RU2142654C1 - Нейтронопоглощающий материал - Google Patents
Нейтронопоглощающий материал Download PDFInfo
- Publication number
- RU2142654C1 RU2142654C1 RU98113738A RU98113738A RU2142654C1 RU 2142654 C1 RU2142654 C1 RU 2142654C1 RU 98113738 A RU98113738 A RU 98113738A RU 98113738 A RU98113738 A RU 98113738A RU 2142654 C1 RU2142654 C1 RU 2142654C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxide
- dysprosium
- neutron
- niobium
- content
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к ядерной технике, в частности к поглощающим нейтроны материалам на основе редкоземельных элементов и может быть использовано в стержнях регулирования водоохлаждаемых реакторов. Нейтронопоглощающий материал содержит диспрозиевую основу, оксид титана, оксид ниобия и оксид циркония. В качестве диспрозиевой основы использован оксид диспрозия при следующем соотношении компонентов, мас. %: оксид диспрозия 70 - 85, оксид титана остальное, оксид ниобия 2 - 7, оксид циркония 0,5 - 2. При содержании оксида диспрозия свыше 78 мас.% содержание оксида ниобия составляет не менее 5 мас.%. В результате повышается эффективность поглощения нейтронов и снижается возможность фазовых превращений материала.
Description
Изобретение относится к ядерной технике, в частности к поглощающим нейтроны материалам на основе редкоземельных элементов и может быть использовано в стержнях регулирования водоохлаждаемых реакторов.
Уровень техники.
Одним из основных требований, предъявляемых к поглощающим нейтроны материалам, особенно используемым в органах регулирования, является высокая устойчивость к радиационным повреждениям и коррозионная стойкость в воде - условиях их эксплуатации при температуре до (300 - 500)oC и давлении до (200 - 250) МПа, а также способность в течение длительного времени сохранять достаточную стабильность поглощения нейтронов.
Из известных материалов, являющихся поглотителями нейтронов, в настоящее время наиболее перспективными являются оксиды редкоземельных элементов - самария, европия, гадолиния, диспрозия, эрбия (см. Поглощающие материалы для регулирования ядерных реакторов. Под ред. Б.Г. Арабея и В.В.Чепкунова, М., Атомиздат, 1965 г.).
Использование в качестве основы нейтронопоглощающего материала диспрозия имеет следующие преимущества по сравнению с другими редкоземельными элементами. Природная смесь изотопов диспрозия обладает высокой эффективностью поглощения нейтронов (сечение захвата порядка 1200 барн), а в результате поглощения нейтронов образуется длинная цепочка изотопов диспрозия, также имеющих достаточно высокое сечение захвата нейтронов (от 130 до 2780 барн), что обеспечивает длительный срок службы с сохранением нейтронопоглощающих свойств. При полном выгорании диспрозия образуются короткоживущие изотопы (Dy-166 и Но-166 с периодом полураспада 82 ч и 27 ч, соответственно), что упрощает хранение и переработку отработавших органов регулирования. Кроме того, в результате поглощения нейтронов диспрозием не образуются газообразные продукты деления.
Известно использование в качестве поглощающего нейтроны материала титаната диспрозия (см. В.М. Пастухов, Поглощающие материалы для систем управления атомных реакторов, М. , Атомиздат, 1968 г.). Титанат диспрозия стехиометрически реализуется соединениями двух типов: Dy2O3 • 2TiO2 и Dy2O3 • TiO2, которые имеют узкие области гомогенности. Вне данных областей составы системы оксидов диспрозия и титана представляют собой многофазные структуры, имеющие низкую коррозионную стойкость и радиационную устойчивость вследствие наличия несвязанных свободных оксидов диспрозия, титана или смежного титаната диспрозия.
Наиболее близким к описываемому материалу по технической сущности является нейтронопоглощающий материал, содержащий диспрозиевую основу, оксид титана, оксид ниобия и оксид циркония (см. патент РФ N 2080667, кл. G 21 F 5/00, 1997 г.). В качестве диспрозиевой основы использован диспрозиевый концентрат, получаемый, например при разделении редкоземельных элементов. Данный материал имеет повышенную устойчивость к радиационному воздействию поскольку имеет кубическую кристаллическую структуру, что обусловлено наличием легирующих добавок оксидов ниобия и циркония.
Однако содержание диспрозия в диспрозиевом концентрате недостаточно для широкого применения в органах регулирования ядерного реактора, а процентное содержание в диспрозиевом концентрате элементов с большим сечением захвата незначительно.
Сущность изобретения.
Задачей настоящего изобретения является создание нейтронопоглощающего материала, особенно для органов регулирования, обладающего повышенными нейтронопоглощающими свойствами, радиационной устойчивостью и коррозионной стойкостью.
При решении данной задачи возможно получение нового технического результата, заключающегося в повышении эффективности поглощения нейтронов при одновременном предотвращении возможности фазовых превращений при эксплуатации в органах регулирования ядерных реакторов.
Указанный технический результат достигается тем, что в нейтронопоглощающем материале, преимущественно для органов регулирования ядерного реактора, содержащем диспрозиевую основу, оксид титана, оксид ниобия и оксид циркония, в качестве диспрозиевой основы использован оксид диспрозия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Оксид диспрозия - 70-85
Оксид титана - Остальное
Оксид ниобия - 2-7
Оксид циркония - 0,5-2
причем при содержании оксида диспрозия свыше 78 мас.%, содержание оксида ниобия составляет не менее 5 мас.%.
Оксид диспрозия - 70-85
Оксид титана - Остальное
Оксид ниобия - 2-7
Оксид циркония - 0,5-2
причем при содержании оксида диспрозия свыше 78 мас.%, содержание оксида ниобия составляет не менее 5 мас.%.
Отличительной особенностью описываемого материала является использование в качестве диспрозиевой основы оксида диспрозия, а также выбор массового содержания добавок для диапазона содержания оксида диспрозия. Повышение содержания оксида диспрозия выше 85 мас.% снижает коррозионную стойкость в воде при рабочих температурах и давлении в условиях эксплуатации. Уменьшение содержания оксида диспрозия менее 70% может привести к образованию свободной фазы окиси титана, что снижает радиационную стойкость нейтронопоглощающего материала.
Нижний предел содержания оксида ниобия (2 мас.%) определен исходя из отсутствия его положительного влияния на кристаллическую структуру получаемого материала, а также на технологические параметры процесса синтеза материала методом высокочастотного индукционного плавления смеси исходных оксидов в холодном тигле. Верхний предел содержания оксида ниобия (7 мас.%) определен из необходимости получения однофазного материала, т.к. при более высоком содержании оксида ниобия в синтезируемом материале при любых соотношениях остальных компонентов образуется самостоятельная фаза ортониобата диспрозия, кристаллизующегося в моноклинной структуре, претерпевающей под воздействием радиационного облучения полиморфные превращения, вследствие чего радиационная и коррозионная стойкость снижаются ниже заданного значения.
При содержании оксида диспрозия более 78 мас.% содержание оксида ниобия не должно быть менее 5 мас.% поскольку введение оксида ниобия в этом случае способствует расширению границ областей гомогенности (твердых растворов) и диктуется необходимостью получения однофазного материала при повышенных величинах содержания оксида диспрозия.
При содержании в материале оксида циркония менее 0,5 мас.% отсутствует его влияние на коррозионную стойкость в условиях эксплуатации нейтронопоглощающего материала. При увеличении содержания оксида циркония более 2 мас.% возможно образование самостоятельной фазы цирконата диспрозия, имеющей кубическую структуру.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.
Нейтронопоглощающий материал синтезируют методом высокочастотного индукционного плавления смеси оксидов диспрозия, титана, ниобия и циркония в холодном тигле. Поскольку синтез материала происходит в расплаве, обеспечивается высокая однородность распределения в нем всех составляющих, а также практическое отсутствие непрореагировавших оксидов. Расплав после завершения синтеза охлаждают с высокой скоростью, что способствует сохранению гранецентрированной кубической структуры типа флюорита.
Ниже приведены примеры конкретного получения нейтронопоглощающего материала.
Пример 1. Готовят шихту из оксидов диспрозия (82 мас.%), титана (10 мас. %), ниобия (6 мас.%) и циркония (2 мас.%) в количестве 1 кг, которую перемешивают в течение 20 мин в шаровой мельнице при соотношении масс шаров и шихты 1: 2. Затем полученную смесь оксидов загружают в водоохлаждаемый медный тигель емкостью 2,5 л высокочастотной индукционной установки, например типа "Кристалл-401". Для стартового нагрева шихты используют стружку металлического титана, циркония или, что предпочтительнее, ниобия, т.к. при сгорании стружки металлического ниобия образуется более легкоплавкий оксид, что облегчает образование первичной ванны расплава. Стружку в количестве около 5% от массы шихты вводят в виде компактного комка в слой шихты. При включении установки металлическая стружка сгорает до оксида, образуя первичную ванную расплава, обладающего достаточно высокой электропроводностью. После расплавления введенной первоначально порции шихты исходных материалов постепенно вводят оставшуюся шихту. Получив окончательный расплав всей массы загруженной шихты, установку выключают и расплав начинает кристаллизоваться. В заключение полностью охлажденный слиток очищают от гарнисажного слоя и подвергают измельчению до порошка требуемой дисперсности.
Пример 2. Готовят шихту из оксидов диспрозия (80 мас.%), титана (13 мас. %), ниобия (5 мас.%) и циркония (2 мас.%) в количестве 2-3 кг, которую перемешивают в течение 20 мин в шаровой мельнице при соотношении масс шаров и шихты 1:2. Затем полученную смесь засыпают толщиной около 100 мм в холодный тигель емкостью 5 л. В слой шихты вводят стружку металлического ниобия в виде компактного комка. После пуска установки и образования первичной ванны расплава добавляют шихту порциями от 1 кг до 2 кг с перерывами от 3-х до 5-и мин для качественного проплавления всей массы шихты. Далее процесс завершают как в примере 1.
Таким образом, изготовленный вышеприведенным способом нейтронопоглощающий материал с указанными интервалами содержания его компонентов представляет собой однофазную керамическую композицию, имеющую кубическую структуру типа флюорита, которая обладает повышенной коррозионной стойкостью и устойчивостью к радиационному воздействию. Материал не претерпевает полиморфных превращений под воздействием радиационного облучения, имеет повышенное содержание диспрозия и не имеет легколетучих компонент.
Claims (1)
- Нейтронопоглощающий материал, преимущественно для органов регулирования ядерного реактора, содержащий диспрозиевую основу, оксид титана, оксид ниобия и оксид циркония, отличающийся тем, что в качестве диспрозиевой основы использован оксид диспрозия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Оксид диспрозия - 70 - 85
Оксид титана - Остальное
Оксид ниобия - 2 - 7
Оксид циркония - 0,5 - 2
причем при содержании оксида диспрозия свыше 78 мас.% содержание оксида ниобия составляет не менее 5 мас.%.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98113738A RU2142654C1 (ru) | 1998-07-10 | 1998-07-10 | Нейтронопоглощающий материал |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98113738A RU2142654C1 (ru) | 1998-07-10 | 1998-07-10 | Нейтронопоглощающий материал |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2142654C1 true RU2142654C1 (ru) | 1999-12-10 |
Family
ID=20208584
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98113738A RU2142654C1 (ru) | 1998-07-10 | 1998-07-10 | Нейтронопоглощающий материал |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2142654C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2517359C2 (ru) * | 2009-04-06 | 2014-05-27 | Де Инвеншн Сайенс Фанд Уан, ЭлЭлСи | Ядерный реактор деления на бегущей волне, тепловыделяющая сборка и способ управления в ней глубиной выгорания |
US8942338B2 (en) | 2009-04-06 | 2015-01-27 | TerraPower, LLC. | Traveling wave nuclear fission reactor, fuel assembly, and method of controlling burnup therein |
-
1998
- 1998-07-10 RU RU98113738A patent/RU2142654C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Пастухов В.М. Поглощающие материалы для систем управления атомных реакторов. - М.: Атомиздат, 1968. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2517359C2 (ru) * | 2009-04-06 | 2014-05-27 | Де Инвеншн Сайенс Фанд Уан, ЭлЭлСи | Ядерный реактор деления на бегущей волне, тепловыделяющая сборка и способ управления в ней глубиной выгорания |
RU2527425C2 (ru) * | 2009-04-06 | 2014-08-27 | Сирит ЭлЭлСи | Ядерный реактор деления на бегущей волне, тепловыделяющая сборка и способ управления в ней глубиной выгорания |
US8942338B2 (en) | 2009-04-06 | 2015-01-27 | TerraPower, LLC. | Traveling wave nuclear fission reactor, fuel assembly, and method of controlling burnup therein |
US9281083B2 (en) | 2009-04-06 | 2016-03-08 | Terrapower, Llc | Traveling wave nuclear fission reactor, fuel assembly, and method of controlling burnup therein |
US10186333B2 (en) | 2009-04-06 | 2019-01-22 | Terrapower, Llc | Traveling wave nuclear fission reactor, fuel assembly, and method of utilizing control rods to control burnfront |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4539194A (en) | Method for production of pure silicon | |
US10337088B2 (en) | Iron-based amorphous alloys and methods of synthesizing iron-based amorphous alloys | |
US7695574B2 (en) | Alloy containing rare earth element, production method thereof, magnetostrictive device, and magnetic refrigerant material | |
US7169370B2 (en) | Method for co-precipitating actinides and method for preparing mixed actinide oxides | |
US20050288542A1 (en) | Method for coprecipitation of actinides in different oxidation states and method for preparation of mixed compounds of actinides | |
KR102107888B1 (ko) | 주철 용탕 처리 방법 | |
RU2142654C1 (ru) | Нейтронопоглощающий материал | |
Mandal et al. | Phase relations, lattice thermal expansion in Ce1− xEuxO2− x/2 and Ce1− xSmxO2− x/2 systems and stabilization of cubic RE2O3 (RE: Eu, Sm) | |
EP1621642B1 (en) | Zirconium-niobium oxygen-containing alloy and method for producing said alloy | |
JP6535752B2 (ja) | 多段熱間圧延を適用した核燃料用ジルコニウム部品の製造方法 | |
EP0460959B1 (en) | Fused zirconia refractory materials having high-temperature heat resistance and corrosion resistance and a method for producing the same | |
KR20200101728A (ko) | 원자로 노심용융사고 대비 코어캐쳐용 인산칼슘계 희생물질 및 이를 포함하는 희생용 콘크리트 조성물 | |
RU2124240C1 (ru) | Поглотитель нейтронов для ядерных реакторов | |
RU2191436C1 (ru) | Оксидный материал ловушки расплава активной зоны ядерного реактора | |
KR102067563B1 (ko) | 방사성 용액의 취급 방법 | |
JP4674312B2 (ja) | 核燃料ペレットの製造方法および核燃料ペレット | |
JP2003342075A (ja) | 熱収縮性セラミックスの合成方法 | |
RU2101789C1 (ru) | Поглотитель нейтронов для стержней регулирования ядерных реакторов | |
US4810439A (en) | Process for producing potassium hexatitanate fibers | |
JP3741922B2 (ja) | 耐食性高純度ジルコニウム合金および原子炉炉心用構造材 | |
JP2840319B2 (ja) | 核燃料ペレットの製造方法 | |
KR101711808B1 (ko) | 세슘화합물의 제거율이 높은 전해환원공정용 연료파편 제조 방법 | |
JPS63260821A (ja) | チタン酸カリウム繊維の製造方法 | |
JPH04164858A (ja) | 軽希土類酸化物焼結体、その製造方法及びそれよりなるルツボ | |
WO2024019408A1 (ko) | 우수한 중성자흡수능과 인장특성을 갖는 티타늄-가돌리늄계 합금의 합금조성 및 이를 통해 제조한 중성자흡수 구조재 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20140404 |