RU2577272C1 - Способ получения таблетированного диоксида урана - Google Patents

Способ получения таблетированного диоксида урана Download PDF

Info

Publication number
RU2577272C1
RU2577272C1 RU2014152951/05A RU2014152951A RU2577272C1 RU 2577272 C1 RU2577272 C1 RU 2577272C1 RU 2014152951/05 A RU2014152951/05 A RU 2014152951/05A RU 2014152951 A RU2014152951 A RU 2014152951A RU 2577272 C1 RU2577272 C1 RU 2577272C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
uranium dioxide
tablets
highly active
microns
fuel
Prior art date
Application number
RU2014152951/05A
Other languages
English (en)
Inventor
Валерий Иванович Выбыванец
Алексей Алексеевич Гриднев
Александр Степанович Гонтарь
Владимир Валерьевич Емельяненко
Елена Михайловна Ракитская
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ")
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ")
Priority to RU2014152951/05A priority Critical patent/RU2577272C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2577272C1 publication Critical patent/RU2577272C1/ru

Links

Images

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)
  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области ядерной техники и может быть использовано при получении таблеток из диоксида урана для высокотемпературных вентилируемых твэлов преимущественно термоэмиссионных реакторов-преобразователей (ТРП) встроенного типа. Способ получения таблетированного диоксида урана включает измельчение спеченных заготовок из диоксида урана, приготовление шихты на основе измельченных заготовок с добавлением высокоактивного мелкодиперсного порошка диоксида урана и связки, прессование и спекание таблеток. При этом шихту формируют из исходных измельченных заготовок с фракционным составом в диапазоне 200 - 315 мкм и высокоактивного мелкодисперсного порошка диоксида урана в количестве 8 - 12 % масс. Изобретение обеспечивает получение таблеток диоксида урана с преимущественным размером пор 20 - 60 мкм при общей пористости 10 - 20 % в обеспечении формирования оптимальной структуры диоксида урана в начальный период эксплуатации твэла. 2 ил.

Description

Изобретение относится к области ядерной техники и может быть использовано при получении таблеток из диоксида урана для высокотемпературных вентилируемых тепловыделяющих элементов (твэлов), преимущественно термоэмиссионных реакторов-преобразователей (ТРП) встроенного типа.
Ресурс твэла ТРП в значительной степени определяется состоянием микроструктуры диоксида урана, которая формируется в начальный период (50÷300) часов эксплуатации твэла. При использовании ординарного диоксида урана в твэле ТРП формируется столбчатая структура с шириной зерен (200÷300) мкм, что приводит к повышенному сопротивлению его ползучести и ограничивает возможности перераспределения оболочкой распухающего топлива во внутренний свободный объем твэла [Гонтарь А.С., Гриднев А.А., Ракитская Е.М. и др. «Оптимизация структуры диоксида урана применительно к твэлу термоэмиссионного реактора-преобразователя», Атомная энергия, 2005, т. 99, вып. 4, с. 264-268].
Оптимальная структура характеризуется шириной столбчатого зерна <200 мкм и формируется при использовании таблеток диоксида урана с преимущественным размером пор (20÷60) мкм при общей пористости 10÷20%, стабилизированной к термическому спеканию [Патент РФ №2260862, МПК7 G21C 3/58 «Способ формирования микроструктуры сердечника тепловыделяющего элемента» А.С. Гонтарь, А.А. Гриднев и др., опубл. 20.09.2005].
Однако реализация способа формирования оптимальной структуры диоксида урана в реакторных условиях при эксплуатации твэла требует соответствующего способа получения таблеток с указанными исходными характеристиками.
Известен способ получения таблетки ядерного топлива на основе диоксида урана, включающий приготовление шихты с пластификатором, прессование и спекание заготовок диоксида урана [см. Котельников Р.Б., Башлыков C.H., Каштанов А.И., Меньшикова Т.С. Высокотемпературное ядерное топливо. - М.: Атомиздат, 1978, 432 с]. Данный способ позволяет получать таблетки диоксида урана с плотностью ~95% от теоретической плотности с преимущественным размером пор (3÷5) мкм и поэтому не отвечает требованиям по исходным характеристикам диоксида урана, необходимым для формирования оптимальной структуры в процессе эксплуатации твэла.
Известен также способ получения таблеток из диоксида урана для тепловыделяющих элементов энергетических реакторов АЭС [Патент РФ №2253913, МПК G21C 3/62 «Способ получения топливных таблеток для тепловыделяющих элементов из диоксида урана (варианты)» Н.З. Ляхов, Г.Р. Карагедов и др., опубл. 10.06.2005]. Этот способ, включающий приготовление пресс-порошка из диоксида урана керамического сорта, прессование и спекание таблеток, является по технической сущности наиболее близким к предлагаемому и выбран в качестве прототипа. Пресс-порошок (шихта) в соответствии с этим способом получают измельчением брака некондиционных спеченных таблеток и добавлением 2÷4% масс. порообразующего вещества.
Недостаток способа состоит в том, что возможность формирования в таблетках диоксида урана оптимальной структуры не реализуется, так как способ позволяет получить поры размером порядка (5÷10) мкм и величину пористости (≤5%), при которых объем пор является недостаточным для образования протяженных, в том числе сквозных радиальных микроканалов в топливном сердечнике высокотемпературного твэла.
Перед авторами стояла задача получения таблеток диоксида урана с преимущественным размером пор (20÷60) мкм при уровне общей пористости 10÷20% в обеспечении формирования оптимальной структуры диоксида урана в начальный период эксплуатации твэла.
Для решения поставленной задачи разработан способ получения таблетированного диоксида урана, включающий изготовление крупки, приготовление шихты, прессование и спекание таблеток, в котором шихту формируют из крупки с преимущественным фракционным составом в диапазоне (200÷315) мкм, высокоактивного мелкодисперсного порошка диоксида урана в количестве 8÷12% масс. и связки.
Данный диапазон фракционного состава и количество высокоактивного мелкодисперсного порошка выбран в результате исследовательской работы.
Как следует из изложенного, сущность изобретения заключается в том, что определены гранулометрический состав крупки и количество мелкодисперсного порошка, использование которых позволяет получить топливные таблетки с преимущественным размером пор (20÷60) мкм при уровне общей пористости 10÷20% за счет различной активности к спеканию крупки и мелкодисперсного порошка диоксида урана.
Фракционный состав крупки и количество высокоактивного мелкодисперсного порошка диоксида урана определены по результатам проведенных авторами тестовых экспериментов с различными соотношениями по массе и размерам крупки и порошка.
На фиг. 1 приведена фотография, на которой изображена микроструктура характерного участка таблетки диоксида урана до проведения испытаний в поле градиента температуры.
На фиг. 2 приведена фотография, на которой изображена микроструктура характерного участка таблетки диоксида урана после проведения испытаний в поле градиента температуры (средняя ширина столбчатого зерна ~160 мкм).
Пример конкретного осуществления
Спеченные заготовки из диоксида урана измельчали в крупку и отбирали фракцию (200÷315) мкм. Крупку с фракционным составом <200 мкм возвращали в технологический цикл для приготовления новых заготовок. Для формирования шихты крупку смешивали с 10% масс. высокоактивного мелкодисперсного порошка диоксида урана и связкой, в качестве которого использовали спирт в смеси с глицерином в соотношении 1:3, до получения однородного состава. Таблетки прессовали до плотности ~ 77% и спекали в высокотемпературной вакуумной печи при температуре 1900+50°С при остаточном давлении не менее 0,7 Па (5·10-5 мм рт. ст.) в течение 4 часов.
Таблетки, изготовленные в соответствии с заявляемым изобретением, имели следующие основные характеристики:
- геометрические размеры: наружный диаметр 17,1 мм, внутренний диаметр 8,0 мм, высота 8,4 мм;
- плотность матрицы: 85,2% от теоретической плотности;
- стабилизованная к термическому спеканию общая пористость: 14,8%;
- преимущественный размер пор: (20÷60) мкм (см. фиг. 1).
Таким образом, проведенные исследования показывают, что в таблетках диоксида урана, полученных в соответствии с данным изобретением, обеспечивается формирование структуры с преимущественным размером пор (20÷60) мкм при общей пористости 10-20%.

Claims (1)

  1. Способ получения таблетированного диоксида урана, включающий измельчение спеченных заготовок из диоксида урана, приготовление шихты на основе измельченных заготовок с добавлением высокоактивного мелкодисперсного порошка диоксида урана и связки, прессование и спекание таблеток, отличающийся тем, что шихту формируют из исходных измельченных заготовок с фракционным составом в диапазоне 200÷315 мкм, а высокоактивный мелкодисперсный порошок диоксида урана добавляют в количестве 8÷12% масс.
RU2014152951/05A 2014-12-26 2014-12-26 Способ получения таблетированного диоксида урана RU2577272C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014152951/05A RU2577272C1 (ru) 2014-12-26 2014-12-26 Способ получения таблетированного диоксида урана

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014152951/05A RU2577272C1 (ru) 2014-12-26 2014-12-26 Способ получения таблетированного диоксида урана

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2577272C1 true RU2577272C1 (ru) 2016-03-10

Family

ID=55654467

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014152951/05A RU2577272C1 (ru) 2014-12-26 2014-12-26 Способ получения таблетированного диоксида урана

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2577272C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2690155C1 (ru) * 2018-05-31 2019-05-31 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") Способ получения таблетированного пористого диоксида урана
RU2690492C1 (ru) * 2018-05-31 2019-06-04 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") Способ получения таблетированного пористого диоксида урана

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4869866A (en) * 1987-11-20 1989-09-26 General Electric Company Nuclear fuel
RU2253913C2 (ru) * 2003-05-23 2005-06-10 Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" Способ получения топливных таблеток для тепловыделяющих элементов из диоксида урана (варианты)
RU2260862C1 (ru) * 2004-01-20 2005-09-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") Способ формирования микроструктуры сердечника тепловыделяющего элемента
RU2376665C2 (ru) * 2007-12-27 2009-12-20 Открытое акционерное общество "ТВЭЛ" Таблетка ядерного топлива высокого выгорания и способ ее изготовления (варианты)

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4869866A (en) * 1987-11-20 1989-09-26 General Electric Company Nuclear fuel
RU2253913C2 (ru) * 2003-05-23 2005-06-10 Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" Способ получения топливных таблеток для тепловыделяющих элементов из диоксида урана (варианты)
RU2260862C1 (ru) * 2004-01-20 2005-09-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") Способ формирования микроструктуры сердечника тепловыделяющего элемента
RU2376665C2 (ru) * 2007-12-27 2009-12-20 Открытое акционерное общество "ТВЭЛ" Таблетка ядерного топлива высокого выгорания и способ ее изготовления (варианты)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2690155C1 (ru) * 2018-05-31 2019-05-31 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") Способ получения таблетированного пористого диоксида урана
RU2690492C1 (ru) * 2018-05-31 2019-06-04 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") Способ получения таблетированного пористого диоксида урана

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108335760B (zh) 一种高铀装载量弥散燃料芯块的制备方法
CA2661603C (en) Spherical fuel element and production thereof for gas-cooled high temperature pebble bed nuclear reactors (htr)
RU2376665C2 (ru) Таблетка ядерного топлива высокого выгорания и способ ее изготовления (варианты)
KR101638351B1 (ko) 열전도성 금속을 포함하는 핵연료 소결체의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 핵연료 소결체
US20170025192A1 (en) Method for fabrication of fully ceramic microencapsulated nuclear fuel
CN103214231B (zh) 用于热中子反应堆的改进性能氧化物陶瓷芯体及制备方法
CN108039210A (zh) 燃料芯块及其制造方法
RU2577272C1 (ru) Способ получения таблетированного диоксида урана
Zhao et al. Manufacture and characteristics of spherical fuel elements for the HTR-10
CN106448749B (zh) 燃料芯块及其制备方法
RU2661492C1 (ru) Способ изготовления таблетированного ядерного керамического топлива
RU2362223C1 (ru) Ядерное уран-гадолиниевое топливо высокого выгорания на основе диоксида урана и способ его получения (варианты)
RU2427936C1 (ru) Комбинированная таблетка ядерного топлива
RU2690492C1 (ru) Способ получения таблетированного пористого диоксида урана
RU2690155C1 (ru) Способ получения таблетированного пористого диоксида урана
KR101182290B1 (ko) 니켈 산화물과 알루미늄 산화물을 첨가한 이산화우라늄 소결체의 제조방법
RU89904U1 (ru) Твэл ядерного реактора
KR101574224B1 (ko) 산화물 핵연료 소결체 및 이의 제조방법
Tang et al. Comparison of two irradiation testing results of HTR-10 fuel spheres
RU2502141C1 (ru) Уран-гадолиниевое ядерное топливо и способ его получения
KR100812952B1 (ko) 지르코니아가 첨가된 중성자 흡수 소결체 및 이의 제조방법
Rhee et al. Minimization of inner diametric tolerance of annular pellet for dual cooled fuel
RU2813642C1 (ru) Способ изготовления таблетированного топлива из уран-молибденовых порошков
RU2339094C2 (ru) Таблетка ядерного уран-эрбиевого керамического топлива
US20160372216A1 (en) Method for fabrication of oxide fuel pellets and the oxide fuel pellets thereby