×
15.05.2023
223.018.5ae5

Результат интеллектуальной деятельности: Способ изготовления таблетированного ядерного топлива

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть использовано для получения таблеток ядерного топлива на основе СНУП (керамический тип ядерного топлива, представляющий собой смесь нитрида урана и плутония (U, Pu)N). Способ изготовления таблетированного ядерного топлива включает формирование шихты в виде однородной смеси, состоящей из дисперсного порошка и легирующих добавок, прессование и спекание шихты. Легирующие добавки – порошок никеля или сплава никель-хром в количестве 0,05-1 масс. %. Электроимпульсное прессование проводят путем пропускания короткого импульса тока под статическим давлением, при этом процесс ведут в закрытом герметичном перчаточном боксе со шлюзовой камерой. Изобретение позволяет улучшить технологичность способа. 4 пр.

Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть использовано для получения таблеток ядерного топлива на основе СНУП (керамический тип ядерного топлива, представляющий собой смесь нитрида урана и плутония (U, Pu)N).

Это топливо имеет ряд неоспоримых эксплуатационных преимуществ перед другими разрабатываемыми типами топлива, таких как большая плотность ядерного делящегося материала и связанный с ней коэффициент воспроизводства, на порядок большая, чем у оксидного топлива, а также теплопроводность. Кроме того, это топливо позволяет еще утилизировать долгоживущие актитиниды.

Проблема спекания СНУП топлива с добавками AmN и другие, заключается в том, что необходимо уменьшить время спекания и температуру, так как нитрид америция (AmN) диссоциирует и испаряется при высоких температурах, выше 1800 К, поэтому необходимо снижать время и температуру спекания. Один из путей снижения температуры спекания является процесс легирования малыми добавками топливных таблеток.

Известен способ изготовления таблеток ядерного топлива с использованием легирования (патент RU № 2630898 опубликовано 14.09.2017). Изобретение относится к способам изготовления керамического ядерного топлива с использованием легирования. Способ легирования порошков UO2, включает дозирование в UO2 порошкового легирующего соединения (добавки), операцию приготовления порции смеси из UO2 с порошковым легирующим соединением, изготовление пресс-порошка, формование прессовок и их термообработку. В качестве легирующего соединения используются алюминий- или(и) кремнийсодержащее вещество с температурой плавления до 200°С, температуры плавления и испарения которого лежат ниже температуры его разложения. Способ обеспечивает эффективное воздействие на микроструктуру таблеток, улучшение качества топлива и снижение затрат на производство таблеток. Легирование используется как способ улучшения свойств самой керамики и для совершенствования процесса ее спекания.

Недостатками является то, что указанные легирующие добавки применяются только для улучшения свойств таблеток из UO2 и не распространяются на СНУП топливо.

Известен способ изготовления таблеток ядерного топлива с коротким временем спекания (патент RU № 2664738, опубликован 22.08.2018). Этот способ заключается в таблетировании ядерного топлива из диоксида урана для тепловыделяющих элементов легководных энергетических ядерных реакторов, а также энергетических реакторов с газовым охлаждением. Он включает в себя формирование шихты, состоящей из дисперсного порошка диоксида урана с легирующими добавками оксидов алюминия и кремния в виде наночастиц, процесса одновременного прессования и спекания путем сжатия шихты давлением до 150 МПа между штампами пресса, являющимися электродами и пропускания постоянного и импульсного тока от высоковольтного источника электропитания. В шихте происходит совмещенное прессование и спекание с использованием плазмы искрового разряда. Продолжительность процесса совмещенного прессования и спекания порядка 10 мин. Этот способ позволяет сократить время и трудозатраты на получение таблетированного ядерного топлива из порошка UO2. Недостатками является то, что спекание нитридного ядерного топлива для реакторов IV поколения на основе СНУП такого как (U, Pu, Am)N, невозможно проводить при помощи традиционных способов, так как нитрид америция (AmN) диссоциирует и испаряется из-за температуры спекания выше 1800 К, при давлении азота 1 бар. Испарение младших актинидов, таких как Am, является проблемой в области получения топлива. Испарение зависит от температуры и, таким образом, необходимо снижать температуру спекания.

Известен способ изготовления таблеток ядерного топлива (патент US №4059539, опубликован 22.11.1977). Этот способ заключается в получении высокотемпературного топлива на основе стабилизированного нитрида урана, который достигается за счет легирования мононитрида урана (плутония) мононитридами Zr, Τi, Υ в количестве до 10 мольных % при сохранении однофазной структуры. Указанные составы нитрида могут эксплуатироваться при температурах поверхности топлива до 1700°С.

Недостатками является то, что данные добавки не улучшают спекаемость таблеток ядерного топлива.

Наиболее близким является способ изготовления таблетированного ядерного топлива (патент на изобретение RU № 2627682, опубликовано 10.09.2010). Это изобретение в целом относится к нитридным ядерным топливам и к способу получения нитридных топлив, применяемых в качестве ядерного топлива в ядерных реакторах. Веществами, рассматриваемыми в качестве указанного топлива, являются (U, Pu, Am)N, (U, Pu, Am, Cm)N, (U, Pu, Am, Zr)N и (U, Pu, Am, Cm, Zr)N. Способ изготовления таблетированного ядерного топлива включает формирование шихты в виде однородной смеси, состоящей из дисперсного порошка и легирующих добавок, прессование и спекание шихты и представляет собой комбинацию стадий плазменно-искрового спекания с применением электрического тока и термической обработки. Этот способ позволяет достигнуть плотности таблеток чуть выше 85% от теоретической. Для достижения плотности 85-95% приходится проводить спекание при температурах ~ 1800-2100°С и длительностью нескольких часов.

Недостатками прототипа являются не технологичность способа, связанная с использованием повышенных температуры и длительности спекания, которые приводят к усложнению конструкции печей, а в случае спекания (U,Pu)N или (U,Pu,Am)N наблюдается испарение плутония и америция (доходящее до 15% от введенного).

Задачей является разработка нового, технологичного способа изготовления таблетированного ядерного топлива на основе СНУП (U, Pu)N, позволяющего уменьшить значения напряжения заряда батареи конденсаторов и, соответственно температуру спекания для получения таблеток.

Техническим результатом заявленного способа, является улучшение технологичности способа, обеспечивающего получение таблетированного ядерного топлива с необходимыми характеристиками, с помощью электроимпульсного прессования путем микролегирования никелем или сплавом никель-хром.

Указанный технический результат достигается в способе изготовления таблетированного ядерного топлива, включающем формирование шихты в виде однородной смеси, состоящей из дисперсного порошка и легирующих добавок, прессование и спекание шихты, отличающемся тем, что дисперсный порошок представляет собой смесь порошков на основе нитрида урана или нитрида урана и плутония, а легирующие добавки - порошок никеля или сплава никель-хром в количестве 0,05-1 масс. %, причем электроимпульсное прессование проводят путем пропускания короткого импульса тока под статическим давлением, при этом процесс ведут в закрытом герметичном перчаточном боксе со шлюзовой камерой.

Микролегирование указанного топлива добавками, образующими сегрегации или вторые фазы на границах зерен позволяет получить более текучую керамику при повышенной температуре. При этом введение добавок в количестве менее 0,05 масс. % не приводит к значительному улучшению спекаемости, а введение добавок в количестве более 1 масс. % не целесообразно, так как снижаются характеристики ядерного топлива.

Сущность изобретения изготовления таблеток ядерного топлива путем спекания порошков с использованием короткого импульса тока сводится к следующему. Шихту порошка на основе нитрида урана или смешанного мононитрида урана и плутония (СНУП) в виде однородной смеси с порошком никеля или сплава никель-хром в количестве 0,05-1 масс. %. загружают в керамическую матрицу, зажатую в металлическую обойму и прессуют ее пуансонами, на которые подают напряжение от импульсного источника тока. Давление к пуансонам прикладывается от пневмопресса. Включается импульсный источник энергии и в нем накапливается необходимое количество энергии, которое определяется видом и массой уплотняемого радионуклидного порошка. После этого пропускают импульс тока от импульсного источника через поджатый порошок, который разогревает его, происходит процесс спекания. В результате получается плотный образец.

Пример осуществления способа

Пример 1. Засыпка порошка состояла из смесей нитрида урана (имитатор СНУП топлива) и порошка никеля в количестве 0,05 масс. %. Для изготовления таблетки использовали импульсный источник тока с максимальной запасаемой энергией до 50 кДж, давление подпрессовки 2,1 т/см2, напряжение на батарее конденсаторов 5,1 кВ. Диаметр таблетки 9,2 мм плотность 13,3, что составило 93% от теоретической.

Пример 2. Засыпка порошка состояла из смесей нитрида урана (имитатор СНУП топлива) и порошка никеля в количестве 1,0 масс. %. Для изготовления таблетки использовали импульсный источник тока с максимальной запасаемой энергией до 50 кДж, давление подпрессовки 2,1 т/см2, напряжение на батарее конденсаторов 5,0 кВ. Диаметр таблетки 9,2 мм плотность 13,4 г/см3.

Пример 3. Засыпка порошка состояла из смесей нитрида урана (имитатор СНУП топлива) и нихрома (промышленный сплав ЭИ931) в количестве 0,05 масс. %. Для изготовления таблетки использовали импульсный источник тока с максимальной запасаемой энергией до 50 кДж, давление подпрессовки 2,1 т/см2, напряжение на батарее конденсаторов 5,2 кВ. Диаметр таблетки 9,2 мм плотность 13,1 г/см3.

Пример 4. Засыпка порошка состояла из смесей нитрида урана (имитатор СНУП топлива) и нихрома (промышленный сплав ЭИ931) в количестве 0,05 масс. %. Для изготовления таблетки использовали импульсный источник тока с максимальной запасаемой энергией до 50 кДж, давление подпрессовки 2,1 т/см2, напряжение на батарее конденсаторов 5,5 кВ. Диаметр таблетки 9,2 мм плотность 13,7 г/см3.

Повышение спекаемости таблеток СНУП топлива, легированных никелем или сплавом никель-хром позволяет снизить максимальную температуру спекания и, соответственно напряжение заряда батареи конденсаторов электроимпульсной установки, необходимые для достижения требуемой плотности.

Способ изготовления таблетированного ядерного топлива, включающий формирование шихты в виде однородной смеси, состоящей из дисперсного порошка и легирующих добавок, прессование и спекание шихты, отличающийся тем, что дисперсный порошок представляет собой смесь порошков на основе нитрида урана или нитрида урана и плутония, а легирующие добавки – порошок никеля или сплава никель-хром в количестве 0,05-1 масс. %, причем электроимпульсное прессование проводят путем пропускания короткого импульса тока под статическим давлением, при этом процесс ведут в закрытом герметичном перчаточном боксе со шлюзовой камерой.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 21-30 of 554 items.
10.05.2013
№216.012.3e76

Способ навигации движущихся объектов

Изобретение относится к области навигации движущихся объектов (ДО) и может быть использовано при построении различных систем локации, предназначенных для уточнения местоположения любых ДО и управления их движением. Сущность: используют эталонную карту местности. Выбирают в ее пределах реперный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481557
Дата охранного документа: 10.05.2013
10.05.2013
№216.012.3ea5

Устройство для ограничения интенсивности лазерного излучения

Изобретение относится к области оптической техники, а именно к ограничителям мощности приемников лазерного излучения, и может найти применение для защиты глаз, оптических систем и приемников лазерного излучения от разрушающего действия входного излучения высокой мощности. Устройство для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481604
Дата охранного документа: 10.05.2013
10.05.2013
№216.012.3eb4

Устройство резервирования

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении надежных вычислительно-управляющих систем. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей, упрощении и повышении надежности устройства резервирования. Такой результат достигается...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481619
Дата охранного документа: 10.05.2013
10.06.2013
№216.012.4806

Способ переработки фосфатного редкоземельного концентрата, выделенного из апатита

Изобретение относится к способам выделения дезактивированных редкоземельных элементов (РЗЭ) при азотно-кислотной переработке апатитового концентрата из азотно-фосфорнокислых растворов. Способ переработки фосфатного редкоземельного концентрата, выделенного из апатита, включает разложение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484018
Дата охранного документа: 10.06.2013
10.06.2013
№216.012.4a15

Система для пневматической транспортировки тритийвоспроизводящих детекторов в канале наработки трития бланкета термоядерного реактора

Изобретение относится к области управляемого ядерного синтеза и может быть применено в системах для пневматической транспортировки тритийвоспроизводящих детекторов в канале наработки трития бланкета термоядерного реактора. Заявленное устройство состоит из замкнутого контура пневматической...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484545
Дата охранного документа: 10.06.2013
20.06.2013
№216.012.4c7e

Способ предотвращения воспламенения, горения и взрыва водородовоздушных смесей

Изобретение относится к обеспечению пожарной безопасности и взрывобезопасности, может быть использовано при получении, хранении, транспортировке водорода, в производствах, связанных с образованием водорода в качестве основного и/или побочного продукта. Способ предотвращения воспламенения,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485164
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.06.2013
№216.012.4e64

Высокотемпературный коаксиальный кабельный разъем

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в кабельных соединениях аппаратуры, подвергающейся воздействию повышенных температур. Разъем содержит узел подключения к прибору, промежуточный коаксиальный узел, узел присоединения кабеля, внутренний проводник и внешний проводник,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485650
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.07.2013
№216.012.57cd

Способ формирования цуга воздушных ударных волн и ударная труба для его реализации

Группа изобретений относится к испытательной технике и может быть использована для создания цуга воздушных ударных волн (ВУВ) для исследования воздействия ВУВ на различные объекты. Способ заключается в генерировании перемещающейся по волноводу ударной трубы ударной волны и повторении с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488085
Дата охранного документа: 20.07.2013
20.08.2013
№216.012.6185

Способ измерения расхода жидкого металла через проточную часть циркуляционного контура

Изобретение относится к области измерительной техники. Способ измерения расхода жидкого металла через проточную часть циркуляционного контура включает измерение электрического сопротивления рабочего канала между токоподводящими шинами при нулевом расходе и рабочей температуре жидкого металла,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490597
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.61e2

Способ регулирования и контроля влажности в герметизированных контейнерах для хранения гигроскопичных материалов

Область использования: область средств регулирования и контроля газовоздушной среды, может быть использовано в системах управления технологическими процессами, в частности, для поддержания стабильной равновесной влажности в герметизированных контейнерах с гигроскопичными материалами....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490690
Дата охранного документа: 20.08.2013
Showing 1-8 of 8 items.
10.01.2015
№216.013.1c68

Способ получения тетрафторида кремния и диоксида урана из тетрафторида урана

Изобретение относится к области технологии ядерных материалов и может быть использовано при конверсии тетрафторида урана. Производят получение тетрафторида кремния и диоксида урана из тетрафторида урана. Берут диоксид кремния и подвергают его механоактивации. Затем осуществляют его...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538700
Дата охранного документа: 10.01.2015
27.04.2015
№216.013.45f7

Способ получения тетрафторида кремния и октаоксида триурана из тетрафторида урана

Изобретение относится к области технологии ядерных материалов и может быть использовано при конверсии тетрафторида урана, в том числе обедненного, в октаоксид триурана с получением ценного прекурсора поликристаллического кремния - тетрафторида кремния. Способ получения тетрафторида кремния и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002549415
Дата охранного документа: 27.04.2015
27.10.2015
№216.013.884d

Способ лечения закрытых повреждений мягких тканей в остром периоде и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к медицине. При оказании первой помощи при повреждениях мягких тканей непосредственно на травмированную поверхность апплицируют салфетку, пропитанную 20-25% раствором глюкозы, охлажденным до состояния льда. Выделяющуюся при аппликации льда жидкость слегка промокают,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002566496
Дата охранного документа: 27.10.2015
20.04.2016
№216.015.3511

Способ испытания на совместимость порошка ядерного топлива с материалом оболочки твэла

Предлагаемое изобретение относится к способам определения совместимости различных видов ядерного топлива и конструкционных материалов. Способ испытания на совместимость порошка ядерного топлива с материалом оболочки твэла заключается в отжиге диффузионной пары порошка ядерного топлива и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002581846
Дата охранного документа: 20.04.2016
20.02.2019
№219.016.c2e3

Гравитационный гамма-спектрометр

Изобретение относится к ядерной физике, а более конкретно - к гамма-резонансной спектрометрии с предельно высокой разрешающей способностью. Технический результат - создание компактного гамма-спектрометра с наивысшей достигаемой разрешающей способностью, работающего при комнатной температуре....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002404441
Дата охранного документа: 20.11.2010
23.05.2023
№223.018.6d71

Сплав на основе урана (варианты)

Изобретение относится к атомной технике и может быть использовано как ядерное топливо при изготовлении тепловыделяющих элементов тепловых реакторов типа ВВЭР. Сплав на основе урана содержит, мас.%: кремний 2,0-7,0, алюминий 0,1-2,0, по крайней мере один элемент, выбранный из группы: углерод...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002760902
Дата охранного документа: 01.12.2021
16.06.2023
№223.018.7adf

Способ изготовления изделий из электропроводных нетермостойких порошковых материалов

Изобретение относится к области порошковой металлургии. Способ изготовления изделий из электропроводных нетермостойких порошковых материалов включает засыпку нетермостойкого порошка в керамическую матрицу между пуансонами с размещением между пуансонами и уплотняемым порошком дополнительного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002732841
Дата охранного документа: 23.09.2020
19.06.2023
№223.018.8274

Устройство для электроимпульсного прессования порошковых материалов

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к устройствам электроимпульсного прессования порошковых материалов. Может использоваться при производстве изделий из порошковых материалов, в частности топливных таблеток для атомных реакторов, химической и других отраслях...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002797226
Дата охранного документа: 31.05.2023
+ добавить свой РИД