RU2360308C1 - Способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов ядерного реактора - Google Patents
Способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов ядерного реактора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2360308C1 RU2360308C1 RU2007144154/06A RU2007144154A RU2360308C1 RU 2360308 C1 RU2360308 C1 RU 2360308C1 RU 2007144154/06 A RU2007144154/06 A RU 2007144154/06A RU 2007144154 A RU2007144154 A RU 2007144154A RU 2360308 C1 RU2360308 C1 RU 2360308C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tablets
- uranium
- fuel
- binder
- stearylethylenediamine
- 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 атомной промышленности и может найти применение на предприятиях по изготовлению таблетированного топлива из диоксида и оксида урана для тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) ядерных реакторов. Сущность изобретения: при таблетировании оксидов урана применяют в качестве сухого связующего не содержащий металлов пластификатор составом 97-99% N,N1-бисстеарилэтилендиамина и 1-3% N-стеарилэтилендиамина в количестве 0,1-0,5% от массы оксидов урана. Изобретение позволяет повысить выход годных таблеток диоксида урана, увеличить их механическую прочность, повысить ресурс работы печи и ресурс работы пресс-инструмента.
Description
Изобретение относится к атомной промышленности и может найти применение на предприятиях по изготовлению таблетированного топлива из диоксида и оксида урана для тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) ядерных реакторов.
Качество таблеток оксидов урана (топлива) характеризуется их микроструктурой: размером и формой зерна, количеством и крупностью пор. Эти показатели существенно влияют на работоспособность таблеток оксидов урана и, следовательно, ТВЭЛов. В частности, от микроструктуры зависит, какое количество газовых продуктов удерживается в топливе, характер взаимодействия топлива с оболочкой. Поэтому стремятся получать таблетки диоксида урана с крупным зерном и с равномерно распределенной пористостью с крупностью пор 2-3 мкм. Более мелкие поры (менее 0,5 мкм) способствуют значительному уплотнению таблетки оксидов урана, а более крупные (более 4 мкм) - распуханию (см. Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов под ред. Ф.Г.Решетникова - М.: Энергоатомиздат. 1995 г., книга 1, с.85, 91).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов, включающий подготовку пресс-порошка диоксида урана UO2, обогащенного ураном 235 до 1,6-5%, постадийное смешение с сухим связующим и с порошком закиси - окиси урана U3O8, прессование таблеток в матрице, термическое удаление связующего, спекание таблеток в газообразной восстановительной среде, мокрое шлифование таблеток алмазным кругом, сушку и отбраковку таблеток, где в качестве связующего вещества используется стеарат цинка - Zn (C17H35COO)2 (см. патент РФ №2158030, МПК7 G21C 3/62, 21/10, БИ №29, 2000). Однако этот способ обладает существенным недостатком, заключающимся в том, что на стадии спекания таблеток в среде водорода при 1750°С из таблеток возгоняется цинк, который оседает на внутренних стенках печи. Это приводит к уменьшению проходного отверстия тоннеля печи вплоть до полной непроходимости его для молибденовых лодочек с таблетками, поступающими на спекание, а в некоторых случаях - к аварийным обрушениям термоизоляции печи и полному выводу ее из строя. Присутствие цинка в восстановительной среде печи спекания таблеток оказывает негативное влияние на качество спеченных таблеток, в частности на их теплопроводность, структуру, прочностные характеристики и др. (см. Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов под ред. Ф.Г.Решетникова - М.: Энергоатомиздат. 1995 г., книга 1, с.100).
Недостатком способа является неудовлетворительный выход годных таблеток диоксида урана (85-86%). Это связано с неравномерностью распределения связующего в приготавливаемом для таблетирования порошке из-за сильной его электризации. При неравномерном распределении связующего в приготавливаемом для таблетирования пресс-порошке затрудняется прессование таблеток из-за увеличения трения как внутри самого пресс-порошка, так и между порошком и матрицей пресс-формы. При этом увеличиваются усилия выталкивания таблеток из пресс-формы, что ведет к более быстрому выходу из строя пресс-инструмента.
Технической задачей предлагаемого способа является повышение выхода годных таблеток диоксида урана, увеличение их механической прочности, повышение ресурса работы печи и ресурса работы пресс-инструмента.
Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов, включающем подготовку пресс-порошка диоксида урана UO2, обогащенного ураном 235 до 1,6-5%, постадийное смешение с сухим связующим и с порошком закиси - окиси урана U3O8, прессование таблеток в матрице, термическое удаление связующего, спекание таблеток в газообразной восстановительной среде, мокрое шлифование таблеток алмазным кругом, сушку и отбраковку таблеток, согласно изобретению в качестве связующего используют не содержащий металлов, в частности цинка, пластификатор, содержащий 97-99% N,N1-бисстеарилэтилендиамина и 1-3% N-стеарилэтилендиамина в количестве 0,1-0,5% от массы оксидов урана.
Наличие в связующем N-стеарилэтилендиамина устраняет его электризацию и способствует равномерному распределению по объему пресс-порошка, а это ведет к увеличению выхода годных таблеток диоксида урана, увеличению срока службы пресс-инструмента. Исключение из состава пластификатора стеарата цинка исключит образование настылей и аварийную остановку печи для их удаления, что соответственно повысит ресурс работы печи и улучшит условия труда персонала за счет исключения загрязнения воздушной среды радиоактивной пылью при ремонтных работах на печи.
Увеличение выхода годных таблеток и уменьшение количества пластификатора приводит к их удешевлению.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с известным показывает, что заявляемый способ отличается использованием в нем сухого пластификатора, содержащего N,N1-бисстеарилэтилендиамин и N-стеарилэтилендиамин. Влияние последнего соединения на процесс изготовления таблеток ядерного топлива в литературе не описано.
Процесс изготовления таблеток состоит из стадий: смешение порошка оксидов урана со связующим, таблетирование порошка, спекание таблеток в среде водорода, мокрое шлифование таблеток, сушка и отбраковка некондиционных таблеток.
Все стадии осуществляются общеизвестными способами на серийном оборудовании (см. Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов под ред. Ф.Г.Решетникова - М.: Энергоатомиздат. 1995 г., книга 1).
Способ реализуется следующим образом.
Пример реализации способа.
Смешивают 10 кг порошка оксидов урана (92% диоксида и 8% оксида урана) с 30 г (0,3% от массы оксидов урана) связующего, содержащего 98% N,N1-бисстеарилэтилендиамина и 2% N-стеарилэтилендиамина. Полученный порошок таблетируют при удельном усилии прессования 1,2 т/см2. Таблетки спекают в среде водорода при температуре 1750°С. Охлажденные таблетки подвергают мокрому шлифованию алмазным кругом и последующей сушке. Полученные таблетки отбраковывают по следующим признакам: несоответствие геометрии таблетки, наличие трещин, раковин, сколов. Выход годных таблеток составил 91%. Механическая прочность полученных таблеток, определяемая по усилию их разрушения, составила: в продольном направлении - 278 кгс, в поперечном направлении -277 кгс.
Аналогичным образом получали таблетки с иным содержанием связующего при различных его составах. Полученные результаты приведены в таблице 1.
Из данных таблицы видно: предлагаемый способ позволяет увеличить выход таблеток на 3-5% по сравнению с прототипом. Полученные таблетки имеют более высокую механическую прочность, усилие их разрушения в продольном направлении на 33-53 кгс и в поперечном направлении на 38-60 кгс больше, чем у таблеток, изготовленных по способу-прототипу. Равномерность распределения пластфикатора в пресс-порошке, характеризуемая параметрами СКО (среднеквадратичное отклонение) и KB (коэффициент вариации), выше для предлагаемого способа (опыты 1, 2 и 3) по сравнению со способом - прототипом (опыты 6, 7 и 8).
Из данных таблицы также видно, что при содержании N-стеарилэтилендиамина в пластификаторе менее 1% или выше 3% увеличивается выход бракованных таблеток. Это же происходит при уменьшении количества пластификатора менее 0,1% или увеличении его количества более 0,5% от массы оксидов урана. Механическая прочность таблеток при выходе за эти пределы становится сопоставимой с механической прочностью таблеток, полученных по способу-прототипу. Ресурс работы пресс-инструмента при использовании связующего, содержащего 97-99% N,N1-бисстеарилэтилендиамина и 1-3% N-стеарилэтилендиамина в количестве 0,1-0,5% от массы оксидов урана, увеличился на ~20% и составил для пуансона и иглы 50-60 тыс. прессований, а для матрицы 150-180 тыс.
Таблица 1 | |||||||
№ опыта | Количество связующего (% от массы оксидов урана) | Содержание в связующем N-стеарилэтилендиамина, % | Выход годных таблеток, % | Усилие разрушения таблеток, кгс продольное/поперечное | Содержание углерода | ||
Среднее содержание % | CKO | KB | |||||
1 | 0.3 | 2.0 | 91 | 278/277 | 0,23 | 0,003 | 1,2 |
2 | 0.5 | 1.0 | 89 | 270/270 | 0,39 | 0,013 | 3,4 |
3 | 0.1 | 3.0 | 90 | 265/261 | 0,08 | 0,003 | 3,6 |
4 | 0.05 | 3.5 | 86 | 227/225 | 0,04 | 0,005 | 12,5 |
5 | 0.6 | 0.05 | 84 | 234/221 | 0,46 | 0,023 | 5,0 |
6* | 0.6 | 0 | 86 | 230/220 | 0,46 | 0,021 | 7,4 |
7* | 0.4 | 0 | 85 | 232/223 | 0,31 | 0,023 | 13,3 |
8* | 0.2 | 0 | 85 | 225/217 | 0,15 | 0,020 | 4,5 |
|
Claims (1)
- Способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов ядерного реактора, включающий подготовку пресс-порошка диоксида урана UO2, обогащенного ураном 235 до 1,6-5%, постадийное смешение с сухим связующим и с порошком закиси-окиси урана U3O8, прессование таблеток в матрице, термическое удаление связующего, спекание таблеток в газообразной восстановительной среде, мокрое шлифование таблеток алмазным кругом, сушку и отбраковку таблеток, на основе диоксида и оксида урана с использованием сухого связующего, отличающийся тем, что в качестве сухого связующего используют не содержащий металлов пластификатор в количестве 0,1-0,5% от массы оксидов урана следующего состава:
N,N1-бисстеарилэтилендиамин 97-99%;
N-стеарилэтилендиамин 3-1%.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007144154/06A RU2360308C1 (ru) | 2007-11-27 | 2007-11-27 | Способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов ядерного реактора |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007144154/06A RU2360308C1 (ru) | 2007-11-27 | 2007-11-27 | Способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов ядерного реактора |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2360308C1 true RU2360308C1 (ru) | 2009-06-27 |
Family
ID=41027305
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007144154/06A RU2360308C1 (ru) | 2007-11-27 | 2007-11-27 | Способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов ядерного реактора |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2360308C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022019798A1 (ru) | 2020-07-23 | 2022-01-27 | Акционерное Общество "Твэл" | Способ изготовления таблетированного топлива из уран-молибденовых порошков |
-
2007
- 2007-11-27 RU RU2007144154/06A patent/RU2360308C1/ru active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022019798A1 (ru) | 2020-07-23 | 2022-01-27 | Акционерное Общество "Твэл" | Способ изготовления таблетированного топлива из уран-молибденовых порошков |
EP4145469A4 (en) * | 2020-07-23 | 2023-06-07 | Joint-Stock Company "TVEL" | PROCESS FOR PRODUCTION OF PELLETIZED FUEL FROM URANIUM-MOLYBDENUM POWDER |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JPS5939719B2 (ja) | 核燃料体とその製法 | |
WO2021107440A1 (ko) | Isol 표적물질인 우라늄탄화물/mwcnt 디스크의 제조방법 및 이에 의해 제조된 우라늄 탄화물/mwcnt 디스크 | |
CN110157934A (zh) | 一种钨或钼基二氧化铀燃料芯块的制造方法 | |
EP2045223A1 (en) | Production of carbonaceous porous bodies for use in filtration systems | |
CN109825743A (zh) | 一种结构功能一体化中子吸收材料的应用方法 | |
CN114213131B (zh) | 一种辊道窑用碳化硅辊棒材料及其制备方法 | |
RU2360308C1 (ru) | Способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов ядерного реактора | |
US10854342B2 (en) | Method of manufacturing a pelletized nuclear ceramic fuel | |
EP4086922A1 (en) | Oxide nuclear fuel pellets having fine precipitates dispersed in circumferential direction, and preparation method thereof | |
JPH01201190A (ja) | 二酸化ウラン焼結体の製造方法及び核燃料体 | |
US3114689A (en) | Ceramic fuel for nuclear reactors | |
CN111646794A (zh) | 一种中子吸收体材料及其制备方法、控制棒 | |
RU2317601C1 (ru) | Способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов | |
KR101574224B1 (ko) | 산화물 핵연료 소결체 및 이의 제조방법 | |
JPH0424289B2 (ru) | ||
KR101195448B1 (ko) | 사용후 핵연료를 이용한 판상 다공성 소결체의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 판상 다공성 소결체 | |
US6984344B2 (en) | Production process of a composite nuclear fuel material composed of (U, Pu)O2 aggregates dispersed in a UO2 matrix | |
GB2200788A (en) | Fabricating fuel pellets | |
RU2569928C2 (ru) | Способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов | |
US4426338A (en) | Process for the production of U3 O8 sintered bodies | |
US3161701A (en) | Method of making nuclear fuel compact | |
RU2360311C2 (ru) | Способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов ядерного реактора | |
RU2360307C2 (ru) | Способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов ядерного реактора | |
US9409825B2 (en) | Granulation of fine powder | |
RU2803469C1 (ru) | Способ изготовления таблетированного топлива из порошка дисилицида триурана для тепловыделяющих элементов ядерных реакторов (варианты) |