RU2175151C1 - Способ нанесения покрытия из выгорающего поглотителя нейтронов на основу - топливные таблетки из оксида урана - Google Patents
Способ нанесения покрытия из выгорающего поглотителя нейтронов на основу - топливные таблетки из оксида урана Download PDFInfo
- Publication number
- RU2175151C1 RU2175151C1 RU2000117494/06A RU2000117494A RU2175151C1 RU 2175151 C1 RU2175151 C1 RU 2175151C1 RU 2000117494/06 A RU2000117494/06 A RU 2000117494/06A RU 2000117494 A RU2000117494 A RU 2000117494A RU 2175151 C1 RU2175151 C1 RU 2175151C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- zirconium
- layers
- coating
- fuel
- oxygen
- Prior art date
Links
Images
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
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
Использование: при производстве топлива для ядерных реакторов. Сущность изобретения: способ заключается в последовательном формировании слоев на цилиндрической поверхности таблеток, при этом оксидосодержащие слои чередуются со слоями из диборида циркония. Нанесение покрытия осуществляют из паровой фазы при термическом разложении боргидрида циркония. Для формирования оксидосодержащих слоев осуществляют периодическую подачу кислорода. Нанесение различных по составу слоев осуществляют в одном аппарате в рамках единого технологического процесса путем изменения только одного параметра - концентрации кислорода в его смеси с парами боргидрида циркония. Технический результат - увеличение надежности сцепления поверхности топливных таблеток с защитным покрытием и снижение паразитного захвата нейтронов. 1 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к области производства топлива для ядерных реакторов и может быть использовано для реакторов с тепловыми нейтронами.
Обеспечение оптимальных условий теплопередачи от твэла к теплоносителю зависит от многих факторов, одним из которых является уменьшение теплового сопротивления между топливом и оболочкой твэла при наличии промежуточной структуры, выполняющей различные функциональные задачи.
Создание качественного теплового контакта между ядерным топливом и оболочкой твэла при наличии промежуточной структуры представляет достаточно сложную задачу, для решения которой необходимо использовать разнообразные технологические приемы. Нанесение на поверхность топлива различного рода защитных покрытий, предотвращающих прямой контакт топлива с оболочкой, позволяет значительно улучшить условия эксплуатации твэлов. Помимо основных защитных функций такой буферный барьер включает материалы, используемые в качестве выгорающего поглотителя, что положительно сказывается на нейтронно-физических параметрах активной зоны во время кампании ядерного реактора. Материалы, используемые как выгорающие поглотители, как правило, представляют собой боросодержащие составы, в частности, содержащие диборид циркония.
Известен способ нанесения слоя выгорающего покрытия из боросодержащего материала непосредственно на поверхность топливной таблетки путем напыления (патент США N 4587088, G 21 C 3/00, 1986). Недостатком данного изобретения является недостаточное сцепление покрытия с топливной таблеткой и возможность попадания влаги в покрытие, что может привести к его отслоению и, следовательно, к ухудшению условий эксплуатации твэлов.
Способом, наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявленному, является известный способ нанесения покрытия из выгорающего поглотителя нейтронов на топливные таблетки, описанный в патенте Великобритании N 2137012, G 21 C 3/20, 1984. Данный известный способ заключается в формировании нескольких слоев на цилиндрической поверхности таблетки, по меньшей мере один из которых содержит диборид циркония. Слой, непосредственно прилегающий к таблетке, и последний слой защитного покрытия выполнены из ниобия, что оказывает позитивное влияние за счет предотвращения поглощения диборидом циркония влаги.
Однако при эксплуатации тепловыделяющего элемента вследствие достаточно существенной разницы коэффициентов температурного расширения ниобия и делящегося материала, в частности двуокиси урана, происходит нарушение целостности защитного покрытия и снижается сцепление защитного покрытия с топливными таблетками, что приводит к увеличению теплового сопротивления между топливом и внешней поверхностью оболочки твэла. В результате этого ухудшаются условия теплосъема. Кроме того, наличие внешнего и внутреннего слоев из ниобия увеличивает паразитный захват нейтронов, поскольку сам ниобий не является выгорающим поглотителем, но имеет относительно высокое значение величины поглощения нейтронов, что снижает эффективность использования топлива.
Задачей настоящего изобретения является создание способа нанесения покрытия из выгорающего поглотителя нейтронов на основу - топливные таблетки из диоксида урана, обеспечивающего улучшенные параметры теплосъема при одновременном повышении экономичности и эффективности использования ядерного топлива.
При решении данной задачи реализуются новые технические результаты, заключающиеся в увеличении надежности сцепления поверхности топливных таблеток с защитным покрытием при одновременном снижении паразитного захвата нейтронов.
Указанные технические результаты достигаются тем, что способ нанесения покрытия из выгорающего поглотителя нейтронов из паровой фазы на основу - топливные таблетки из оксида урана включает термическое разложение соединения, содержащего цирконий и бор, и последовательное формирование слоев на цилиндрической поверхности таблеток, по меньшей мере один из которых содержит диборид циркония, при этом в качестве упомянутого соединения используют боргидрид циркония, а нанесение различных по составу слоев покрытия производят в едином технологическом процессе путем изменения только одного параметра - концентрации кислорода в его смеси с парами боргидрида циркония, для чего осуществляют периодическую подачу кислорода для формирования оксидосодержащих слоев, чередующихся со слоями из диборида циркония, причем слой, прилегающий к основе, выполнен из оксида циркония, последний слой покрытия выполнен из оксида циркония или диборида циркония, а количество и толщина слоев, содержащих выгорающий поглотитель, задаются таким образом, чтобы обеспечить постоянную реактивность активной зоны в течение кампании реактора.
На чертеже представлена топливная таблетка с покрытием из выгорающего поглотителя нейтронов.
Нанесение выгорающего поглотителя осуществляют путем термического разложения боргидрида циркония в паровой фазе непосредственно на горячую (≈ 400-450oC) поверхность таблеток из оксида урана. Боргидрид циркония Zr(BH4)4 имеет температуру плавления 28,7oC, высокую упругость пара и разлагается по реакции
Для формирования оксидосодержащего покрытия необходимо в реакционную зону вводить кислород. В этом случае в зависимости от концентрации кислорода непосредственно на поверхности топливной таблетки может быть получен слой из оксида циркония. Затем подачу кислорода прекращают, и в этом случае последующий слой будет образован из выгорающего поглотителя нейтронов диборида циркония. Введение кислорода расширяет возможности заявленного способа. За счет увеличения или уменьшения количества вводимого в реакционную зону кислорода могут быть получены различные по составу слои: ZrO2 ZrOB, ZrB2. Слои ZrOB могут иметь различную концентрацию кислорода и бора. Таким образом, в заявленном способе реализуется возможность нанесения различных по составу слоев покрытия в рамках единого технологического процесса путем изменения только одного параметра - концентрации кислорода.
Для формирования оксидосодержащего покрытия необходимо в реакционную зону вводить кислород. В этом случае в зависимости от концентрации кислорода непосредственно на поверхности топливной таблетки может быть получен слой из оксида циркония. Затем подачу кислорода прекращают, и в этом случае последующий слой будет образован из выгорающего поглотителя нейтронов диборида циркония. Введение кислорода расширяет возможности заявленного способа. За счет увеличения или уменьшения количества вводимого в реакционную зону кислорода могут быть получены различные по составу слои: ZrO2 ZrOB, ZrB2. Слои ZrOB могут иметь различную концентрацию кислорода и бора. Таким образом, в заявленном способе реализуется возможность нанесения различных по составу слоев покрытия в рамках единого технологического процесса путем изменения только одного параметра - концентрации кислорода.
Чтобы получить таблетки ядерного топлива с покрытием из выгорающего поглотителя в соответствии с предлагаемым способом (см. чертеж) цилиндрическая поверхность таблетки (1) покрывается тонким слоем оксида циркония (2) толщиной ≈ 0,1 мкм, затем слоем соединения переменного состава цирконий-кислород-бор (3) толщиной 0,3-0,5 мкм и затем слоем диборида циркония (4) толщиной 2,0-2,5 мкм. Затем цикл повторяется - от диборида циркония к оксиду циркония через соединение переменного состава цирконий-кислород-бор. Процесс продолжается до получения покрытия с необходимым содержанием поглотителя - бора. Общая высота покрытия не должна превышать 25 мкм.
Топливные таблетки из диоксида урана предварительно очищались в ультразвуковой мойке в ацетоне и спирте и сушились при 110oC.
Нанесение покрытия проводилось на лабораторной установке, включающей вертикально расположенный реактор (рабочую камеру), в котором вертикально располагалась гирлянда топливных таблеток. Реактор откачивали до остаточного давления 0,001 мм рт ст (0,133 Па). Перед началом процесса нанесения покрытия таблетки нагревались до температуры 400-450oC с помощью наружного нагревателя. Процесс заключался в перемещении гирлянды таблеток из одной горячей зоны реактора (верхней) в другую горячую зону реактора (нижнюю) через среднюю зону, в которой имеются два патрубка. Один из них служит для ввода в реактор боргидрида циркония и газообразного кислорода. Второй патрубок, присоединенный к вакуумной системе, служит для откачки продуктов реакции разложения боргидрида циркония. Контроль и регулирование технологических параметров процесса осуществлялись при помощи термопары, манометрического датчика и ротаметров. Процесс осуществлялся непрерывно, при перемещении гирлянды как вверх, так и вниз и ее одновременном вращении. Скорость вращения составляла 8 оборотов в минуту, а скорость перемещения - 1 см в минуту. Пары боргидрида циркония из испарителя и кислород подавались при комнатной температуре. Регулировка подачи паров реагентов осуществлялась при помощи кранов тонкой регулировки.
Конструкция установки позволяла производить весь процесс нанесения различных по составу слоев покрытия (от диоксида циркония до диборида циркония через соединение переменного состава цирконий-кислород-бор), не вскрывая установки.
В таблице представлены условия послойного нанесения покрытия из выгорающего поглотителя на цилиндрическую поверхность топливных таблеток из диоксида урана.
Данный способ нанесения покрытия позволяет получить покрытие, содержащее диборид циркония толщиной более 9 мкм в едином технологическом цикле.
Claims (1)
- Способ нанесения покрытия из выгорающего поглотителя нейтронов из паровой фазы на основу - топливные таблетки из диоксида урана, включающий термическое разложение соединения, содержащего цирконий и бор, и последовательное формирование слоев на цилиндрической поверхности таблеток, по меньшей мере один из которых содержит диборид циркония, отличающийся тем, что в качестве упомянутого соединения используют боргидрид циркония, причем нанесение различных по составу слоев покрытия производят в едином технологическом процессе путем изменения только одного параметра - концентрации кислорода в его смеси с парами боргидрида циркония, для чего осуществляют периодическую подачу кислорода для формирования оксидосодержащих слоев, чередующихся со слоями из диборида циркония, при этом слой, прилегающий к основе, выполнен из оксида циркония, а последний слой покрытия - из оксида циркония или диборида циркония.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000117494/06A RU2175151C1 (ru) | 2000-07-05 | 2000-07-05 | Способ нанесения покрытия из выгорающего поглотителя нейтронов на основу - топливные таблетки из оксида урана |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000117494/06A RU2175151C1 (ru) | 2000-07-05 | 2000-07-05 | Способ нанесения покрытия из выгорающего поглотителя нейтронов на основу - топливные таблетки из оксида урана |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2175151C1 true RU2175151C1 (ru) | 2001-10-20 |
Family
ID=20237233
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000117494/06A RU2175151C1 (ru) | 2000-07-05 | 2000-07-05 | Способ нанесения покрытия из выгорающего поглотителя нейтронов на основу - топливные таблетки из оксида урана |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2175151C1 (ru) |
-
2000
- 2000-07-05 RU RU2000117494/06A patent/RU2175151C1/ru not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4587087A (en) | Burnable absorber coated nuclear fuel | |
Avincola et al. | Oxidation at high temperatures in steam atmosphere and quench of silicon carbide composites for nuclear application | |
Takacs et al. | Splitting CO2 with a ceria‐based redox cycle in a solar‐driven thermogravimetric analyzer | |
JP5349823B2 (ja) | 原子燃料棒被覆の外面に可燃性毒物を適用する方法及び当該方法により製造される原子燃料棒 | |
KR102573613B1 (ko) | 지르코늄 합금 클래딩 상의 내부식성 및 내마모성 피막 | |
JP7367020B2 (ja) | 軽水炉運転中のSiC被覆管を沈静化させるための被膜及び表面改質 | |
US4587088A (en) | Coating a nuclear fuel with a burnable poison | |
Blocher Jr | Coating of glass by chemical vapor deposition | |
CN107675122B (zh) | 一种锆铌合金表面非化学计量比氧化膜及其制备方法 | |
JP2011084817A (ja) | 中程度屈折率の光学層を製造するための蒸着材料 | |
RU2175151C1 (ru) | Способ нанесения покрытия из выгорающего поглотителя нейтронов на основу - топливные таблетки из оксида урана | |
KR100305930B1 (ko) | 핵연료펠릿을피복하는방법및이러한방법에의해피복된핵연료펠릿 | |
Charollais et al. | CEA and AREVA R&D on HTR fuel fabrication and presentation of the CAPRI experimental manufacturing line | |
US4582676A (en) | Coating a uranium dioxide nuclear fuel with a zirconium diboride burnable poison | |
US3409504A (en) | Nuclear fuel element | |
KR910005068B1 (ko) | 가연성 중성자 흡수재가 피복된 핵연료 집합체 | |
US3175922A (en) | Method for coating actinide particles | |
EP0532843A1 (en) | Boron containing glass compound, internal coating of nuclear fuel rod cladding tube | |
EP3153478B1 (en) | Apparatus for producing porous glass preform | |
JPS6283325A (ja) | 高純度石英ガラスの製造方法 | |
JPS5738329A (en) | Controlling method for deposition of oxide powder in axial vapor deposition method | |
Chubb et al. | Burnable absorber coated nuclear fuel | |
CA1262307A (en) | Aluminum oxide optical fiber coating | |
RU2603020C1 (ru) | Способ изготовления микротвэлов ядерного реактора | |
JPS5767045A (en) | Coating method for optical fiber |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160706 |