RU2368964C1 - Микротвэл ядерного реактора - Google Patents
Микротвэл ядерного реактора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2368964C1 RU2368964C1 RU2008110292/06A RU2008110292A RU2368964C1 RU 2368964 C1 RU2368964 C1 RU 2368964C1 RU 2008110292/06 A RU2008110292/06 A RU 2008110292/06A RU 2008110292 A RU2008110292 A RU 2008110292A RU 2368964 C1 RU2368964 C1 RU 2368964C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- density
- pyrocarbon
- nuclear reactor
- silicon carbide
- 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
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к микротвэлам ядерного реактора. Микротвэл ядерного реактора содержит топливную микросферу из делящегося материала и многослойное защитное покрытие. Защитное покрытие состоит из последовательно нанесенных на микросферу слоев низкоплотного пироуглерода, высокоплотного изотропного пироуглерода, карбида кремния и внешнего слоя высокоплотного изотропного пироуглерода. Между слоем высокоплотного изотропного пироуглерода и слоем карбида кремния размещен слой нитрида титана состава TiN.
Description
1. Область техники, к которой относится изобретение.
Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к микротвэлам ядерного реактора.
2. Уровень техники
Микротвэл ядерного реактора - это топливная микросфера из твердого материала, в качестве которого применяется двуокись урана, двуокись плутония, двуокись тория, со слоями защитного покрытия (см.. например, Allen P.L., Ford L.N., Shennan J.V., Nuclear fuel coated particle Development in the Reactor fuel element laboratories of the U.K. atomic energy authority, Nucl. Technol., vol.35, September, 1977, p.246-253).
В качестве защитных покрытий используют пироуглерод различной плотности, карбиды кремния и циркония (см., например, Gulden T.D., Nickel Н., Preface coated particle fuels, Nucl. Technol., vol.35, September, 1977, p.206-213).
Высокоплотный изотропный пироуглерод служит диффузионным барьером для газообразных продуктов деления, карбидные слои являются основными силовыми слоями в микротвэле и диффузионными барьерами для твердых продуктов деления.
Известен микротвэл ядерного реактора, содержащий топливную микросферу из двуокиси урана и четырехслойное защитное покрытие, первый слой которого, нанесенный на топливную микросферу, выполнен из низкоплотного пироуглерода плотностью 1,11 г/см3 и толщиной 64 мкм. Следующий, второй слой, выполнен из высокоплотного изотропного пироуглерода плотностью 1,84 г/см3 и толщиной 26 мкм. Третий слой выполнен из карбида циркония плотностью 6,6 г/см3 и толщиной 31 мкм и четвертый, наружный слой, - из высокоплотного изотропного пироуглерода плотностью 1,95 г/см3 и толщиной 55 мкм. (См., например, Minato К., Fucuda К., Secino Н. et al., Deterioration of ZrC-coated fuel particle caused by failure of pyrolytic carbon layer, J. Of Nucl. Mater., 252, 1998, p.13-21).
Недостатком этого микротвэла является повышенная проницаемость твердых продуктов деления, особенно серебра и цезия, в условиях интенсивного коррозионного воздействия выделяющегося из топливной микросферы СО на карбид циркония при разрушении второго слоя.
С заявляемым микротвэлом этот миктротвэл совпадает по содержанию в защитном покрытии последовательно нанесенных на топливную микросферу слоев низкоплотного пироуглерода, высокоплотного изотропного пироуглерода, карбида циркония и наружного слоя из высокоплотного пироуглерода.
Известен также микротвэл ядерного реактора, содержащий топливную микросферу из двуокиси урана и четырехслойное защитное покрытие, первый слой которого, нанесенный на топливную микросферу, выполнен из высокопористого пироуглерода плотностью 1,10 г/см3 и толщиной 97±13 мкм. Следующий, второй слой, выполнен из высокоплотного изотропного пироуглерода плотностью 1,85 г/см3 и толщиной 33±3 мкм. Третий слой выполнен из карбида кремния плотностью 3,2 г/см3 и толщиной 34±2 мкм и четвертый, наружный слой, - из высокоплотного изотропного пироуглерода плотностью 1,85 г/см3 и толщиной 39±3 мкм. (См., например, Minato K., Sawa К., Коуа Т. et al., Fission product real ease behavior of individual coated fuel particles for high-temperature gas-cooled reactors, Nucl. Technol., vol.131, July 2000, p.36-47).
В таком микротвэле при повышенных температурах облучения (более 1350°С) и достижении высоких значений флюенса быстрых нейтронов (более 4,0·1021 н/см2) увеличивается проницаемость продуктов деления, например, серебра и цезия, через слой кабида кремния, что является его существенным недостатком.
С заявляемым микротвэлом этот микротвэл совпадает по содержанию в защитном покрытии последовательно нанесенных на топливную микросферу слоев низкоплотного пироуглерода и высокоплотного изотропного пироуглерода, наличию слоя карбида кремния, а также выполнению наружного слоя из высокоплотного пироуглерода.
По совокупности существенных признаков этот микротвэл наиболее близок к заявляемому микротвэлу и выбран в качестве прототипа.
3. Сущность изобретения
Предлагаемый микротвэл ядерного реактора отличается от прототипа тем, что между внутренним слоем высокоплотного изотропного пироуглерода и слоем карбида кремния размещен слой нитрида титана состава TiN.
В таком микротвэле повреждаемость слоя из карбида кремния, в частности, при термоциклировании на стадии предреакторной подготовки, существенно меньше, чем в прототипе. Действительно, поскольку нитрид титана TiN за счет образования карбонитридных фаз типа TiCxNy, Ti3SiCN имеет меньший по сравнению с карбидом кремния коэффициент линейного температурного расширения, то слой карбида кремния испытывает меньшие растягивающие напряжения, которые наиболее опасны для слоя такого хрупкого керамического материала, как карбид кремния. Кроме того, снижение повреждаемости предлагаемого микротвэла обусловлено и тем, что при его облучении происходящие радиационно-размерные изменения в карбидных слоях выражаются как их распухание, в то время как промежуточные фазы на границах слоев испытывает усадку.
Кроме того, следует отметить, что выделяющиеся твердые продукты деления (особенно Cs, Ag, Pd и другие редкоземельные металлы) достаточно быстро проникают через слой высокоплотного изотропного пироуглерода и накапливаются на внутренней границе слоя карбида кремния. При этом значительно возрастает вероятность образования легкоплавких эвтектик, приводящих к коррозионному разрушению SiC. Нитрид титана сравнительно с карбидом кремния является коррозионностойким материалом даже к расплавам большинства металлов ТПД. Одновременно TiN удовлетворителен с точки зрения радиационно-размерных изменений и не взаимодействует с СО.
4. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
В качестве сведений, подтверждающих возможность осуществления предлагаемого микротвэла, приведем пример его реализации.
На топливные микросферы из диоксида урана диаметром 200 мкм в аппарате кипящего слоя последовательно осаждают шестислойное покрытие:
- Первый слой из низкоплотного пироуглерода осаждают при температуре пиролиза 1450°С, расходе Аr 600 л/час, расходе С2Н2 900 л/час, длительность процесса 2,5 мин. Толщина слоя 95 мкм.
- Второй слой из высокоплотного пироуглерода осаждают при температуре пиролиза 1330°С, расходе Аr 1200 л/час, расходе С3Н6 300 л/час, длительность процесса 7 мин. Толщина слоя 40 мкм.
- Третий слой из нитрида титана осаждают при температуре пиролиза 1150°С, расходе N2 1000 л/час, расходе Н2 500 л/час, концентрации TiCl4 1,0 об.%, длительность процесса 100 мин. Толщина слоя около 35 мкм.
- Четвертый слой из карбида кремния осаждают при температуре пиролиза 1550°С, расходе H2 1500 л/час, расходе С3Н6 6 л/час, концентрации СH3SiCl3 1,5 об.%, длительность процесса 110 мин. Толщина слоя 30 мкм.
- Пятый слой из высокоплотного пироуглерода осаждают при температуре пиролиза 1330°С, расходе Ar 1200 л/час, расходе С3Н6 350 л/час, длительность процесса 10 мин. Толщина слоя 45 мкм.
Claims (1)
- Микротвэл ядерного реактора, содержащий топливную микросферу из делящегося материала и многослойное защитное покрытие, состоящее из последовательно нанесенных на микросферу слоев низкоплотного пироуглерода, высокоплотного изотропного пироуглерода, карбида кремния и внешнего слоя высокоплотного изотропного пироуглерода, отличающийся тем, что между слоем высокоплотного изотропного пироуглерода и слоем карбида кремния размещен слой нитрида титана состава TiN.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008110292/06A RU2368964C1 (ru) | 2008-03-17 | 2008-03-17 | Микротвэл ядерного реактора |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008110292/06A RU2368964C1 (ru) | 2008-03-17 | 2008-03-17 | Микротвэл ядерного реактора |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2368964C1 true RU2368964C1 (ru) | 2009-09-27 |
Family
ID=41169698
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008110292/06A RU2368964C1 (ru) | 2008-03-17 | 2008-03-17 | Микротвэл ядерного реактора |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2368964C1 (ru) |
-
2008
- 2008-03-17 RU RU2008110292/06A patent/RU2368964C1/ru not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Petti et al. | Key differences in the fabrication, irradiation and high temperature accident testing of US and German TRISO-coated particle fuel, and their implications on fuel performance | |
KR101793896B1 (ko) | 완전한 세라믹 핵연료 및 관련된 방법 | |
US20090032178A1 (en) | Multi-layered ceramic tube for fuel containment barrier and other applications in nuclear and fossil power plants | |
Minato et al. | Fission product release from ZrC-coated fuel particles during post-irradiation heating at 1800 and 2000 C | |
US10573416B2 (en) | Nuclear fuel particle having a pressure vessel comprising layers of pyrolytic graphite and silicon carbide | |
US9754687B2 (en) | ALD coating of nuclear fuel actinides materials | |
Zhou et al. | Dual layer SiC coating on matrix graphite sphere prepared by pack cementation and fluidized‐bed chemical vapor deposition | |
RU2368964C1 (ru) | Микротвэл ядерного реактора | |
RU2333553C1 (ru) | Микротвэл ядерного реактора | |
US20140153687A1 (en) | Fuel component and method of manufacturing of a fuel component | |
RU2328783C1 (ru) | Микротвэл ядерного реактора | |
Alkan et al. | Silicon carbide encapsulated fuel pellets for light water reactors | |
RU2325711C1 (ru) | Микротвэл ядерного реактора | |
RU2369925C1 (ru) | Микротвэл ядерного реактора | |
Robertson et al. | Behaviour of Uranium Oxide as a Reactor Fuel | |
RU2333552C1 (ru) | Микротвэл ядерного реактора с трехслойным защитным покрытием топливной микросферы | |
RU2387030C1 (ru) | Микротвэл легководного ядерного реактора | |
RU2382423C2 (ru) | Микротвэл ядерного реактора на быстрых нейтронах | |
Hayashi et al. | In-pile release behavior of metallic fission products in graphite materials of an HTGR fuel assembly | |
RU2333550C1 (ru) | Микротвэл ядерного реактора | |
RU2370835C1 (ru) | Микротвэл ядерного реактора | |
RU2567507C1 (ru) | Микротвэл ядерного реактора | |
RU2368963C1 (ru) | Микротвэл ядерного реактора | |
RU2328781C1 (ru) | Микротвэл ядерного реактора | |
RU2333555C1 (ru) | Микротвэл ядерного реактора |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200318 |