×
10.06.2014
216.012.cc35

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОСАЖДЕНИЯ ПИРОУГЛЕРОДА НА ТОПЛИВНЫЕ ЧАСТИЦЫ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области получения графитовых материалов и может быть использовано в химической технологии, атомной и электронной технике. Осуществляют осаждение пироуглерода на топливные частицы путем подачи в зону осаждения смеси углеводорода и инертного газа в течение времени τ, увеличения суммарного расхода газовой смеси в 1,1-1,4 раза по сравнению с исходным значением. В момент времени, равный τ=(0,45τ-0,55τ), подачу углеводорода прекращают на 1-3 с, а для обеспечения оптимального режима псевдоожижения топливных частиц увеличивают расход инертного газа на величину, равную произведению расхода углеводорода в момент времени τ и отношения молекулярных масс углеводорода и инертного газа. Обеспечивается снижение коэффициента анизотропии осажденного из пироуглерода покрытия. 4 пр.
Основные результаты: Способ осаждения пироуглерода на топливные частицы в псевдоожиженном слое, включающий подачу в зону осаждения смеси углеводорода и инертного газа в течение времени τ, увеличение суммарного расхода газовой смеси в 1,1-1,4 раза по сравнению с исходным значением и варьирование расхода углеводорода во времени, отличающийся тем, что в момент времени, равный τ=(0,45τ-0,55τ), подачу углеводорода прекращают на 1-3 с, а для обеспечения оптимального режима псевдоожижения топливных частиц увеличивают расход инертного газа на величину, равную произведению расхода углеводорода в момент времени τ и отношения молекулярных масс углеводорода и инертного газа.

Изобретение относится к области получения графитовых материалов и может быть использовано в химической технологии, атомной и электронной технике.

Графитовые материалы обладают высокими жаропрочностью и термопрочностью, а также являются надежными защитными барьерами при диффузии осколков деления в тепловыделяющих элементах (твэлах) ядерных реакторов.

Наиболее высокой плотностью среди графитовых материалов обладает пироуглерод, получающийся при пиролизе углеводородов (ацетилена, метана, этана, бутана и др.) при температуре 1000-1500°С (см. Amer. Ceram. Soc. Bull., 1974, v.54, p.270).

Основным недостатком метода осаждения углерода из газовой фазы является малая скорость осаждения. Этот недостаток становится актуальным при получении микротвэлов, представляющих собой топливные керны диаметром 0,2-0,5 мм с оболочками из неплотного и плотного пироуглерода. Неплотный слой толщиной 80-100 мкм является компенсатором давления газообразных продуктов деления, а плотный слой выполняет защитные функции (см. Черников А.С., Федик И.И., Курбаков С.Д. и др. Твэлы на основе сферических топливных частиц с защитными покрытиями для реакторов повышенной безопасности. - Атомная энергия, 1999, т.87, вып.6, с.451-460).

Недостаток способа заключается в разбросе характеристик покрытия вследствие резкого изменения размеров частиц в процессе покрытия.

Известен способ получения пироуглеродных покрытий, включающий подачу в кипящий слой смеси ацетилен-пропилен-аргон с варьированием концентрации ацетилена и пропилена при суммарной концентрации углеводородов 39-80 об.% (патент США №4194027 от 18.03.1980, МКИ С23С 16/26). Недостаток способа заключается в низкой производительности процесса нанесения покрытия.

Наиболее близким по технической сущности к решаемой задаче является способ осаждения пироуглерода и устройство для его осуществления (патент РФ №2209850, МКИ С23С 16/26, опубл. 10.08.2003). Способ осаждения пироуглерода на топливные частицы включает подачу в зону осаждения смеси углеводорода и инертного газа в течение времени τ, увеличение суммарного расхода газовой смеси в 1,1-1,4 раза по сравнению с исходным значением и варьирование расхода углеводорода во времени по мере осаждения покрытий вследствие роста размеров частиц и их поверхности.

Недостаток описанного способа заключается в том, что по мере осаждения пироуглерода на керны ядерного топлива в течение 2 минут увеличивается коэффициент анизотропии пироуглерода, т.е. растет угол, под которым зерна покрытия контактируют друг с другом. Так, если покрытие осаждают в течение 1 минуты (толщина покрытия составляет 15-20 мкм вместо необходимых 30-40 мкм), то коэффициент анизотропии составляет 1,05, а если в течение 2 минут осаждают 30-40 мкм покрытия, то коэффициент анизотропии наружного слоя составляет 1,10. Заметная разупорядоченность зерен покрытия приводит к уменьшению его прочности. Кроме того обнаружено, что размер зерна пироуглерода, полученного за 1 минуту осаждения, составляет 2-3 мкм, а размер зерна покрытия, полученного за временной интервал 1-2 минуты, составляет 4-5 мкм.

В основу настоящего изобретения положена задача снижения коэффициента анизотропии пироуглеродных покрытий на топливные частицы. Поставленная задача решается тем, что в способе осаждения пироуглерода на топливные частицы, включающем подачу в зону осаждения смеси углеводорода и инертного газа в течение времени τ, увеличение суммарного расхода газовой смеси в 1,1-1,4 раза по сравнению с исходным значением и варьирование расхода углеводорода во времени, согласно изобретению в момент времени τx=(0,45τ - 0,55τ) подачу углеводорода прекращают на 1-3 с, а оптимальный режим псевдоожижения частиц обеспечивают за счет увеличения расхода инертного газа на величину, равную произведению расхода углеводорода в момент времени τx на отношение молекулярных масс углеводорода и инертного газа.

Предложенный способ обосновывается следующим образом. Прекращение подачи углеводорода приводит к прерыванию роста зерен пироуглерода, процесс осаждения покрытий возвращается к исходному состоянию (τ=0), в котором происходит зародышеобразование и рост новых зерен, что позволяет получать покрытия, не имеющие преимущественной ориентации с размером зерна, не превышающим 3 мкм.

Время прекращения подачи углеводорода (1-3 с) соответствует периоду полного удаления углеводорода и продуктов его пиролиза из объема псевдоожиженного слоя.

Для сохранения устойчивости псевдоожиженного слоя на время прекращения подачи углеводорода увеличивают расход инертного газа аргона. Увеличение расхода инертного газа осуществляется на величину, равную произведению расхода углеводорода на отношение молекулярных масс углеводорода и инертного газа.

Примеры осуществления.

Пример 1. Осаждают слой пироуглерода на сферические частицы со средним диаметром 0,4 мм и общей массой 30 г при температуре t=1500°C, используя смесь пропилена (С3Н6, молекулярная масса равна 42) и аргона (Аr, атомная масса равна 39) с концентрацией пропилена 30 об.%. При этом расход газовой смеси за время осаждения покрытия линейно увеличивают с 1,5 м3/ч до 1,8 м3/ч. В момент времени 0,4 τ (48 с) процесс подачи пропилена прекращают.

В этот момент суммарный расход газовой смеси составляет 1,5+0,4·(1,8-1,5)=1,62 м3/ч, а расход пропилена 1,62·0,3=0,486 м3/ч, соответственно расход аргона увеличивают на 0,486·42:39=0,523 м3/ч.

После окончания процесса осаждения покрытий измеренный коэффициент анизотропии составляет 1,06.

Пример 2. Условия процесса осаждения аналогичны примеру 1, но подачу пропилена прекращают в момент времени 0,45 τ (54 с). После окончания процесса коэффициент анизотропии составляет 1,03.

Пример 3. Условия процесса осаждения были аналогичны примеру 1, но подачу пропилена прекращают в момент времени 0,55 τ (66 с). После окончания процесса коэффициент анизотропии составляет 1,05.

Пример 4. Условия процесса осаждения были аналогичны примеру 1, но подачу пропилена прекращают в момент времени 0,6 τ (72 с). После окончания процесса коэффициент анизотропии составляет 1,07.

Таким образом, предложенное техническое решение с характеристиками, указанными в формуле изобретения, позволяет решить поставленную задачу - снижение коэффициента анизотропии покрытий.

Способ осаждения пироуглерода на топливные частицы в псевдоожиженном слое, включающий подачу в зону осаждения смеси углеводорода и инертного газа в течение времени τ, увеличение суммарного расхода газовой смеси в 1,1-1,4 раза по сравнению с исходным значением и варьирование расхода углеводорода во времени, отличающийся тем, что в момент времени, равный τ=(0,45τ-0,55τ), подачу углеводорода прекращают на 1-3 с, а для обеспечения оптимального режима псевдоожижения топливных частиц увеличивают расход инертного газа на величину, равную произведению расхода углеводорода в момент времени τ и отношения молекулярных масс углеводорода и инертного газа.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 21-30 из 79.
20.08.2014
№216.012.ec68

Ампульное устройство для реакторных исследований

Изобретение относится к ядерной технике, а более конкретно к ампульным облучательным устройствам для реакторных исследований свойств тепловыделяющих элементов (твэлов). Устройство содержит оболочку с герметизирующими торцевыми крышками, внутри которой расположена, по крайней мере, одна капсула...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526328
Дата охранного документа: 20.08.2014
27.08.2014
№216.012.ee6d

Имитатор тепловыделяющего элемента ядерного реактора

Изобретение относится к области теплофизических исследований и может быть использовано при изучении поведения тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) ядерных реакторов экспериментальным моделированием тепловых и гидродинамических процессов при различных режимах работы реактора, в том числе аварийных....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526856
Дата охранного документа: 27.08.2014
27.10.2014
№216.013.02ad

Способ снаряжения сердечников твэлов стержневыми топливными элементами

Изобретение относится к изготовлению тепловыделяющих элементов ядерного реактора. Предложен способ снаряжения сердечников твэлов стержневыми топливными элементами, при котором из партии топливных элементов со средней длиной L случайным образом набирают столбы с количеством элементов n. Если...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532083
Дата охранного документа: 27.10.2014
20.11.2014
№216.013.0722

Устройство для осаждения покрытий в псевдоожиженном слое

Изобретение относится к области получения пироуглеродных и карбидных покрытий в псевдоожиженном слое (ПС) частиц полифракционного состава, изменяющегося в процессе осаждения покрытий, и может быть использовано в атомной и электронной технике. Устройство для осаждения покрытий в ПС содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002533227
Дата охранного документа: 20.11.2014
20.11.2014
№216.013.07d1

Способ пассивации стальной поверхности

Изобретение относится к области поверхностной обработки материалов и может быть использовано для повышения коррозионной стойкости сталей в окислительных (кислород, воздух, водяной пар) средах. Способ включает нанесение на поверхность защитной пленки при повышенной температуре, при этом перед...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002533402
Дата охранного документа: 20.11.2014
27.11.2014
№216.013.0ab0

Способ выращивания профилированных кристаллов тугоплавких соединений

Изобретение относится к области выращивания из расплава профилированных кристаллов тугоплавких соединений методом Степанова, например лейкосапфира, рубина, алюмоиттриевого граната, которые могут быть использованы в приборостроении, машиностроении, термометрии, химической промышленности. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534144
Дата охранного документа: 27.11.2014
20.12.2014
№216.013.1319

Способ извлечения урана из фосфорнокислых растворов

Изобретение относится к области гидрометаллургии, в частности к способу извлечения урана из отработанных фосфорнокислых растворов. Способ заключается в том, что в исходный раствор предварительно вводят окислитель, который выбирают из ряда: KMnO, KCrO, HNO, HO, KClO. Затем проводят осаждение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536312
Дата охранного документа: 20.12.2014
20.01.2015
№216.013.1ee7

Способ получения тепловыделяющего элемента высокотемпературного ядерного реактора

Изобретение относится к технологии изготовления тепловыделяющих элементов для высокотемпературных ядерных реакторов. Способ включает изготовление матрицы на основе пластин(2) из углеродных материалов, в которых выполнены посадочные места с заложенными в них микротвэлами (1) с защитными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539352
Дата охранного документа: 20.01.2015
20.02.2015
№216.013.2a93

Способ определения погрешности внутриреакторных измерений температуры и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к атомной энергетике, а именно - к внутриреакторному контролю параметров ВВЭР, и может быть использовано при измерениях температуры теплоносителя в реакторах. Способ определения погрешности внутриреакторных измерений температуры заключается в нагреве чувствительного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542356
Дата охранного документа: 20.02.2015
10.05.2015
№216.013.49ac

Способ очистки жидкостей, содержащих радионуклиды, и устройство для его осуществления

Заявленная группа изобретений относится к средствам переработки жидких радиоактивных отходов. В заявленном способе в загрязненную жидкость частично погружают один конец капиллярно-пористого элемента, на другом конце которого путем пропускания электрического тока создают зону выпаривания, с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550367
Дата охранного документа: 10.05.2015
Показаны записи 21-30 из 60.
20.08.2014
№216.012.ec68

Ампульное устройство для реакторных исследований

Изобретение относится к ядерной технике, а более конкретно к ампульным облучательным устройствам для реакторных исследований свойств тепловыделяющих элементов (твэлов). Устройство содержит оболочку с герметизирующими торцевыми крышками, внутри которой расположена, по крайней мере, одна капсула...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526328
Дата охранного документа: 20.08.2014
27.08.2014
№216.012.ee6d

Имитатор тепловыделяющего элемента ядерного реактора

Изобретение относится к области теплофизических исследований и может быть использовано при изучении поведения тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) ядерных реакторов экспериментальным моделированием тепловых и гидродинамических процессов при различных режимах работы реактора, в том числе аварийных....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526856
Дата охранного документа: 27.08.2014
27.10.2014
№216.013.02ad

Способ снаряжения сердечников твэлов стержневыми топливными элементами

Изобретение относится к изготовлению тепловыделяющих элементов ядерного реактора. Предложен способ снаряжения сердечников твэлов стержневыми топливными элементами, при котором из партии топливных элементов со средней длиной L случайным образом набирают столбы с количеством элементов n. Если...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532083
Дата охранного документа: 27.10.2014
20.11.2014
№216.013.0722

Устройство для осаждения покрытий в псевдоожиженном слое

Изобретение относится к области получения пироуглеродных и карбидных покрытий в псевдоожиженном слое (ПС) частиц полифракционного состава, изменяющегося в процессе осаждения покрытий, и может быть использовано в атомной и электронной технике. Устройство для осаждения покрытий в ПС содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002533227
Дата охранного документа: 20.11.2014
20.11.2014
№216.013.07d1

Способ пассивации стальной поверхности

Изобретение относится к области поверхностной обработки материалов и может быть использовано для повышения коррозионной стойкости сталей в окислительных (кислород, воздух, водяной пар) средах. Способ включает нанесение на поверхность защитной пленки при повышенной температуре, при этом перед...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002533402
Дата охранного документа: 20.11.2014
27.11.2014
№216.013.0ab0

Способ выращивания профилированных кристаллов тугоплавких соединений

Изобретение относится к области выращивания из расплава профилированных кристаллов тугоплавких соединений методом Степанова, например лейкосапфира, рубина, алюмоиттриевого граната, которые могут быть использованы в приборостроении, машиностроении, термометрии, химической промышленности. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534144
Дата охранного документа: 27.11.2014
20.12.2014
№216.013.1319

Способ извлечения урана из фосфорнокислых растворов

Изобретение относится к области гидрометаллургии, в частности к способу извлечения урана из отработанных фосфорнокислых растворов. Способ заключается в том, что в исходный раствор предварительно вводят окислитель, который выбирают из ряда: KMnO, KCrO, HNO, HO, KClO. Затем проводят осаждение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536312
Дата охранного документа: 20.12.2014
20.01.2015
№216.013.1ee7

Способ получения тепловыделяющего элемента высокотемпературного ядерного реактора

Изобретение относится к технологии изготовления тепловыделяющих элементов для высокотемпературных ядерных реакторов. Способ включает изготовление матрицы на основе пластин(2) из углеродных материалов, в которых выполнены посадочные места с заложенными в них микротвэлами (1) с защитными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539352
Дата охранного документа: 20.01.2015
20.02.2015
№216.013.2a93

Способ определения погрешности внутриреакторных измерений температуры и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к атомной энергетике, а именно - к внутриреакторному контролю параметров ВВЭР, и может быть использовано при измерениях температуры теплоносителя в реакторах. Способ определения погрешности внутриреакторных измерений температуры заключается в нагреве чувствительного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542356
Дата охранного документа: 20.02.2015
10.05.2015
№216.013.49ac

Способ очистки жидкостей, содержащих радионуклиды, и устройство для его осуществления

Заявленная группа изобретений относится к средствам переработки жидких радиоактивных отходов. В заявленном способе в загрязненную жидкость частично погружают один конец капиллярно-пористого элемента, на другом конце которого путем пропускания электрического тока создают зону выпаривания, с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550367
Дата охранного документа: 10.05.2015
+ добавить свой РИД