RU2382424C2 - Method of preparing uranium-erbium ceramic nuclear fuel - Google Patents

Method of preparing uranium-erbium ceramic nuclear fuel Download PDF

Info

Publication number
RU2382424C2
RU2382424C2 RU2007130040/06A RU2007130040A RU2382424C2 RU 2382424 C2 RU2382424 C2 RU 2382424C2 RU 2007130040/06 A RU2007130040/06 A RU 2007130040/06A RU 2007130040 A RU2007130040 A RU 2007130040A RU 2382424 C2 RU2382424 C2 RU 2382424C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
erbium
uranium
fuel
uranium dioxide
nuclear
Prior art date
Application number
RU2007130040/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007130040A (en
Inventor
Сергей Владимирович Бежецкий (KZ)
Сергей Владимирович Бежецкий
Игорь Владимирович Коробейников (KZ)
Игорь Владимирович Коробейников
Анатолий Андреевич Кучковский (KZ)
Анатолий Андреевич Кучковский
Антон Владимирович Маныч (KZ)
Антон Владимирович Маныч
Наталья Александровна Мараховец (KZ)
Наталья Александровна Мараховец
Андрей Юрьевич Руфин (KZ)
Андрей Юрьевич Руфин
Елена Федоровна Столбова (KZ)
Елена Федоровна Столбова
Галина Михайловна Шевченко (KZ)
Галина Михайловна Шевченко
Original Assignee
Акционерное общество "Ульбинский металлургический завод"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Ульбинский металлургический завод" filed Critical Акционерное общество "Ульбинский металлургический завод"
Priority to RU2007130040/06A priority Critical patent/RU2382424C2/en
Publication of RU2007130040A publication Critical patent/RU2007130040A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2382424C2 publication Critical patent/RU2382424C2/en

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

FIELD: nuclear physics. ^ SUBSTANCE: invention relates to nuclear engineering, particularly to making fuel elements for power reactors which use nuclear fuel based on uranium dioxide with a burnable absorber in form of erbium oxide. Erbium is added into uranium dioxide powder using a chemical method i.e. when preparing uranium dioxide powder, a given amount of erbium nitrate solution or some other water-soluble erbium salt is added to uranyl nitrate solution before precipitation of ammonium diuranate. Further, uranium-erbium-containing powder of uranium dioxide which is suitable for making fuel pellets is prepared using known techniques. Mechanical mixing of powdered oxides of two components is avoided. There is complete homogeneity of distribution of components in each other and there is improvement of fuel pellet characteristics such as density, average grain size, uniformity of size distribution of grains. ^ EFFECT: improved operational properties and characteristics of nuclear fuel (density, porosity, grain size), possibility of widening range of erbium content. ^ 4 ex

Description

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к производству ТВЭЛ для энергетических реакторов, в которых используется ядерное топливо на основе диоксида урана с добавлением эрбия в качестве выгорающего поглотителя.The invention relates to nuclear engineering, in particular to the production of fuel elements for power reactors that use nuclear fuel based on uranium dioxide with the addition of erbium as a burnable absorber.

В настоящее время активные зоны водоохлаждаемых ядерных реакторов формируются из тепловыделяющих сборок, содержащих топливо различного состава с добавкой выгорающего поглотителя, что позволяет компенсировать реактивность, выравнивать энерговыделение по объему активной зоны и поддерживать температурный коэффициент реактивности на заданном уровне. В качестве выгорающего поглотителя в топливе для реакторов РБМК используют эрбий, который вводят в виде порошка оксида эрбия непосредственно при изготовлении топливных таблеток.At present, the active zones of water-cooled nuclear reactors are formed from fuel assemblies containing fuel of various compositions with the addition of a burnable absorber, which makes it possible to compensate for reactivity, equalize energy release over the volume of the active zone and maintain the temperature coefficient of reactivity at a given level. Erbium is used as a burnable absorber in the fuel for RBMK reactors, which is introduced in the form of erbium oxide powder directly in the manufacture of fuel pellets.

Наличие эрбия в топливе РБМК и увеличение его содержания позволяет осуществить замену в активной зоне части дополнительных поглотителей на рабочие тепловыделяющие сборки, что повышает глубину выгорания топлива.The presence of erbium in RBMK fuel and an increase in its content allows the replacement in the core of a part of additional absorbers with working fuel assemblies, which increases the fuel burnup depth.

Использование топлива с добавкой эрбия в достаточно широком диапазоне его содержания предполагает улучшение параметров водоохлаждаемых реакторов, но не учитывает некоторое ухудшение характеристик собственно топлива и их влияние на условия эксплуатации реактора при повышении содержания в топливе эрбия. Так, при содержании эрбия в топливе более 1% увеличивается неравномерность концентрации эрбия по объему топлива, что снижает коэффициент его использования.The use of fuel with the addition of erbium in a sufficiently wide range of its content implies an improvement in the parameters of water-cooled reactors, but does not take into account a slight deterioration in the characteristics of the fuel itself and their effect on the operating conditions of the reactor with an increase in the content of erbium in the fuel. So, when the erbium content in the fuel is more than 1%, the uneven concentration of erbium in the fuel volume increases, which reduces its utilization.

При производстве ядерного топлива введение добавки выгорающего поглотителя осуществляется путем механического смешения порошков диоксида урана и оксида эрбия (см. патент RU №2141693. Тепловыделяющая сборка водоохлаждаемого ядерного реактора. МПК G21C 3/02, 3/62, 3/64, 1998 г., патент RU №2142170. Таблетка ядерного топлива, МПК G21C 3/02, 3/62, 3/64, 1998). В связи с различными плотностью, гранулометрическим составом и соотношением масс смешиваемых компонентов достижение равномерности распределения оксида эрбия в диоксиде урана является проблематичным. Таблетки ядерного топлива, спеченные из механически смешанных порошков оксидов урана и эрбия, показывают неоднородность концентрации эрбия в объеме таблетки, степень которой зависит от условий смешения порошков и образования твердого раствора во время спекания. При эксплуатации такого топлива увеличивается вероятность локального разрушения структуры материала таблеток при облучении, что может привести к ускоренному разрушению таблеток и выходу из строя ТВЭЛа.In the production of nuclear fuel, the addition of a burnable absorber is carried out by mechanical mixing of powders of uranium dioxide and erbium oxide (see patent RU No. 2141693. The fuel assembly of a water-cooled nuclear reactor. IPC G21C 3/02, 3/62, 3/64, 1998, RU patent No. 2142170. Nuclear fuel tablet, IPC G21C 3/02, 3/62, 3/64, 1998). Due to the different density, particle size distribution and mass ratio of the mixed components, achieving a uniform distribution of erbium oxide in uranium dioxide is problematic. Nuclear fuel tablets sintered from mechanically mixed powders of uranium and erbium oxides show heterogeneity of the erbium concentration in the volume of the tablet, the degree of which depends on the mixing conditions of the powders and the formation of a solid solution during sintering. During the operation of such fuel, the probability of local destruction of the structure of the material of the tablets during irradiation increases, which can lead to accelerated destruction of the tablets and failure of the fuel rod.

Другой проблемой уран-эрбиевого топлива является то, что присутствие эрбия, механически смешанного с порошком диоксида урана, отрицательно сказывается на свойствах самого топлива, это проявляется в снижении плотности, увеличении открытой пористости, снижении величины среднего размера зерна топливной таблетки.Another problem of uranium-erbium fuel is that the presence of erbium, mechanically mixed with uranium dioxide powder, negatively affects the properties of the fuel itself, this manifests itself in a decrease in density, an increase in open porosity, and a decrease in the average grain size of the fuel pellet.

Указанные причины ограничивают возможность повышения содержания эрбия в топливе.These reasons limit the possibility of increasing the erbium content in the fuel.

В настоящее время в промышленном масштабе освоено производство топлива с содержанием эрбия от 0,46 до 0,64 вес.% по эрбию при условной массовой доле U-235 от 2.6 до 2.8 вес.% (Патент RU №2157568. Таблетка ядерного топлива, МПК G21C 3/62, 3/02, 1999). Порошок диоксида урана для производства топливных таблеток в данном способе может быть получен как по «мокрой» технологии через гидролиз гексафторида урана, экстракцию-реэкстракцию урана, осаждение аммоний диураната из раствора нитрата уранила (реэкстракта), сушку - термическое разложение и восстановление, так и методом сухой конверсии гексафторида урана. Открытая пористость спрессованной и спеченной смеси двуокиси урана с добавкой эрбия составляет не более 1% и размер зерна от 10 до 20 мкм. Способ изготовления ядерного топлива заключается в том, что в смесителе, в частности лопастного типа, готовится двухкомпонентная смесь порошков двуокиси урана и окиси эрбия требуемого состава, из которой по известной технологии готовят пресс-порошок, проводят прессование таблеток и их спекание. Некоторые технические трудности операции перемешивания порошков связаны с тем, что количество окиси эрбия относительно мало. Для повышения качества перемешивания порошков используют прием двухступенчатого перемешивания с приготовлением на первой стадии лигатуры-смеси с повышенным содержанием эрбия («богатой» смеси).Currently, the production of fuels with an erbium content from 0.46 to 0.64 wt.% Erbium has been mastered on an industrial scale with a conditional mass fraction of U-235 from 2.6 to 2.8 wt.% (Patent RU No. 2157568. Nuclear fuel tablet, MPC G21C 3/62, 3/02, 1999). Uranium dioxide powder for the production of fuel pellets in this method can be obtained both by "wet" technology through the hydrolysis of uranium hexafluoride, extraction-re-extraction of uranium, precipitation of ammonium diuranate from a solution of uranyl nitrate (re-extract), drying - thermal decomposition and recovery, and by the method dry conversion of uranium hexafluoride. The open porosity of a compressed and sintered mixture of uranium dioxide with the addition of erbium is not more than 1% and grain size from 10 to 20 microns. A method of manufacturing nuclear fuel is that in a mixer, in particular a blade type, a two-component mixture of uranium dioxide and erbium oxide powders of the required composition is prepared, from which a press powder is prepared by known technology, tablets are pressed and sintered. Some of the technical difficulties of the powder mixing operation are related to the fact that the amount of erbium oxide is relatively small. To improve the quality of mixing the powders, a two-stage mixing technique is used with the preparation of the first stage of the master alloy mixture with a high content of erbium (“rich” mixture).

Недостатками данного способа получения ядерного уран-эрбиевого топлива являются:The disadvantages of this method of producing nuclear uranium-erbium fuel are:

- ухудшение характеристик ядерного топлива при увеличении содержания в нем эрбия;- deterioration of the characteristics of nuclear fuel with an increase in its erbium content;

- неравномерность (неоднородность) распределения эрбия в таблетке как на макро-, так и на микроуровне (даже при идеальном перемешивании порошков равномерность распределения эрбия в уране определяется крупностью частиц порошков, размер которых колеблется в интервале от единиц до сотен микрон);- non-uniformity (heterogeneity) of the distribution of erbium in the tablet at both the macro and micro levels (even with perfect mixing of the powders, the uniform distribution of erbium in uranium is determined by the particle size of the powders, the size of which varies from a few to hundreds of microns);

- снижение плотности и размера зерна спеченных таблеток с ростом содержания эрбия в топливе;- a decrease in the density and grain size of sintered tablets with an increase in the erbium content in the fuel;

- многостадийность, трудоемкость процесса приготовления смеси;- multi-stage, the complexity of the process of preparing the mixture;

- большое количество оборотов производства таблетки.- a large number of revolutions of the production of tablets.

Данный способ выбираем за прототип.This method is chosen for the prototype.

Указанные недостатки устраняются предлагаемым способом.These disadvantages are eliminated by the proposed method.

Задачей настоящего изобретения является повышение равномерности распределения эрбия в топливной таблетке на макро- и микроуровне.The objective of the present invention is to increase the uniformity of the distribution of erbium in the fuel tablet at the macro and micro levels.

Технический результат заключается в улучшении эксплуатационных свойств и характеристик ядерного топлива (плотность, пористость, размер зерна), возможности расширения диапазона содержания в нем эрбия.The technical result consists in improving the operational properties and characteristics of nuclear fuel (density, porosity, grain size), the possibility of expanding the range of erbium content in it.

Сущность изобретения заключается в том, что, в отличие от известного способа получения ядерного керамического уран-эрбиевого топлива, включающего гидролиз гексафторида урана, экстракцию-реэкстракцию урана, осаждение диураната аммония из раствора нитрата уранила, сушку - термическое разложение и восстановление с получением порошка диоксида урана, приготовление двухкомпонентной смеси урана и эрбия, прессование и спекание полученной смеси, в предлагаемом способе приготовление двухкомпонентной смеси урана и эрбия проводят смешением растворов нитрата уранила и нитрата эрбия или другой его водорастворимой соли перед осаждением диураната аммония, прессованию и спеканию подвергают эрбийсодержащий порошок диоксида урана.The essence of the invention lies in the fact that, in contrast to the known method for producing nuclear ceramic uranium-erbium fuel, including hydrolysis of uranium hexafluoride, extraction-re-extraction of uranium, precipitation of ammonium diuranate from a solution of uranyl nitrate, drying - thermal decomposition and reduction to obtain uranium dioxide powder , preparation of a two-component mixture of uranium and erbium, pressing and sintering the resulting mixture, in the proposed method, the preparation of a two-component mixture of uranium and erbium is carried out by mixing of uranyl nitrate and erbium nitrate or other water-soluble salts thereof, before the precipitation of ammonium diuranate, an erbium-containing uranium dioxide powder is pressed and sintered.

Предлагаемый способ смешения урана и эрбия позволяет получить в высшей степени гомогенную смесь двух компонентов. Учитывая подобие свойств ионов уранила и эрбия (близкие ионные радиусы и плотности растворов, полная ионизация и растворимость при pH<3), гомогенизация ионов эрбия и уранила в растворе происходит достаточно быстро при перемешивании или перекачивании раствора. После перемешивания при указанных условиях гравитационная или иная сепарация ионов эрбия и уранила в принципе невозможна.The proposed method of mixing uranium and erbium allows to obtain a highly homogeneous mixture of two components. Considering the similarity of the properties of uranyl and erbium ions (close ionic radii and densities of solutions, complete ionization and solubility at pH <3), the homogenization of erbium and uranyl ions in a solution occurs rather quickly when the solution is mixed or pumped. After mixing under the indicated conditions, gravitational or other separation of erbium and uranyl ions is in principle impossible.

Так как значения pH осаждения диураната аммония и гидроксида эрбия практически совпадают, при добавлении водного раствора аммиака происходит их одновременное совместное и количественное осаждение, что обеспечивает полную гомогенность их распределения относительно друг друга в твердом осадке, которая сохраняется на всех дальнейших операциях производства топлива.Since the pH of the precipitation of ammonium diuranate and erbium hydroxide practically coincides, when an aqueous solution of ammonia is added, they simultaneously co-precipitate and quantitatively precipitate, which ensures complete homogeneity of their distribution relative to each other in a solid precipitate, which is maintained during all further fuel production operations.

Гомогенное распределение эрбия в диоксиде урана не блокирует контакт частиц порошка, поэтому привычный ход спекания таблетки из порошка диоксида урана не нарушается, сохраняются все характеристики топливной таблетки, получаемой по технологии без добавки эрбия. Заявляемый способ позволяет получить таблетки ядерного топлива, имеющие плотность, средний размер зерна, равномерность в распределении зерен по размеру как минимум такие же, как таблетка без добавки эрбия.The homogeneous distribution of erbium in uranium dioxide does not block the contact of powder particles, so the usual course of sintering a tablet from a powder of uranium dioxide is not violated, all the characteristics of a fuel tablet obtained by technology without the addition of erbium are preserved. The inventive method allows to obtain tablets of nuclear fuel having a density, average grain size, uniformity in the distribution of grain size is at least the same as a tablet without the addition of erbium.

Учитывая, что добавка эрбия по отношению к урану невелика, для введения эрбия в раствор нитрата уранила может быть использован раствор любой соли эрбия, анионы которой разлагаются при термообработке без остатка и не загрязняют диоксид урана лимитируемыми примесями. Этими солями могут быть, например, нитраты, цитраты, ацетаты и т.д.Considering that the addition of erbium with respect to uranium is small, a solution of any erbium salt can be used to introduce erbium into a solution of uranyl nitrate, the anions of which decompose without heat and do not pollute uranium dioxide with limited impurities. These salts may be, for example, nitrates, citrates, acetates, etc.

Благодаря химическому способу введения добавки диапазон содержания эрбия в ядерном топливе может быть расширен и составлять от 0,02 до 3 вес.% без ухудшения характеристик топлива, тогда как по прототипу диапазон ограничен от 0,46 до 0,64 вес.% по эрбию. При содержании эрбия меньше 0,2 вес.% по прототипу существенно возрастают трудозатраты на реализацию способа, а именно возрастает количество стадий промежуточного смешивания. Из практики известно, что для достижения равномерного распределения компонентов в промышленной партии порошков за одну стадию нужно смешивать порошки в соотношении 1:(4+6) и далее в том же порядке, используя богатую смесь, полученную на предыдущей стадии смешивания, до тех пор, пока не будет достигнуто заданное соотношение, которое для содержания эрбия, например, 0,1% составляет 1:1000.Due to the chemical method of introducing the additive, the range of erbium content in nuclear fuel can be expanded to be from 0.02 to 3 wt.% Without deterioration of fuel characteristics, while in the prototype the range is limited from 0.46 to 0.64 wt.% For erbium. When the erbium content is less than 0.2 wt.% According to the prototype, the labor costs for the implementation of the method significantly increase, namely, the number of stages of intermediate mixing increases. It is known from practice that in order to achieve uniform distribution of components in an industrial batch of powders in one stage, it is necessary to mix the powders in a ratio of 1: (4 + 6) and then in the same order using the rich mixture obtained in the previous mixing stage, until until you reach the desired ratio, which for the erbium content, for example, 0.1% is 1: 1000.

В случае значений содержания эрбия выше 0,64% при получении ядерного топлива по прототипу в полной мере сказываются эффекты, влияющие на качество работы ядерного реактора и характеристики топлива. Это снижение плотности и крупности зерна, увеличение неравномерности распределения зерна по размерам и открытой пористости ядерного топлива, неоднородность распределения эрбия как в отдельной таблетке, так и между ними, что негативно сказывается на нейтронно-физических параметрах и технологических свойствах ядерного реактора /1/.In the case of values of the erbium content above 0.64% upon receipt of nuclear fuel according to the prototype, the effects affecting the quality of operation of the nuclear reactor and fuel characteristics are fully affected. This is a decrease in the density and grain size of the grain, an increase in the uneven distribution of grain size and open porosity of nuclear fuel, the heterogeneity of the distribution of erbium both in a single tablet and between them, which negatively affects the neutron-physical parameters and technological properties of a nuclear reactor / 1 /.

ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯEXAMPLES OF IMPLEMENTATION

Пример 1Example 1

Необходимо получить уран-эрбиевое ядерное топливо с содержанием эрбия 0,02±0,002 вес.%.It is necessary to obtain uranium-erbium nuclear fuel with an erbium content of 0.02 ± 0.002 wt.%.

Эрбий в раствор нитрата уранила (промышленный реэкстракт) с концентрацией урана 74,5 г/л вводили в виде раствора нитрата эрбия с концентрацией эрбия 9,79 г/л (20,8 г/л по нитрату эрбия). Расчет объема раствора эрбия проводили для получения содержания эрбия в диоксиде урана 0,02±0,002 вес.%. Состав полученного раствора: U - 74,5 г/л, ЕR - 0,017 г/л.Erbium was introduced into a uranyl nitrate solution (industrial re-extract) with a uranium concentration of 74.5 g / l as an erbium nitrate solution with an erbium concentration of 9.79 g / l (20.8 g / l by erbium nitrate). The calculation of the volume of the erbium solution was carried out to obtain the erbium content in uranium dioxide of 0.02 ± 0.002 wt.%. The composition of the resulting solution: U - 74.5 g / l, ER - 0.017 g / l.

Осаждение урана и эрбия из полученного раствора проводили при pH 7.0 водным раствором аммиака. Прокалку полиураната аммония, содержащего эрбий, вели при температуре 650°С. Порошок диоксида урана после восстановления водородом закиси-окиси урана содержал в своем составе 0,019 вес.% эрбия.Precipitation of uranium and erbium from the resulting solution was carried out at pH 7.0 with aqueous ammonia. The erbium-containing ammonium polyuranate was calcined at a temperature of 650 ° C. The uranium dioxide powder after reduction with hydrogen of uranium oxide-uranium contained 0.019 wt.% Erbium.

Полученный эрбийсодержащий порошок диоксида урана подвергали уплотнению в вибромельнице, там же смешивали с пластификатором в количестве 6 вес.% и гранулировали с получением пресс-порошка. Проводили прессование и спекание прессовок. Спеченные таблетки шлифовали определяли и характеристики: плотность, открытую пористость, размер зерна и содержание эрбия. Результаты представлены в таблице.The resulting erbium-containing uranium dioxide powder was compacted in a vibratory mill, mixed therewith with a plasticizer in an amount of 6 wt.% And granulated to obtain a press powder. Spent pressing and sintering of the compacts. Sintered tablets were ground and their characteristics determined: density, open porosity, grain size and erbium content. The results are presented in the table.

Пример 2Example 2

Необходимо получить уран-эрбиевое ядерное топливо с содержанием эрбия 0,60±0,03 вес.%.It is necessary to obtain uranium-erbium nuclear fuel with an erbium content of 0.60 ± 0.03 wt.%.

Эрбий в промышленный реэкстракт с концентрацией урана 70 г/л вводили в виде раствора ацетата эрбия с концентрацией 10 г/л (20,5 г/л по ацетату эрбия). Расчет объема раствора эрбия проводили для получения содержания эрбия в диоксиде урана - 0,60±0,03 вес.%. Состав полученного раствора: U - 67 г/л, Еr - 0,46 г/л.Erbium was introduced into an industrial re-extract with a uranium concentration of 70 g / l in the form of a solution of erbium acetate with a concentration of 10 g / l (20.5 g / l for erbium acetate). The calculation of the volume of the erbium solution was carried out to obtain the erbium content in uranium dioxide - 0.60 ± 0.03 wt.%. The composition of the resulting solution: U - 67 g / l, Er - 0.46 g / l.

Осаждение полиураната аммония и его прокалку проводили аналогично примеру 1. Порошок диоксида урана после восстановления водородом закиси-окиси урана содержал в своем составе 0,58 вес.% эрбия.The precipitation of ammonium polyuranate and its calcination was carried out analogously to example 1. The uranium dioxide powder after reduction with hydrogen of uranium oxide-uranium contained 0.58 wt.% Erbium.

Полученный порошок диоксида урана, содержащий эрбий, подвергали уплотнению в вибромельнице совместно с модифицирующей добавкой: порошком закиси-окиси урана, содержащим 0,60 вес.% эрбия, в пересчете на диоксид урана в количестве 5%. Пластификатор не вводили. Характеристики полученных топливных таблеток и содержание эрбия в них приведены в таблице.The resulting uranium dioxide powder containing erbium was compacted in a vibration mill together with a modifying additive: uranium oxide oxide powder containing 0.60 wt.% Erbium, in terms of uranium dioxide in an amount of 5%. Plasticizer was not administered. The characteristics of the obtained fuel pellets and the erbium content in them are shown in the table.

Пример 3Example 3

Необходимо получить уран-эрбиевое ядерное топливо с содержанием эрбия 2,8±0,2 вес.%.It is necessary to obtain uranium-erbium nuclear fuel with an erbium content of 2.8 ± 0.2 wt.%.

Эрбий в раствор нитрата уранила (промышленный реэкстракт) с концентрацией урана 74,5 г/л вводили в виде раствора нитрата эрбия с концентрацией эрбия 45 г/л (95,7 г/л по нитрату эрбия). Расчет объема раствора эрбия проводили для получения содержания эрбия в диоксиде урана - 2,8±0,2 вес.%. Состав полученного раствора: U - 70,8 г/л, Еr - 2,26 г/л.Erbium was introduced into a uranyl nitrate solution (industrial re-extract) with a uranium concentration of 74.5 g / l as an erbium nitrate solution with an erbium concentration of 45 g / l (95.7 g / l by erbium nitrate). The calculation of the volume of the erbium solution was carried out to obtain the erbium content in uranium dioxide - 2.8 ± 0.2 wt.%. The composition of the resulting solution: U - 70.8 g / l, Er - 2.26 g / l.

Осаждение полиураната аммония, его прокалку и восстановление проводили аналогично примеру 1. Порошок диоксида урана после восстановления водородом закиси-окиси урана содержал в своем составе 2,75 вес.% эрбия.The precipitation of ammonium polyuranate, its calcination and reduction was carried out analogously to example 1. The uranium dioxide powder after hydrogen reduction with uranium oxide contained 2.75 wt.% Erbium.

Дальнейшие операции как в примере 1. Характеристики топливных таблеток и содержание эрбия в них приведены в таблице.Further operations as in example 1. Characteristics of fuel pellets and the erbium content in them are shown in the table.

Пример 4 (по прототипу)Example 4 (prototype)

Необходимо получить уран-эрбиевое ядерное топливо с содержанием эрбия 0,60±0,03 вес.%.It is necessary to obtain uranium-erbium nuclear fuel with an erbium content of 0.60 ± 0.03 wt.%.

Готовили двухкомпонентную смесь порошков диоксида урана и оксида эрбия в лабораторном барабанном смесителе из 5 кг диоксида урана и 34,31 г оксида эрбия. Время усреднения 30 мин. Перед смешиванием вручную готовили «богатую» смесь, содержащую весь оксид эрбия и 1,67 кг диоксида урана. Затем готовили пресс-порошок путем уплотнения смеси в вибромельнице, смешения с пластификатором и грануляции. Проводили прессование и спекание прессовок. Спеченные таблетки шлифовали и определяли характеристики: плотность, открытую пористость, размер зерна и содержание эрбия. Результаты представлены в таблице.A two-component mixture of uranium dioxide and erbium oxide powders was prepared in a laboratory drum mixer of 5 kg of uranium dioxide and 34.31 g of erbium oxide. Averaging time 30 min. Before mixing, a “rich” mixture was prepared manually, containing all erbium oxide and 1.67 kg of uranium dioxide. Then the press powder was prepared by compacting the mixture in a vibratory mill, mixing with a plasticizer and granulation. Spent pressing and sintering of the compacts. Sintered tablets were ground and characteristics were determined: density, open porosity, grain size and erbium content. The results are presented in the table.

В качестве образца сравнения готовили пресс-порошок из порошка диоксида урана без добавки эрбия. Проводили прессование и спекание прессовок. Спеченные таблетки шлифовали и определяли их характеристики: плотность, открытую пористость, размер зерна. Результаты представлены в таблице.As a comparison sample, a press powder was prepared from uranium dioxide powder without the addition of erbium. Spent pressing and sintering of the compacts. Sintered tablets were ground and their characteristics were determined: density, open porosity, grain size. The results are presented in the table.

Из данных, представленных в таблице, видно, что топливные таблетки, полученные по заявляемому способу, имеют более равномерную зеренную структуру, меньшую пористость и более высокую плотность по сравнению с прототипом. Введение эрбия в порошок диоксида урана в виде порошка Еr2O3 механическим способом привело к появлению неравномерной зеренной структуры. В образцах отчетливо различаются скопления мелких зерен размером 1-3 мкм.From the data presented in the table, it is seen that the fuel pellets obtained by the present method have a more uniform grain structure, lower porosity and higher density compared to the prototype. The introduction of erbium into uranium dioxide powder in the form of Er 2 O 3 powder by mechanical means led to the appearance of an uneven grain structure. Accumulations of small grains 1-3 microns in size are clearly distinguished in the samples.

Микроструктура и плотность спеченных таблеток диоксида урана с эрбием, введенным по заявляемому способу и прототипуThe microstructure and density of sintered tablets of uranium dioxide with erbium, introduced by the present method and prototype

Figure 00000001
Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000002
Заявляемый способ - пример 1 Еr - 0,021%, плотность - 10,69 г/см3, средний размер зерна - 13 мкм, объемная доля открытых пор - 0,41%The inventive method - example 1 Er - 0.021%, density - 10.69 g / cm 3 , average grain size - 13 μm, the volume fraction of open pores - 0.41% Заявляемый способ - пример 2 Еr - 0,60%, плотность - 10,68 г/см3, средний размер зерна - 15 мкм, объемная доля открытых пор - 0,43%The inventive method - example 2 Er - 0.60%, density - 10.68 g / cm 3 , average grain size - 15 μm, the volume fraction of open pores - 0.43%

Figure 00000003
Figure 00000003
Figure 00000004
Figure 00000004
Заявляемый способ - пример 3 Еr - 2,79%, плотность - 10,69 г/см3, средний размер зерна - 16 мкм, объемная доля открытых пор - 0,44%The inventive method - example 3 Er - 2.79%, density - 10.69 g / cm 3 , average grain size - 16 μm, the volume fraction of open pores - 0.44% Способ-прототип Еr - 0,61%, плотность - 10,54 г/см3, средний размер зерна - 10 мкм (скопление участков с размером зерна 1-3 мкм), объемная доля открытых пор - 0,76%Prototype method Er - 0.61%, density - 10.54 g / cm 3 , average grain size - 10 μm (accumulation of areas with grain size 1-3 μm), volume fraction of open pores - 0.76%
Figure 00000005
Figure 00000005
Таблетка сравнения - без добавки эрбия плотность - 10,66 г/см3, средний размер зерна - 8 мкм, объемная доля открытых пор - 0,67%Comparison tablet - without erbium additive, density - 10.66 g / cm 3 , average grain size - 8 microns, volume fraction of open pores - 0.67%

Получение уран-эрбиевого топлива в соответствии с заявляемым способом позволяет снизить на 10-15% затраты на приобретение и эксплуатацию оборудования участка приготовления пресс-порошков и таблеток, снизить энерго- и трудозатраты. За счет улучшения равномерности распределения эрбия в партиях порошков диоксида урана снизится количество браков и оборотов производства.Obtaining uranium-erbium fuel in accordance with the claimed method allows to reduce by 10-15% the cost of the acquisition and operation of equipment for the preparation of press powders and tablets, to reduce energy and labor costs. By improving the uniform distribution of erbium in batches of uranium dioxide powders, the number of rejects and production turns will decrease.

Характеристики полученного ядерного уран-эрбиевого топлива позволяют добиться лучших показателей (меньшее газовыделение, большая глубина выгорания и т.д.) при их эксплуатации в ядерных реакторах, например, РБМК.The characteristics of the obtained uranium-erbium fuel make it possible to achieve better performance (lower gas evolution, greater burnup depth, etc.) during their operation in nuclear reactors, for example, RBMK.

Claims (1)

Способ получения ядерного керамического уран-эрбиевого топлива, включающий гидролиз гексафторида урана, экстракцию-реэкстракцию урана, осаждение диураната аммония из раствора нитрата уранила, сушку-термическое разложение и восстановление с получением порошка диоксида урана, приготовление двухкомпонентной смеси урана и эрбия, прессование и спекание полученной смеси, отличающийся тем, что приготовление двухкомпонентной смеси урана и эрбия проводят смешением растворов нитрата уронила и нитрата эрбия или другой его водорастворимой соли перед осаждением диураната аммония, прессованию и спеканию подвергают эрбийсодержащий порошок диоксида урана. A method for producing nuclear ceramic uranium-erbium fuel, including hydrolysis of uranium hexafluoride, extraction-re-extraction of uranium, precipitation of ammonium diuranate from a solution of uranyl nitrate, drying-thermal decomposition and reduction to obtain uranium dioxide powder, preparation of a two-component mixture of uranium and erbium, pressing and sintering mixtures, characterized in that the preparation of a two-component mixture of uranium and erbium is carried out by mixing solutions of uronil nitrate and erbium nitrate or its other water-soluble and before the precipitation of ammonium diuranate, pressing and sintering erbiysoderzhaschy subjected to uranium dioxide powder.
RU2007130040/06A 2007-11-12 2007-11-12 Method of preparing uranium-erbium ceramic nuclear fuel RU2382424C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007130040/06A RU2382424C2 (en) 2007-11-12 2007-11-12 Method of preparing uranium-erbium ceramic nuclear fuel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007130040/06A RU2382424C2 (en) 2007-11-12 2007-11-12 Method of preparing uranium-erbium ceramic nuclear fuel

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007130040A RU2007130040A (en) 2009-05-20
RU2382424C2 true RU2382424C2 (en) 2010-02-20

Family

ID=41021096

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007130040/06A RU2382424C2 (en) 2007-11-12 2007-11-12 Method of preparing uranium-erbium ceramic nuclear fuel

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2382424C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2472709C1 (en) * 2011-08-11 2013-01-20 Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат" Method of preparing uranium dioxide powder

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2472709C1 (en) * 2011-08-11 2013-01-20 Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат" Method of preparing uranium dioxide powder

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007130040A (en) 2009-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102483960B (en) Method for preparing a porous nuclear fuel containing at least one minor actinide
CN105706177A (en) Nuclear fuel pellet having enhanced thermal conductivity, and preparation method thereof
Riella et al. UO2-Gd2O3 solid solution formation from wet and dry processes
US4247495A (en) Method of producing PuO2 /UO2 /-nuclear fuels
KR100832567B1 (en) Method of producing large-grained nuclear fuel pellet
JPH01148994A (en) Manufacture of nuclear fuel pellet for mixed oxide (u,pu)o2 base
RU2382424C2 (en) Method of preparing uranium-erbium ceramic nuclear fuel
CA3026544C (en) The method of manufacturing a pelletized nuclear ceramic fuel
EP3951799B1 (en) Method for producing ceramic nuclear fuel with a burnable absorber
US3114689A (en) Ceramic fuel for nuclear reactors
US3287279A (en) Preparation of a filterable co-precipitate of plutonium and uranium
JPS5895617A (en) Method of increasing grain size of uranium oxide
WO2018124915A1 (en) Nuclear fuel pellet and method for the production thereof
JP4674312B2 (en) Nuclear fuel pellet manufacturing method and nuclear fuel pellet
JP4075116B2 (en) Method for producing nuclear fuel particles and method for producing nuclear fuel pellets
WO2007097607A1 (en) Method for producing nuclear ceramic uranium-erbium fuel
US3812050A (en) Production of porous ceramic nuclear fuel employing dextrin as a volatile pore former
JP2981580B2 (en) Manufacturing method of nuclear fuel assembly
RU2396611C1 (en) Method of preparing nuclear fuel pellets
RU2186431C2 (en) Method for manufacturing ceramic fuel pellets for nuclear reactors
RU2459289C1 (en) Method for obtaining nuclear fuel pellets based on uranium dioxide
RU2814275C1 (en) Method for manufacturing uranium-gadolinium nuclear fuel
US20020005597A1 (en) Dry recycle process for recovering UO2 scrap material
JPH0731265B2 (en) Manufacturing method of nuclear fuel pellets
RU2734692C1 (en) Method of producing fuel compositions based on uranium dioxide with the addition of a burnable neutron absorber

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20151113