SE1500058A1 - Bränsle för vattenkylda kärnreaktorer - Google Patents
Bränsle för vattenkylda kärnreaktorer Download PDFInfo
- Publication number
- SE1500058A1 SE1500058A1 SE1500058A SE1500058A SE1500058A1 SE 1500058 A1 SE1500058 A1 SE 1500058A1 SE 1500058 A SE1500058 A SE 1500058A SE 1500058 A SE1500058 A SE 1500058A SE 1500058 A1 SE1500058 A1 SE 1500058A1
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- water
- uranium
- porosity
- fuel
- fuels
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/42—Selection of substances for use as reactor fuel
- G21C3/58—Solid reactor fuel Pellets made of fissile material
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/42—Selection of substances for use as reactor fuel
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/42—Selection of substances for use as reactor fuel
- G21C3/58—Solid reactor fuel Pellets made of fissile material
- G21C3/62—Ceramic fuel
-
- 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
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
Ändamålet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett kärnbränsle med aktiniddensitet högre än 9.7 g/ cmkombinerat med förbättrad tolerans mot vatten och vattenånga vid temperaturer överstigande 250°C.Ett särskilt ändamål med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett urannitridbränsle med förbättrad tolerans mot vatten och vattenånga vid temperaturer överstigande 250°C.Detta och andra syften uppnås med hjälp av uppfinningen såsom den definieras i de oberoende kraven.Ytterligare fördelaktiga utföringsformer av uppfinningen har angivits i de osjälvständiga patentkraven.Uppfinningen erbjuder en lösning på problem med korrosion av kärnbränslen med aktiniddensitet högre än 9.7 g/cmsom observerats vid exponering mot vatten och vattenånga vid temperaturer överstigande 250°C, och underlättar därför att använda denna typ av bränslen i kommersiella vattenkylda kärnkraftverk.I synnerhet nitridbränslen har historiskt sett varit svåra att tillverka med hög täthet, varför det förelegat en ansenlig grad av öppen porositet i de producerade kutsarna. Ånga och trycksatt hetvatten kan därmed tränga in och oxidera kutsen på djupet. Den större specifika volymen hos bildad urandioxid åstadkommer en inre expansion som på kort tid fragmenterar och slutligen pulvriserar kutsen. Genom att tillverka urannitridbränslen, uransilicidbränslen samt blandningar mellan dessa bränslen med en tillräckligt låg andel öppen porositet, begränsas oxidationen till ett ytligt korrosionsangrepp vilket betydligt fördröjer bränslets nedbrytning.Experiment med kutsar av olika täthet bekräftar att angreppets hastighet är mer beroende av kutsens porositet än av reaktionstemperaturen, vilket stöder slutsatsen att ökat skydd mot korrosion i ånga och trycksatt hetvatten lättast åstadkoms genom att eliminera den öppna porositeten.Urannitridbränslen med mycket låg porositet kan tillverkas genom att tillämpa starkströmsassisterad varmpressning (SPS) vid en temperatur överstigande 1600°C [Malkki 2014].Ytterligare en möjlighet att eliminera den öppna porositeten i ett urannitridbränsle uppnås genom att i urannitriden blanda in en viss andel uransilicid med smälttemperatur under 1600°C. Under kutstillverkning vid temperatur över 1600° utgör uransiliciden tack vare sin plasticitet en porfyllande sekundärfas, som reducerar kutsens porositet.
Description
Patentansokan 1500058-1
Bransle for vattenkylda karnreaktorer
Sammanfattning av uppfinningen
Andamalet med foreliggande uppfinning är att tillhandahalla ett karnbransle med aktiniddensitet hogre an 9.7 g/ cm3 kombinerat med forbattrad tolerans mot vatten och vattenanga vid temperaturer overstigande 250°C.
Ett sarskilt andamal med foreliggande uppfinning är att tillhandahalla ett urannitridbransle med forbattrad tolerans mot vatten och vattenanga vid temperaturer overstigande 250°C.
Detta och andra syften uppnas med hjalp av uppfinningen sasom den definieras i de oberoende kraven. Ytterligare fOrdelaktiga utforingsformer av uppfinningen har angivits i de osjalvstandiga patentkraven.
Uppfinningen erbjuder en losning pa problem med korrosion av karnbranslen med aktiniddensitet hogre an 9.7 g/cm3 som observerats vid exponering mot vatten och vattenanga vid temperaturer overstigande 250°C, och underlattar dart& att anvanda denna typ av branslen i kommersiella vattenkylda karnkraftverk.
I synnerhet nitridbranslen har historiskt sett varit svara att tillverka med hog tathet, varier det forelegat en ansenlig grad av Oppen porositet i de producerade kutsarna. Anga och trycksatt hetvatten kan darmed tranga in och oxidera kutsen pa djupet. Den starre specifika volymen hos bildad urandioxid astadkommer en inre expansion som pa kort tid fragmenterar och slutligen pulvriserar kutsen. Genom att tillverka urannitridbranslen, uransilicidbranslen samt blandningar mellan dessa branslen med en tillrackligt lag andel oppen porositet, begransas oxidationen till ett ytligt korrosionsangrepp vilket betydligt fordrojer branslets nedbrytning.
Experiment med kutsar av olika tathet bekraftar att angreppets hastighet är mer beroende av kutsens porositet an av reaktionstemperaturen, vilket stoder slutsatsen att Okat skydd mot korrosion i anga och trycksatt hetvatten lattast astadkoms genom att eliminera den Oppna porositeten.
Urannitridbranslen med mycket lag porositet kan tillverkas genom att tillampa starkstramsassisterad varmpressning (SPS) vid en temperatur overstigande 1600°C [Malkki 2014].
Ytterligare en mojlighet aft eliminera den oppna porositeten i ett urannitridbransle uppnas genom att i urannitriden blanda in en viss andel uransilicid med smalttemperatur under 1600°C. Under kutstillverkning vid temperatur over 1600° utgor uransiliciden tack vare sin plasticitet en porfyllande sekundarfas, som reducerar kutsens porositet.
Patentansokan 1500058-1
Bransle for vattenkylda karnreaktorer
Beskrivning av uppfinningen
Karnbranslet är amnat att medge langre drifttid, alternativ hogre effekt, eller en kombination darav for vattenkylda karnreaktorbranslen. Branslets aktiniddensitet overstiger 9.7 g/cm3 och dess oppna porositet äí tillrackligt lag for aft vasentligt aka branslets korrosionsbestandighet. Branslekutsen är tillverkad med konventionell sintring, varmpressning, faltassisterad varmpressning, mikrovagsassisterad varmpressning eller starkstromsassisterad varmpressning (SPS).
I en foredragen konstruktion bestar branslet till mer an 80 volymprocent av urannitrid (UN) med en Oppen porositet understigande 0.1%.
I en annan foredragen konstruktion bestar branslet till mer an 80 volymprocent av urannitrid (UN) med en oppen porositet understigande 0.1%. Upp till 20 volymprocent bestar av en sekundarfas med lagre smaltpunkt an UN, som tack vare hogre plasticitet agerar porfyllare under sintringen.
Industrial! anvandbarhet
Uppfinningen är speciellt anvandbar i lattvattenkylda och tungvattenkylda karnkraftverk. Exempel 1)
I detta exempel har labbtester utforts pa urannitridkutsar bestaende av mer an 80% UN, med varierande porositet och halt av UO2, U2N3 samt uransilicid. Vid exponering av UN mot vattenanga bildas urandioxid, ammoniak, samt vatgas enligt reaktionsformeln
UN + 2H20 —> UO2 + NH3 + 0.H2 Testparametrar:
Angtryck: 0.5 bar
Angtemperatur: 400-425°C
Labbtesterna visade att hastigheten for korrosionsattacken pa urannitridkutsen Or kraftigt beroende av dess porositet.
Figur 1 visar uppmatt produktionsrat for vatgas, samt total produktion av vatgas som funktion av tid for urannitridkutsar med 2.3%, 13.0% samt 22.4% porositet.
0
0.0
2
300
3
1001200
lid [minuter]
100
Rat [22.4% porositet] — Rat [13.0% porositet] — Rat [2.3% porositet]
ProclukUt, 122.4 tkti oska] — Produktion [13.0% porositet]
Produktionporositet]
...•.
•
••
Produktion av H2 [% av teoretiskt maximum]
7
.0
C.1
:0
3 as
-0
E
Patentansokan 1500058-1
Figur 1: Produktionsrat samt total produktion av vatgas vid exponering av UN far vattenanga. Exempel 2)
I detta exempel har urannitridkutsar med olika grader av Oppen porositet tillverkats med SPS-metoden vid olika temperaturer och tryck. Den 'Vona porositeten har uppmats med Arkimedes metod samt kloroform som medium. Figur 2 visar den 'Vona porositeten som funktion av total porositiet. Matningarna visar att nar den totala porositeten i urannitridkutsen är under 2.5%, sa understiger den oppna porositeten 0.1%.
oppen porositet [%]
12.0
H6g porOsii.et
Overgar4s.om .4de
Ful
t sluWi parosite
9.0
6.0
3.0
0.0 ......
0.03.06.09.012.015.0
Total porositet [°/0]
Figur 2: ()poen porositet i UN-kutsar som funktion av total porositet
Claims (2)
1. Ett karnbransle far kraftproduktion i vattenkylda karnreaktorer, dar branslets aktiniddensitet overstiger 9.7 g/ cm3, dar branslet till minst 80 volymprocent bestar av UN, och dar branslets Oppna porositet är lagre an 0.1%.
2. Ett karnbransle enligt krav 1 dar upp till 20 volymprocent av branslet bestar av en uransilicidfarening. qqqqqq 0 0 Rat [22.4 porositet] Rat [13.0 porositet] Rat [2.376porositetl 100 Produktion [22.4% porositet] Produktion [13.0 porositet] Produktion [2 3 c porositet] M N deo 100120023003 Tid iminuter]
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE1500058A SE1500058A1 (sv) | 2015-01-30 | 2015-01-30 | Bränsle för vattenkylda kärnreaktorer |
| CA3010876A CA3010876C (en) | 2015-01-30 | 2016-01-29 | Nuclear fuel for water-cooled nuclear reactors |
| PCT/SE2016/000004 WO2016122374A1 (en) | 2015-01-30 | 2016-01-29 | Fuel for water-cooled nuclear reactors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE1500058A SE1500058A1 (sv) | 2015-01-30 | 2015-01-30 | Bränsle för vattenkylda kärnreaktorer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE1500058A1 true SE1500058A1 (sv) | 2016-07-31 |
Family
ID=56543844
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE1500058A SE1500058A1 (sv) | 2015-01-30 | 2015-01-30 | Bränsle för vattenkylda kärnreaktorer |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| CA (1) | CA3010876C (sv) |
| SE (1) | SE1500058A1 (sv) |
| WO (1) | WO2016122374A1 (sv) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110415845B (zh) * | 2019-08-06 | 2021-06-11 | 中国核动力研究设计院 | 一种高铀密度复合燃料芯块及其制备方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2055686C3 (de) * | 1970-11-12 | 1979-11-15 | Nukem Gmbh, 6450 Hanau | Verfahren zur Herstellung eines Kernbrennstoffes aus Uranmonocarbid bzw. Uranmononitrid |
| US20110206174A1 (en) * | 2010-02-22 | 2011-08-25 | Westinghouse Electric Sweden Ab | Nuclear fuel, a fuel element, a fuel assembly and a method of manufacturing a nuclear fuel |
| WO2014028731A1 (en) * | 2012-08-15 | 2014-02-20 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | High density uo2 and high thermal conductivity uo2 composites by spark plasma sintering (sps) |
-
2015
- 2015-01-30 SE SE1500058A patent/SE1500058A1/sv not_active Application Discontinuation
-
2016
- 2016-01-29 CA CA3010876A patent/CA3010876C/en active Active
- 2016-01-29 WO PCT/SE2016/000004 patent/WO2016122374A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA3010876A1 (en) | 2016-08-04 |
| CA3010876C (en) | 2023-08-29 |
| WO2016122374A1 (en) | 2016-08-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| SE1500058A1 (sv) | Bränsle för vattenkylda kärnreaktorer | |
| Mahaffey et al. | Materials corrosion in high temperature supercritical carbon dioxide | |
| PH12018500400B1 (en) | A process of controlling the morphology of graphite | |
| CN102616771A (zh) | 一种无硫低灰膨胀石墨的制备方法 | |
| MY178976A (en) | Method of improving metal-impregnated catalyst performance | |
| HUANG et al. | A density functional theory study on the mechanism of levoglucosan pyrolysis | |
| Harp et al. | Uranium silicide fabrication for use in LWR accident tolerant fuel | |
| Alfaro et al. | Reduction kinetics of uranium trioxide to uranium dioxide using hydrogen | |
| Park et al. | Decomposition analysis of energy consumption and GHG emissions by industry classification for Korea's GHG reduction targets | |
| CN103771672B (zh) | 一种污泥除臭剂 | |
| Hu et al. | Correction to: Carbon-Based Metal-Free Electrocatalysis for Energy Conversion, Energy Storage, and Environmental Protection | |
| Haug et al. | Carbon neutral metal production–a new environmental friendly method for production of silicon | |
| CN105732051A (zh) | 一种铸钢件冒口保温剂 | |
| Shin et al. | Oxidation Behaviors of STS Series in Oxidizer-Rich Environment Using H 2 O 2/Catalytic Reaction | |
| MX2018016022A (es) | Componentes de quemador mecanico. | |
| CN203171315U (zh) | 用于切割牺牲阳极的锯床 | |
| Rozvany et al. | Erratum to: Critical examination of recent assertions by Logo (2013) about the paper ‘Analytical and numerical solutions for a reliability based benchmark example’(Rozvany and Maute 2011) | |
| Sutter et al. | Iron-rich Carbonates as the Potential Source of Evolved CO 2 Detected by the Sample Analysis at Mars (SAM) instrument in Gale Crater. | |
| Massara et al. | Thermodynamics of advanced fuels-international database project | |
| Kim et al. | Synthesis of P Doped EDTA-Co Structure and Synergistic Effect of ORR as Electrochemical Catalyst | |
| Geusebroek | 14Credits: A novel method to measure your Green Energy | |
| CN104275486A (zh) | 螺杆制造工艺 | |
| Elistratov et al. | GREENHOUSE GAS EMISSIONS FROM HYDROELECTRIC RESERVOIRS: ANALYSIS OF RESEARCH EXPERIENCE AND ORGANIZATION OF RESEARCH IN RUSSIA | |
| Nikiforov et al. | Specific Electrical Conductivity in Solid and Molten CsH2PO4 and Cs2H2P2O7–A Potentially New Electrolyte for Water Electrolysis at~ 225-400° C | |
| Vasylieva et al. | A compare of the phylogenetic reconstructions sequence results in the program mega 5 and the matlab package |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NAV | Patent application has lapsed |