19.07.2018
218.016.7270

Способ изготовления таблетированного ядерного керамического топлива

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002661492
Дата охранного документа
17.07.2018
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к ядерной технике, в частности к технологии изготовления оксидного ядерного топлива для тепловыделяющих элементов, и может быть использовано для изготовления таблетированного ядерного топлива на основе диоксида урана для АЭС. Способ изготовления таблеток ядерного топлива из диоксида урана включает в себя подготовку пресс-порошка диоксида урана с добавкой или без добавки закиси-окиси урана. При этом в качестве сырьевого продукта для приготовления пресс-порошка используют порошок диоксида урана с отношением O/U=2,37±0,04, который предварительно получают путем нагревания на воздухе порошка диоксида урана керамического сорта. Изобретение позволяет повысить механическую прочность спеченных таблеток, увеличить размер зерна спеченной таблетки. 1 табл., 2 ил., 3 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к технологии изготовления таблетированного оксидного ядерного топлива для тепловыделяющих элементов АЭС.

В результате проведенных (но еще не завершенных) многолетних исследований сложной системы U-O установлено существование более 20 оксидов урана и их модификаций [Майоров А.А., Браверман И.Б.. Технология получения порошков керамической двуокиси урана, М., Энергоатомиздат, 1985, стр. 10, табл. 2.1,] 4 из которых представляют интерес для использования в изготовлении таблетированного керамического топлива методом порошковой металлургии:

Так, например, известен способ изготовления топливных таблеток [Патент Англии №1371595, МКИ G21C 3/62 от 16.03.71], включающий подготовку пресс-порошка диоксида урана (UO2), смешение со связующим, прессование в таблетки, спекание спрессованных таблеток в восстановительной среде.

Известен и способ [Патент ЕР №0249549 от 16.12.87 г. МКИ G21C 3/62], в соответствии с которым для изготовления спеченных таблеток используют смесь порошка октаоксида триурана U3O8 (закиси-окиси урана) с порошком диоксида урана UO2, причем с преобладанием закиси-окиси урана в этой смеси. Полученные по этому способу спеченные таблетки характеризуются низкой плотностью и высокой пористостью, что обусловлено структурными превращениями закиси-окиси в процессе восстановления по реакции

задолго до начала процесса спекания с получением конечного продукта (диоксида урана), обладающего более высокой теоретической плотностью (ТП). Следствие этих структурных превращений - образование частиц диоксида урана, размер которых меньше размера исходных частиц закиси-окиси урана. В объеме спрессованной таблетки это приводит к нарушению существовавшего контакта с частицей диоксида урана, образованию «зазора» между частицами, причем этот зазор тем больше, чем крупнее частица закиси-окиси урана.

Поэтому при производстве таблетированного топлива ведущие зарубежные и отечественные производители ограничивают количество закиси-окиси, добавляемой к керамическому порошку диоксида урана, в пределах 10-15 масс. %.

К спеченным таблеткам предъявляются довольно жесткие требования по плотности, геометрическим размерам, механической прочности, микроструктуре, термической стабильности и другим параметрам.

Известен также способ [Патент РФ №2148279 МПК7 G21C 3/62, опубл. 27.04.2000], по которому в процессе приготовления пресс-порошка к порошку UO2 добавляют гомогенизированные агломераты U3O8 требуемого размера, изготавливаемые из однородного по химическому составу порошка.

Известен также способ изготовления таблетированного ядерного топлива [Патент РФ №2170957 МПК7 G21C 3/62, 21/04, опубл. 20.07.2001], включающий трехстадийное смешение порошков диоксида урана UO2, и закиси-окиси урана U3O8 со связующим.

Предложен также способ [Патент РФ №2338274, МПК G21C 3/62, опубл. 10.11.2008], предусматривающий перед операцией смешивания с твердым пластификатором предварительную обработку порошка диоксида урана UO2 или смеси порошка диоксида урана UO2 с закисью-окисью урана U3O8 в измельчающих устройствах.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является выбранный за прототип способ [Патент Франции №2599883, МПК G21C 3/62, опубл. 11.12.87 г.], в соответствии с которым из смеси порошка UO2 с добавкой 5-40% порошка U3O8 с размером частиц <350 мкм прессуют на холоде таблетки, которые затем спекают при температуре 1500-1800°C в восстановительной атмосфере или при 1200-1300°C - в окислительной среде.

Недостаток всех этих способов, в том числе и выбранного за прототип,

- снижение механической прочности спеченных таблеток. Причиной этого считают образование пористых участков с остроугольными порами по месту нахождения частиц закиси-окиси урана.

Превращение закиси-окиси урана с плотностью 8,39 г/см3 в диоксид урана с плотностью 10,96 г/см3 сопровождается уменьшением объема частиц и, соответственно, уменьшением их линейного размера. В системе, представляющей собой спрессованную таблетку с контактирующими частицами закиси-окиси и диоксида урана, новая частица диоксида урана, образовавшаяся при восстановлении частицы закиси-окиси, отдаляется от остающейся неподвижной частицы диоксида урана матрицы. Таким образом, между частицами диоксида урана матрицы и вновь образующимися частицами диоксида урана создается дополнительная пористость, величина которой будет зависеть от размера зерна закиси-окиси урана. Известно, что пористость в спрессованной таблетке можно уменьшить путем повышения давления прессования, однако при этом возрастает износ пресс-инструмента, повышается вероятность образования перепрессовочных трещин, снижение прямого выхода в годную продукцию.

Задачей настоящего изобретения является разработка и создание способа изготовления таблеток ядерного топлива, отвечающего повышенным требованиям по механической прочности, микроструктуре спеченных таблеток.

В результате решения данной задачи возможно получение новых технических результатов, заключающихся в том, что расширяется номенклатура используемых сырьевых порошков и обеспечивается возможность получения ядерного топлива с необходимой по условиям эксплуатации плотностью, прочностью и микроструктурой спеченных таблеток.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе получения топливных таблеток, включающем приготовление пресс-порошка с добавкой или без добавки порошка закиси-окиси-урана:

- порошок диоксида урана керамического сорта предварительно окисляют путем нагревания на воздухе известным способом до состава γ-фазы диоксида урана с отношением O/U=2,37±0,04.

Получение порошка состава γ-фазы диоксида урана не представляет трудностей и проверено в цеховых условиях с использованием вращающейся печи, псевдоожиженного слоя (вибропечь), а также в стационарных условиях (муфель).

Как и закись-окись урана, этот оксид при нагревании в восстановительной атмосфере (в токе водорода) восстанавливается задолго до начала процесса спекания до диоксида урана по реакции

Однако при восстановлении этого соединения происходит, в отличие от восстановления закиси-окиси, не уменьшение, а увеличении линейного размера образующейся частицы диоксида урана, т.е. происходит сближение частиц порошка диоксида урана матрицы и частиц, вновь образующихся при восстановлении. Это обстоятельство способствует не только снижению начальной пористости спрессованной таблетки и уменьшению размера большинства «зазоров» между частицами диоксида урана менее диффузионной длины ионов при спекании, но и обеспечивает увеличение размера зерна спеченной таблетки.

Проведенный сопоставительный анализ предлагаемого изобретения с прототипом выявил следующий существенный отличительный признак:

- использование в процессе приготовления пресс-порошка диоксида урана с отношением O/U=2,37±0,04 (γ-фаза диоксида урана), специально изготавливаемого из стандартного порошка диоксида урана керамического сорта с отношением O/U=2,01-2,15.

Таким образом, изобретение удовлетворяет критерию патентоспособности «новизна».

По сравнению с существующими аналогами, включая и прототип, указанный отличительный признак обеспечивает достижение нового технического результата:

- получение спеченных таблеток с регулируемой величиной общей пористости;

- получение спеченных таблеток с повышенным размером зерна;

- получение спеченных таблеток с повышенной механической прочностью.

Таким образом, изобретение удовлетворяет критерию патентоспособности «изобретательский уровень».

Способ реализуется следующим образом.

Пример 1. 300 г порошка диоксида урана керамического сорта, полученного методом сухой конверсии гексафторида урана (величина полной удельной поверхности порошка 2,8 м2/г), насыпают слоем 10-15 мм в противень из нержавеющей стали, помещают в муфель, предварительно нагретый до температуры 160±10°C, и выдерживают в нем в течение 3-5 мин при открытой дверце муфеля. Затем противень с порошком вынимают из муфеля и охлаждают до комнатной температуры.

Полученный таким образом порошок с отношением O/U=2,37±0,04 используют для изготовления спеченных таблеток по стандартной технологии:

- к порошку добавляют в качестве связки 6%-ный раствор поливинилового спирта (ПВС) с глицерином и тщательно перемешивают в фарфоровой чашке;

- полученную шихту прессуют при удельном давлении 1100-1200 кг/см2 в матрице диаметром 20 мм;

- полученные «шашки» измельчают в ступке и протирают через сито с размером ячейки 0,63 мм;

- приготовленный таким образом пресспорошок прессуют при удельном давлении 2100-2200 кг/см2 в матрице диаметром 9,3 мм;

- спрессованные таблетки спекают при температуре 1700°C в аргоно-водородной смеси; выдержка при этой температуре составляет 2 часа.

Результаты переработки порошка приведены в таблице 1 в сравнении с результатами спекания штатного порошка; фиг. 1 показывает распределение по размеру зерна спеченных таблеток, определенное с помощью оптической микроскопии.

Пример 2. Порошок с отношением O/U=2,37±0,04, приготовленный, как в примере 1, смешивают с 0,3% 1,2-дистеарилэтилендиамина (ДИСЭД) с формулой C38H76O2N2 в качестве сухой смазки. Из приготовленной смеси изготавливают таблетки, как в примере 1.

Результаты переработки порошка приведены в таблице 1 в сравнении с результатами спекания штатного порошка; фиг. 1 показывает распределение по размеру зерна спеченных таблеток, определенное с помощью оптической микроскопии.

Пример 3. Порошок с отношением O/U=2,37±0,04, приготовленный, как в примере 1, смешивают с 10% порошка закиси окиси урана (удельная поверхность 8,2 м2/г), полученного из полиураната аммония. Приготовленную однородную смесь перерабатывают, как в примере 1.

Результаты переработки порошка приведены в таблице 1; фиг. 2 показывает распределение по размеру зерна спеченных таблеток, определенное с помощью оптической микроскопии.

Способ изготовления таблетированного ядерного керамического топлива, включающий подготовку пресс-порошка диоксида урана с добавкой закиси-окиси урана или без нее, прессование пресс-порошка и спекание спрессованных таблеток в восстановительной атмосфере, отличающийся тем, что в качестве сырьевого продукта для приготовления пресс-порошка используют порошок диоксида урана с отношением О/U=2,37±0,04, который предварительно получают путем нагревания порошка диоксида урана керамического сорта на воздухе.
Способ изготовления таблетированного ядерного керамического топлива
Способ изготовления таблетированного ядерного керамического топлива
Способ изготовления таблетированного ядерного керамического топлива
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 26.
10.02.2016
№216.014.c293

Способ ионообменного хроматографического разделения лютеция и иттербия

Изобретение относится к гидрометаллургии редких металлов, в частности к способу извлечения редкоземельных элементов (РЗЭ), и может быть использован в технологии хроматографического разделения лютеция и иттербия. В способе хроматографического разделения лютеция (Lu) и иттербия (Yb) используют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002574921
Дата охранного документа: 10.02.2016
27.03.2016
№216.014.db5f

Способ очистки металлических поверхностей от отложений урана

Изобретение относится к технологии урана, применительно к эксплуатации производств по разделению изотопов урана, и может быть использовано для очистки различных металлических поверхностей, работающих в среде гексафторида урана, от нелетучих отложений урана. Способ очистки металлических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579055
Дата охранного документа: 27.03.2016
10.04.2016
№216.015.2b5e

Способ сорбционного извлечения редкоземельных элементов из растворов.

Заявляемый способ относится к гидрометаллургии редких металлов, в частности к способу извлечения редкоземельных элементов (РЗЭ) из растворов, и может быть использован в технологии получения концентратов редкоземельных элементов. Способ сорбционного извлечения редкоземельных элементов из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579327
Дата охранного документа: 10.04.2016
10.08.2016
№216.015.52ba

Способ испарения гексафторида урана из баллона

Изобретение относится к переработке гексафторида урана (ГФУ) и может быть использовано для извлечения гексафторида урана из баллонов различной вместимости. Способ испарения гексафторида урана из баллона, включающий нагрев баллона двухсекционным индуктором, подачу азота в баллон в импульсном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002594009
Дата охранного документа: 10.08.2016
10.08.2016
№216.015.52be

Способ конверсии гексафторида урана до тетрафторида урана и безводного фторида водорода

Изобретение относится к области разработки технологии конверсии обедненного гексафторида урана с получением тетрафторида урана и, далее, металлического урана для военных целей или оксидов урана для длительного хранения или использования в быстрых реакторах, а также безводного HF. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002594012
Дата охранного документа: 10.08.2016
12.01.2017
№217.015.5ef7

Способ извлечения урана

Изобретение относится к гидрометаллургии урана. Способ извлечения урана из урансодержащей руды включает выщелачивание руды сернокислым выщелачивающим раствором с окислителем, содержащим надсерную кислоту. В качестве окислителя используют полученный электролизом из раствора, содержащего не менее...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002590737
Дата охранного документа: 10.07.2016
13.01.2017
№217.015.7673

Способ получения гидроксида бериллия из бериллийсодержащих концентратов

Изобретение относится к области получения соединений бериллия, а именно гидроксида бериллия, широко используемого в производстве металлического бериллия, медно-бериллиевой лигатуры, керамики из оксида бериллия и солей бериллия. Описан способ получения гидроксида бериллия из бериллийсодержащих...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002598444
Дата охранного документа: 27.09.2016
25.08.2017
№217.015.9aed

Способ сорбционного извлечения редкоземельных элементов из растворов

Изобретение относится к гидрометаллургии редких металлов, в частности к способу извлечения редкоземельных элементов (РЗЭ) из растворов, и может быть использовано в технологии получения концентратов редкоземельных элементов. В способе сорбционного извлечения редкоземельных элементов из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002610205
Дата охранного документа: 08.02.2017
25.08.2017
№217.015.9b22

Способ сорбционного извлечения редкоземельных элементов из пульп

Изобретение относится к гидрометаллургии редких металлов, в частности к способу извлечения редкоземельных элементов (РЗЭ) из пульп, и может быть использовано в технологии получения концентратов редкоземельных элементов. В способе сорбционного извлечения редкоземельных элементов из пульп сорбцию...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002610203
Дата охранного документа: 08.02.2017
25.08.2017
№217.015.9bd7

Способ сорбционного извлечения редкоземельных элементов из пульп

Изобретение относится к гидрометаллургии редких металлов, в частности к способу извлечения редкоземельных элементов (РЗЭ) из пульп и может быть использовано в технологии получения концентратов редкоземельных элементов. В способе сорбционного извлечения редкоземельных элементов из пульп сорбцию...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002610201
Дата охранного документа: 08.02.2017
Показаны записи 1-2 из 2.
10.01.2014
№216.012.95bf

Способ изготовления таблетки ядерного керамического топлива

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к технологии изготовления оксидного ядерного топлива для тепловыделяющих элементов, и может быть использовано для изготовления таблетированного ядерного топлива на основе диоксида урана для АЭС. Таблетку ядерного топлива из диоксида урана с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504029
Дата охранного документа: 10.01.2014
10.08.2016
№216.015.52ba

Способ испарения гексафторида урана из баллона

Изобретение относится к переработке гексафторида урана (ГФУ) и может быть использовано для извлечения гексафторида урана из баллонов различной вместимости. Способ испарения гексафторида урана из баллона, включающий нагрев баллона двухсекционным индуктором, подачу азота в баллон в импульсном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002594009
Дата охранного документа: 10.08.2016

Похожие РИД в системе

+ добавить свой РИД