую схему, формирующую универсальное вычислительное устройство с компьютерной программой (например, компьютер общего назначения с компьютерной программой, которая, по меньшей мере частично, реализует процессы и/или устройства, описанные в настоящем документе, или микропроцессор с компьютерной программой, которая, по меньшей мере частично, реализует процессы и/или устройства, описанные в настоящем документе), электрическую схему, формирующую запоминающее устройство (например, различные типы памяти (например, устройство произвольного доступа, флэш-память, «только считывание» и т.д.)), и/или электрическую схему, формирующую устройства обмена данными (например, модем, переключатель, оптоэлектрическое оборудование и т.д.). Специалистам в данной области техники будет понятно, что объект изобретения, описанный в настоящем документе, может быть реализован в аналоговой или цифровой форме или в некоторой их комбинации.

[00619] Специалистам в данной области техники будет понятно, что по меньшей мере часть устройства и/или процессов, описанных в настоящем документе, может быть интегрирована в систему обработки данных. Специалистам в данной области техники будет понятно, что система обработки данных в целом содержит один или несколько системных блоков, видеодисплей, память, такую как кратковременную или долговременную память, процессоры, такие как микропроцессоры или процессоры цифровых сигналов, вычислительное оборудование, такое как операционные системы, драйверы, графические пользовательские интерфейсы и программное приложение, одно или несколько диалоговых устройств (например, сенсорная панель, сенсорный экран, антенна и т.д.), и/или системы управления, включая обратную связь и управляющие двигатели (например, обратная связь для определения положения и/или скорости; управляющие двигатели для перемещения и/или регулировки компонентов и/или величин). Система обработки данных может быть реализована с использованием подходящих коммерчески доступных компонентов, таких как те, которые обычно имеются в устройствах и/или в системах вычисления / обмена данными.

[00620] Специалистам в данной области техники будет понятно, что описанные в настоящем документе компоненты (например, операции), устройства, объекты и сопровождающее их обсуждение используются в качестве примеров для концептуальной ясности, и что предусмотрены различные модификации конфигураций. Следовательно, как используется в настоящем документе, конкретные примеры, изложенные и сопровождающие описание, предназначены быть представителем более общих классов. В целом, использование любого конкретного примера предназначено быть представителем своего класса, а не включение конкретных компонентов (например, операций), устройств и объектов не должно рассматриваться как ограничение.

[00621] Несмотря на то, что пользователь изображен / описан в настоящем документе как один иллюстративный объект, специалистам в данной области техники будет понятно, что пользователь может быть представлен человеком-пользователем, роботом-пользователем (например, вычислительным оборудованием) и/или, по существу, любой их комбинацией (например, пользователь может иметь в качестве помощника одного или нескольких роботов), если в контексте явно не указано иное. Специалистам в данной области техники будет понятно, что, в целом, то же самое можно сказать и об «отправителе» и/или о других ориентированных на оборудование терминах, когда эти термины используются в настоящем документе, если в контексте явно не указано иное.

[00622] В связи с использованием в данном описании по существу любых терминов в множественном и/или в единственном числе, специалисты в данной области техники смогут переводить из множественного в единственное число и/или из единственного числа в множественное число, в соответствии с условиями контекста и/или применения. Различные перестановки из единственного числа во множественное число и наоборот явным образом не изложены в настоящем документе для краткости.

[00623] Описанный в настоящем документе объект изобретения иногда иллюстрирует различные компоненты, содержащиеся или соединенные с различными другими компонентами. Следует понимать, что такие изображенные построения являются исключительно иллюстративными, и что в действительности могут быть использованы многие другие построения, которые достигают той же функциональности. В концептуальном смысле любое расположение компонентов для достижения тех же функциональных возможностей эффективно «связано» так, что достигается требуемая функциональность. Следовательно, любые два компонента в настоящем документе, консолидированные для достижения конкретной функциональности, можно рассматривать как «связанные» друг с другом так, что требуемая функциональность достигается независимо от построения или промежуточных компонентов. Аналогично, любые два компонента, которые так связаны, также можно рассматривать как «функционально связанные» или «функционально соединенные» друг с другом для достижения требуемых функциональных возможностей, при этом любые два компонента, способные быть настолько связанными, также могут рассматриваться как «выполненные с возможностью функциональной связи» друг с другом для достижения требуемых функциональных возможностей. Конкретные примеры функциональной связи включают, но не ограничиваются этим, физически сочленяемые и/или физически взаимодействующие компоненты, и/или выполненные с возможностью взаимодействия посредством беспроводной связи, и/или взаимодействующие посредством беспроводной связи компоненты, и/или логически взаимодействующие, и/или выполненные с возможностью логического взаимодействия компоненты.

[00624] В некоторых случаях один или несколько компонентов могут упоминаться в настоящем документе как «выполненные с возможностью», «выполненные с возможностью работы», «выполненные с возможностью соответствия» и т.п. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что такие термины (например, «выполненные с возможностью») в общем случае может включать компоненты в активном состоянии и/или компоненты в неактивном состоянии и/или компоненты в состоянии режима ожидания, если только из контекста явным образом не следует иного.

[00625] Несмотря на то, что в настоящем документе были изображены и описаны конкретные аспекты настоящего изобретения, специалистам в данной области техники будет очевидно, что, исходя из изложенных в настоящем документе идей, в настоящем документе могут быть сделаны изменения и модификации, без отхода от объекта изобретения и его более широких аспектов и, следовательно, приложенная формула изобретения включает в свой объем все такие изменения и модификации, которые находятся в пределах сущности и объема объекта изобретения, описанного в настоящем документе. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что, в целом, термины, используемые в настоящем документе, и особенно в приложенной формуле изобретения (например, в приложенной формуле изобретения), как правило, предназначены для понимания как «открытые» термины (например, термин «включающий» следует интерпретировать как «включающий, но не ограничиваясь этим», термин «имеющий» следует интерпретировать как «имеющий по меньшей мере», термин «содержит» следует интерпретировать как «содержит, но не ограничивается этим» и т.д.). Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что, если предназначено определенное число включенных элементов формулы изобретения, такое намерение будет явно указано в формуле изобретения, а при отсутствии такого указания такое намерение отсутствует. Например, в качестве помощи для понимания, последующая приложенная формула изобретения может содержать использование вводных фраз «по меньшей мере один» и «один или несколько» для введения элементов. Однако использование таких фраз не должно быть истолковано так, что введение элементов пункта формулы изобретения в единственном числе ограничивает любой пункт формулы изобретения, содержащий такой введенный элемент, пунктом, который содержит только один такой элемент, даже если тот же самый пункт имеет вводные фразы «один или несколько» или «по меньшей мере один», и неопределенные артикли, такие как «а» или «an» (например, «а» или «an», как правило, должны быть интерпретированы в значении «по меньшей мере один» и «один или несколько»); то же самое относится и к использованию определенных артиклей, используемых для введения элементов пунктов формулы изобретения. Далее, даже если определенное число введенных элементов явным образом указано, специалистам в данной области техники будет понятно, что такие элементы, как правило, должны быть истолкованы как по меньшей мере указанное число (например, простое указание «двух элементов» без других модификаторов обычно означает по меньшей мере два элемента, или два или большее количество элементов). Далее, в тех случаях, в которых используется фраза «по меньшей мере один из: А, В, С и т.д.», в целом такая конструкция предназначена в том смысле, что специалисту в данной области техники будет понятна фраза (например, «система, имеющая по меньшей мере один из: А, В и С» будет включать, но не ограничиваться системами, которые имеют только А, только В, только С, А и В вместе, А и С вместе, В и С вместе, и/или А, В и С вместе и т.д.). В тех случаях, когда используется фраза «по меньшей мере один из: А, В или С, и т.д.», в целом такая конструкция предназначена в том смысле, что специалисту в данной области техники будет понятна фраза (например, «система, имеющая по меньшей мере один из: А, В или С» будет включать, н но не ограничиваться системами, которые имеют только А, только В, только С, А и В вместе, А и С вместе, В и С вместе, и/или А, В и С вместе и т.д.). Специалисту в данной области техники будет также понятно, что в целом дизъюнктивное слово и/или фразу, представляющую собой два или большее количество альтернативных терминов, будь то в описании, формуле изобретения или на чертежах, следует понимать как предусматривающую возможность включения одного из этих терминов, любого из этих терминов или оба термина, если из контекста явным образом не следует иное. Например, фразу « А или В» следует в целом понимать как включающую возможности «А» или «В» или «А и В».

[00626] В отношении приложенной формулы изобретения, специалистам в данной области техники будет понятно, что указанные операции в целом могут быть выполнены в любом порядке. Далее, несмотря на то, что различные операции представлены в определенной последовательности, следует понимать, что различные операции могут быть выполнены в других последовательностях, чем те, которые проиллюстрированы, или могут выполняться одновременно. Примеры таких альтернативных последовательностей могут включать перекрытие, перемежение, прерывание, перемену мест следования, добавление, подготовку, дополнение, одновременность, обратный порядок или другой вариант упорядочения, если из контекста явным образом не следует иное. Далее, такие термины, как «в ответ на», «связанный с» или другие прилагательные в прошедшем времени, как правило, не предназначены для исключения таких вариантов, если из контекста явным образом не следует иное.

[00627] Аспекты объекта изобретения, описанные в настоящем документе, приведены в последующих пронумерованных положениях:

ПОЛОЖЕНИЯ

1. Ядерное топливо, содержащее:

объем ядерного топливного материала, ограниченный поверхностью, причем ядерный топливный материал содержит несколько зерен,

при этом некоторые из указанных нескольких зерен имеют характеристическую длину вдоль по меньшей мере одного измерения, которая меньше или равна выбранной длине, подходящей в некоторых из зерен для поддержания надлежащей диффузии продукта ядерного деления из внутреннего объема зерна к по меньшей мере одной границе зерна,

причем ядерный топливный материал содержит пограничную сеть, выполненную с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной границы зерен некоторых из зерен к поверхности объема ядерного топливного материала.

2. Ядерное топливо по п.1, в котором продукт ядерного деления содержит газообразный продукт ядерного деления, жидкий продукт ядерного деления или твердый продукт ядерного деления.

3. Ядерное топливо по п.1, в котором характеристическая длина вдоль по меньшей мере одного измерения, которая меньше или равна выбранной длине некоторых из указанных нескольких зерен, достигается, по меньшей мере частично, посредством способа обработки материалов.

4. Ядерное топливо по п.3, в котором характеристическая длина вдоль по меньшей мере одного измерения, которая меньше или равна выбранной длине некоторых из указанных нескольких зерен, достигается, по меньшей мере частично, посредством по меньшей мере одного из: процесса холодной обработки, процесса отжига, процесса нормализации, процесса механической обработки, процесса химической обработки или процесса отпуска.

5. Ядерное топливо по п.1, в котором характеристическая длина вдоль по меньшей мере одного измерения, которая меньше или равна выбранной длине некоторых из указанных нескольких зерен, достигается, по меньшей мере частично, посредством среды с повышенной температурой.

6. Ядерное топливо по п.1, в котором характеристическая длина вдоль по меньшей мере одного измерения, которая меньше или равна выбранной длине некоторых из указанных нескольких зерен, достигается, по меньшей мере частично, путем облучения.

7. Ядерное топливо по п.1, в котором некоторые из указанных нескольких зерен имеют выбранную зернистую текстуру, причем указанная зернистая текстура управляется посредством процесса управления зернистой текстурой.

8. Ядерное топливо по п.1, в котором ядерный топливный материал имеет выбранную пористость, причем пористость управляется посредством процесса управления пористостью.

9. Ядерное топливо по п.1, в котором характеристическая длина вдоль по меньшей мере одного измерения, которая меньше или равна выбранной длине некоторых из указанных нескольких зерен, достигается, по меньшей мере частично, до начала процесса ядерной реакции деления ядерного топливного материала.

10. Ядерное топливо по п.1, в котором характеристическая длина вдоль по меньшей мере одного измерения, которая меньше или равна выбранной длине некоторых из указанных нескольких зерен, достигается, по меньшей мере частично, в ходе процесса ядерной реакции деления ядерного топливного материала.

11. Ядерное топливо по п.1, в котором характеристическая длина вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких зерен включает характеристическую длину вдоль выбранного измерения некоторых из указанных нескольких зерен.

12. Ядерное топливо по п.1, в котором характеристическая длина вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких зерен включает характеристическую длину некоторых из указанных нескольких зерен вдоль выбранного направления.

13. Ядерное топливо по п.1, в котором некоторые из указанных нескольких зерен имеют среднюю характеристическую длину вдоль выбранного измерения, которая меньше или равна выбранной длине.

14. Ядерное топливо по п.1, в котором некоторые из указанных нескольких зерен имеют среднюю характеристическую длину вдоль выбранного направления, которая меньше или равна выбранной длине.

15. Ядерное топливо по п.1, в котором по меньшей мере часть из указанных нескольких зерен имеет выбранное статистическое распределение характеристических длин.

16. Ядерное топливо по п.1, в котором по меньшей мере часть из указанных нескольких зерен имеет выбранный набор распределений характеристических длин.

17. Ядерное топливо по п.1, в котором выбранная длина является функцией рабочего состояния ядерного топливного материала.

18. Ядерное топливо по п.17, в котором рабочее состояние ядерного топливного материала включает рабочую температуру ядерного материала.

19. Ядерное топливо по п.17, в котором рабочее состояние ядерного топливного материала включает индуцированную давлением температуру ядерного топливного материала.

20. Ядерное топливо по п.1, в котором выбранная длина является функцией химического состава ядерного топливного материала.

21. Ядерное топливо по п.1, в котором выбранная длина является функцией скорости производства продукта ядерного деления в ядерном топливном материале.

22. Ядерное топливо по п.1, в котором указанное по меньшей мере одно измерение выбирается так, чтобы в некоторых из зерен максимизировать теплоперенос из внутреннего объема зерна к границе зерна.

23. Ядерное топливо по п.22, в котором указанное по меньшей мере одно измерение выбирается так, чтобы в некоторых из зерен оно было по существу параллельно температурному градиентом во внутреннем объеме зерна.

24. Ядерное топливо по п.1, в котором указанная выбранная длина, подходящая для поддержания надлежащей диффузии продукта ядерного деления, включает выбранную длину, подходящую для поддержания уровня диффузии, необходимого для поддержания концентрации продукта ядерного деления в объеме ядерного топливного материала на уровне или ниже выбранного уровня.

25. Ядерное топливо по п.24, в котором указанная выбранная длина для поддержания уровня диффузии, необходимого для поддержания концентрации продукта ядерного деления в объеме ядерного топливного материала на уровне или ниже выбранного уровня, включает выбранную длину, подходящую для поддержания уровня диффузии, необходимого для поддержания концентрации продукта ядерного деления в объеме ядерного топливного материала на уровне или ниже концентрации, необходимой для зарождения продукта ядерного деления.

26. Ядерное топливо по п.1, в котором пограничная сеть ядерного топливного материала достигается, по меньшей мере частично, за счет способа обработки материала.

27. Ядерное топливо по п.26, в котором пограничная сеть ядерного топливного материала достигается, по меньшей мере частично, посредством по меньшей мере одного из: процесса холодной обработки, процесса отжига, процесса нормализации, процесса механической обработки, процесса отпуска или процесса химической обработки.

28. Ядерное топливо по п.1, в котором пограничная сеть ядерного топливного материала достигается, по меньшей мере частично, за счет процесса управления пористостью.

29. Ядерное топливо по п.1, в котором пограничная сеть ядерного топливного материала достигается, по меньшей мере частично, за счет процесса управления зернистой текстурой.

30. Ядерное топливо по п.1, в котором пограничная сеть ядерного топливного материала достигается, по меньшей мере частично, за счет среды с повышенной температурой.

31. Ядерное топливо по п.1, в котором пограничная сеть ядерного топливного материала достигается, по меньшей мере частично, за счет облучения.

32. Ядерное топливо по п.1, в котором пограничная сеть ядерного топливного материала достигается, по меньшей мере частично, до начала процесса ядерной реакции деления ядерного топливного материала.

33. Ядерное топливо по п.1, в котором пограничная сеть ядерного топливного материала достигается, по меньшей мере частично в ходе процесса ядерной реакции деления ядерного топливного материала.

34. Ядерное топливо по п.1, в котором характеристическая длина вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких зерен и формирование пограничной сети ядерного топливного материала достигаются, по меньшей мере частично, одновременно в процессе изготовления.

35. Ядерное топливо по п.1, в котором пограничная сеть ядерного топливного материала содержит по меньшей мере один путь переноса, выполненный с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной границы зерна по меньшей мере одного из указанных нескольких зерен к поверхности объема ядерного топливного материала.

36. Ядерное топливо по п.35, в котором указанный по меньшей мере один путь переноса, выполненный с возможностью переноса продукта ядерного деления от указанной по меньшей мере одной границы зерна по меньшей мере одного из указанных нескольких зерен к поверхности объема ядерного топливного материала, ограничен областью между двумя или большим количеством соседних зерен.

37. Ядерное топливо по п.35, в котором указанный по меньшей мере один путь переноса, выполненный с возможностью переноса продукта ядерного деления от указанной по меньшей мере одной границы зерна по меньшей мере одного из указанных нескольких зерен к поверхности объема ядерного топливного материала, пересекается с указанной по меньшей мере одной границей зерна.

38. Ядерное топливо по п.1, в котором пограничная сеть ядерного топливного материала содержит несколько взаимосвязанных путей переноса, выполненных с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной границы зерна по меньшей мере одного из указанных нескольких зерен к поверхности объема ядерного топливного материала.

39. Ядерное топливо по п.38, в котором по меньшей мере один из указанных нескольких взаимосвязанных путей переноса, выполненный с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной границы зерна по меньшей мере одного из указанных нескольких зерен к поверхности объема ядерного топливного материала, ограничен границей зерна между двумя или большим количеством соседних зерен.

40. Ядерное топливо по п.38, в котором по меньшей мере один из указанных нескольких взаимосвязанных путей переноса, выполненный с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной границы зерна по меньшей мере одного из указанных нескольких зерен к поверхности объема ядерного топливного материала, ограничен одной или большим количеством незаполненных областей.

41. Ядерное топливо по п.1, в котором некоторые из указанных нескольких зерен, включают зерно, имеющее пограничный слой, содержащий материал, отличный от материала внутреннего объема зерна.

42. Ядерное топливо по п.1, в котором ядерный топливный материал содержит керамический ядерный топливный материал.

43. Ядерное топливо по п.42, в котором керамический ядерный топливный материал содержит по меньшей мере одно из: ядерный топливный материал на основе оксидов, ядерный топливный материал на основе карбидов или ядерный топливный материал на основе нитридов.

44. Ядерное топливо по п.42, в котором ядерный топливный материал содержит ядерный топливный материал на основе смешанного оксида.

45. Ядерное топливо по п.1, в котором ядерный топливный материал содержит по меньшей мере одно из: металлический ядерный топливный материал, ядерный топливный материал на основе металлического сплава или интерметаллический ядерный топливный материал.

46. Ядерное топливо по п.1, в котором ядерный топливный материал содержит по меньшей мере одно из: изотоп урана, изотопов плутония или изотоп тория.

47. Ядерное топливо по п.1, в котором ядерный топливный материал имеет плотность, равную или ниже теоретической плотности.

48. Ядерное топливо по п.1, в котором объем ядерного топливного материала включает объем ядерного топлива, содержащийся в сохраняющем геометрическую форму контейнере.

49. Ядерное топливо по п.1, в котором объем ядерного топливного материала содержит устойчивый объем ядерного топливного материала.

50. Ядерное топливо по п.49, в котором устойчивый объем ядерного топливного материала изготовлен с помощью процесса прессования.

51. Ядерное топливо по п.49, в котором устойчивый объем ядерного топливного материала изготовлен с помощью процесса спекания.

52. Ядерное топливо по п.49, в котором устойчивый объем ядерного топливного материала изготовлен с помощью процесса отливки.

53. Ядерное топливо по п.49, в котором устойчивый объем ядерного топливного материала изготовлен с помощью процесса экструзии.

54. Ядерное топливо, содержащее:

объем ядерного топливного материала, ограниченный поверхностью;

причем ядерный топливный материал содержит несколько ядерных топливных элементов, содержащих металл;

при этом некоторые из указанных нескольких ядерных топливных элементов имеют характеристическую длину вдоль по меньшей мере одного измерения, которая меньше или равна выбранной длине, причем указанная выбранная длина в некоторых ядерных топливных элементах подходит для поддержания надлежащей диффузии продукта ядерного деления из внутреннего объема ядерного топливного элемента к по меньшей мере одной свободной поверхности;

причем указанные несколько топливных элементов консолидированы до выбранной плотности.

55. Ядерное топливо по п.54, в котором некоторые из указанных нескольких ядерных топливных элементов содержат ядерный топливный материал из по меньшей мере одного из: металла, металлического сплава или интерметаллического соединения.

56. Ядерное топливо по п.54, в котором продукт ядерного деления включает газообразный продукт ядерного деления, жидкий продукт ядерного деления или твердый продукт ядерного деления.

57. Ядерное топливо по п.54, в котором некоторые из ядерных топливных элементов содержат по меньшей мере одно из: частицу, линейный элемент или плоский элемент.

58. Ядерное топливо по п.54, в котором некоторые из ядерных топливных элементов содержат трехмерный ядерный топливный элемент определенной геометрической формы.

59. Ядерное топливо по п.58, в котором ядерный топливный элемент определенной геометрической формы включает ядерный топливный элемент правильной формы.

60. Ядерное топливо по п.58, в котором ядерный топливный элемент правильной формы содержит по меньшей мере одно из: сферический элемент, цилиндрический элемент, эллипсоидальный элемент, тороидальный элемент или ромбовидный элемент.

61. Ядерное топливо по п.58, в котором ядерный топливный элемент определенной геометрической формы включает ядерный топливный элемент неправильной формы.

62. Ядерное топливо по п.54, в котором некоторые из указанных нескольких ядерных топливных элементов содержат два или большее количество зерен.

63. Ядерное топливо по п.54, в котором характеристическая длина вдоль по меньшей мере одного измерения, которая меньше или равна выбранной длине некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, достигается, по меньшей мере частично, посредством способа обработки материала.

64. Ядерное топливо по п.63, в котором характеристическая длина вдоль по меньшей мере одного измерения, которая меньше или равна выбранной длине некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, достигается, по меньшей мере частично, посредством по меньшей мере одного из: процесса холодной обработки, процесса отжига, процесса нормализации, процесса отпуска, процесса механической обработки или процесса химической обработки.

65. Ядерное топливо по п.54, в котором характеристическая длина вдоль по меньшей мере одного измерения, которая меньше или равна выбранной длине некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, достигается, по меньшей мере частично, за счет среды с повышенной температурой.

66. Ядерное топливо по п.54, в котором характеристическая длина вдоль по меньшей мере одного измерения, которая меньше или равна выбранной длине некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, достигается, по меньшей мере частично, путем облучения.

67. Ядерное топливо по п.54, в котором характеристическая длина вдоль по меньшей мере одного измерения, которая меньше или равна выбранной длине некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, достигается, по меньшей мере частично, до начала реакции ядерного деления в ядерном топливном материале.

68. Ядерное топливо по п.54, в котором характеристическая длина вдоль по меньшей мере одного измерения, которая меньше или равна выбранной длине некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов, достигается, по меньшей мере частично, в ходе реакции ядерного деления в ядерном топливном материале.

69. Ядерное топливо по п.54, в котором некоторые из ядерных топливных элементов имеют выбранную зернистую текстуру, причем зернистая текстура управляется с помощью процесса управления зернистой текстурой.

70. Ядерное топливо по п.54, в котором ядерный топливный материал имеет выбранную пористость, причем пористость управляется с помощью процесса управления пористостью.

71. Ядерное топливо по п.54, в котором характеристическая длина вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких топливных элементов включает характеристическую длину вдоль выбранного измерения некоторых из указанных нескольких топливных элементов.

72. Ядерное топливо по п.54, в котором характеристическая длина вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких топливных элементов включает характеристическую длину вдоль выбранного направления некоторых из указанных нескольких ядерных топливных элементов.

73. Ядерное топливо по п.54, в котором некоторые из указанных нескольких ядерных топливных элементов имеют среднюю характеристическую длину вдоль выбранного направления, которая меньше или равна выбранной длине.

74. Ядерное топливо по п.54, в котором некоторые из указанных нескольких ядерных топливных элементов имеют среднюю характеристическую длину вдоль выбранного направления, которая меньше или равна выбранной длине.

75. Ядерное топливо по п.54, в котором по меньшей мере часть из указанных нескольких топливных элементов имеет выбранное статистическое распределение характеристических длин.

76. Ядерное топливо по п.54, в котором по меньшей мере часть из указанных нескольких топливных элементов имеет выбранный набор распределений характеристических длин.

77. Ядерное топливо по п.54, в котором выбранная длина является функцией рабочего состояния ядерного топливного материала.

78. Ядерное топливо по п.77, в котором рабочее состояние ядерного топливного материала включает рабочую температуру ядерного топливного материала.

79. Ядерное топливо по п.77, в котором рабочее состояние ядерного топливного материала включает индуцированную давлением температуру ядерного топливного материала.

80. Ядерное топливо по п.54, в котором выбранная длина является функцией химического состава ядерного топливного материала.

81. Ядерное топливо по п.54, в котором выбранная длина является функцией скорости производства продукта ядерного деления в ядерном топливном материале.

82. Ядерное топливо по п.54, в котором указанное по меньшей мере одно измерение выбирается так, чтобы в некоторых ядерных топливных элементах максимизировать теплопередачу из внутреннего объема ядерного топливного элемента к свободной поверхности ядерного топливного элемента.

83. Ядерное топливо по п.82, в котором указанное по меньшей мере одно измерение выбирается так, чтобы в некоторых ядерных топливных элементах оно было по существу параллельно температурному градиенту во внутреннем объеме ядерного топливного элемента.

84. Ядерное топливо по п.54, в котором указанная выбранная длина, подходящая для поддержания надлежащей диффузии продукта ядерного деления, включает выбранную длину для поддержания уровня диффузии, необходимого для поддержания концентрации продуктов ядерного деления в объеме ядерного топливного материала на уровне или ниже выбранного уровня.

85. Ядерное топливо по п.84, в котором указанная выбранная длина для поддержания уровня диффузии, необходимого для поддержания концентрации продукта ядерного деления в объеме ядерного топливного материала на уровне или ниже выбранного уровня, включает выбранную длину для поддержания уровня диффузии, необходимого для поддержания концентрации продукта ядерного деления в объеме ядерного топливного материала на уровне или ниже концентрации, необходимой для зарождения продукта ядерного деления.

86. Ядерное топливо по п.54, в котором ядерный топливный материал содержит пограничную сеть, выполненную с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала.

87. Ядерное топливо по п.86, в котором пограничная сеть ядерного топливного материала содержит по меньшей мере один путь переноса, выполненный с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности по меньшей мере одного из указанных нескольких топливных элементов к поверхности объем ядерного топливного материала.

88. Ядерное топливо по п.87, в котором по меньшей мере один путь переноса, выполненный с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности по меньшей мере одного из указанных нескольких топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала, ограниченного областью между двумя или большим количеством соседних ядерных топливных элементов.

89. Ядерное топливо по п.87, в котором по меньшей мере один путь переноса, выполненный с возможностью переноса продукта ядерного деления от указанной по меньшей мере одной свободной поверхности по меньшей мере одного из указанных нескольких топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала, пересекается с по меньшей мере одной свободной поверхностью ядерного топливного элемента.

90. Ядерное топливо по п.86, в котором пограничная сеть ядерного топливного материала содержит несколько взаимосвязанных путей переноса, выполненных с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности по меньшей мере одного из указанных нескольких топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала.

91. Ядерное топливо по п.90, в котором по меньшей мере один из указанных нескольких взаимосвязанных путей переноса, выполненный с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности по меньшей мере одного из указанных нескольких топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала, ограничен областью между двумя или большим количеством соседних ядерных топливных элементов.

92. Ядерное топливо по п.90, в котором по меньшей мере один из указанных нескольких взаимосвязанных путей переноса, выполненный с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности, по меньшей мере, одного из указанных нескольких топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала, ограничен одной или большим количеством незаполненных областей.

93. Ядерное топливо по п.86, в которой пограничная сеть ядерного топливного материала содержит несколько невзаимосвязанных путей, выполненных с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности по меньшей мере одного из указанных нескольких топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала.

94. Ядерное топливо по п.93, в котором по меньшей мере один из указанных нескольких не взаимосвязанных путей, выполненный с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности по меньшей мере одного из указанных нескольких топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала, ограничен областью между поверхностями соседних и по существу параллельных ядерных топливных элементов.

95. Ядерное топливо по п.86, в котором пограничная сеть ядерного топливного материала достигается, по меньшей мере частично, посредством процесса обработки материала.

96. Ядерное топливо по п.95, в котором пограничная сеть ядерного топливного материала достигается, по меньшей мере частично, посредством по меньшей мере одного из: процесса холодной обработки, процесса отжига, процесса нормализации, процесса отпуска, процесса химической обработки, процесса управления пористостью, процесса управления зернистой текстурой или механического процесса.

97. Ядерное топливо по п.86, в котором пограничная сеть ядерного топливного материала достигается, по меньшей мере частично, посредством среды с повышенной температурой.

98. Ядерное топливо по п.86, в котором пограничная сеть ядерного топливного материала достигается, по меньшей мере частично, путем облучения.

99. Ядерное топливо по п.86, в котором пограничная сеть ядерного топливного материала достигается, по меньшей мере частично, до начала реакции ядерного деления в ядерном топливном материале.

100. Ядерное топливо по п.86, в котором пограничная сеть ядерного топливного материала достигается, по меньшей мере частично, до реакции ядерного деления в ядерном топливном материале, достигаемой в ходе реакции ядерного деления в ядерном топливном материале.

101. Ядерное топливо по п.86, в котором характеристическая длина вдоль по меньшей мере одного измерения некоторых из указанных нескольких топливных элементов и формирование пограничной сети ядерного топливного материала достигаются, по меньшей мере частично, одновременно в процессе изготовления.

102. Ядерное топливо по п.54, в котором некоторые из указанных нескольких ядерных топливных элементов, содержат ядерный топливный элемент, имеющий пограничный слой, причем пограничный слой содержит материал, отличный от материала внутреннего объема ядерного топливного элемента.

103. Ядерное топливо по п.54, в котором некоторые из ядерных топливных элементов содержат ядерный топливный элемент, имеющий несколько путей, выполненных с возможностью переноса продукта ядерного деления из по меньшей мере одной части внутреннего объема ядерного топливного элемента к по меньшей мере одной свободной поверхности ядерного топливного элемента.

104. Ядерное топливо по п.54, в котором ядерный материал топлива содержит по меньшей мере одно из: изотоп урана, изотоп плутония или изотоп тория.

105. Ядерное топливо по п.54, в котором выбранная плотность консолидированных нескольких ядерных топливных элементов равна или ниже теоретической плотности.

106. Ядерное топливо по п.54, в котором объем ядерного топливного материала включает объем ядерного топлива, содержащийся в сохраняющем геометрическую форму контейнере.

107. Ядерное топливо по п.54, в котором объем ядерного топливного материала включает устойчивый объем ядерного топливного материала.

108. Ядерное топливо по п.107, в котором устойчивый объем ядерного топливного материала изготовлен с помощью процесса прессования.

109. Ядерное топливо по п.107, в котором устойчивый объем ядерного топливного материала изготовлен с помощью процесса спекания.

110. Ядерное топливо по п.107, в котором устойчивый объем ядерного топливного материала изготовлен с помощью механического процесса.

111. Ядерное топливо, содержащее:

объем ядерного топливного материала, ограниченный поверхностью;

причем ядерный топливный материал содержит несколько ядерных топливных элементов, которые содержат керамический материал;

при этом некоторые из указанных нескольких ядерных топливных элементов имеют характеристическую длину вдоль по меньшей мере одного измерения, которая меньше или равна выбранной длине, которая в некоторых ядерных топливных элементах подходит для поддержания надлежащей диффузии продукта ядерного деления из внутреннего объема ядерного топливного элемента к по меньшей мере одной свободной поверхности,

причем указанные несколько ядерных топливных элементов консолидировано до выбранной плотности;

при этом ядерный топливный материал содержит пограничную сеть, выполненную с возможностью переноса продукта ядерного деления от по меньшей мере одной свободной поверхности некоторых ядерных топливных элементов к поверхности объема ядерного топливного материала.

112. Ядерное топливо по п.111, в котором некоторые из указанных нескольких ядерных топливных элементов содержат ядерный топливный материал на основе по меньшей мере одного из: оксида, смешанного оксида, нитрида или карбида.

113. Ядерное топливо по п.111, в котором продукт ядерного деления включает газообразный продукт ядерного деления, жидкий продукт ядерного деления или твердый продукт ядерного деления.

114. Ядерное топливо по п.111, в котором некоторые из ядерных топливных элементов содержат по меньшей мере одно из: элемент в виде ча