×
14.11.2018
218.016.9d3a

ТАБЛЕТКА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА НА БЫСТРЫХ НЕЙТРОНАХ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к ядерной технике, в частности к ядерному горючему и способам изготовления дисперсионных топливных таблеток тепловыделяющих элементов. Таблетка для изготовления тепловыделяющего элемента ядерного реактора на быстрых нейтронах содержит равномерно распределенные по объему твердое соединение урана и металлический плутоний. При этом плутоний находится в виде произвольно ориентированного элемента, выполненного из проволоки толщиной не более 0,5 мм. Технический результат – обеспечение экологической безопасности технологического процесса изготовления топливной таблетки за счет исключения пылеобразования соединений плутония, повышение прочности, теплопроводности и реактивности таблетки.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к ядерной технике, в частности, к ядерному горючему и способам изготовления дисперсионных топливных сердечников (таблеток) тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ).

В настоящее время одним из основных инновационных направлений в атомной энергетике является разработка ядерных реакторов на быстрых нейтронах. В рамках данной разработки решаются следующие проблемы:

- создание «замкнутого топливного цикла», в котором в процессе выгорания исходного топлива (расходования исходного плутония), из присутствующего в топливе урана 238, нарабатывается плутоний, использующийся в следующей «кампании» после его выделения из отработанного топлива предыдущей «кампании»;

- расходование («сжигание») излишнего плутония, наработанного за годы гонки вооружений в соответствии с обязательствами правительств России и США.

Одним из основных элементов технологии быстрых реакторов является выбор вида и технологии тепловыделяющих элементов, в частности, смеси порошков, т.е. дисперсионной системы, в которую входят радиоактивные компоненты.

Известна дисперсионная система, предназначенная для изготовления таблеток тепловыделяющих элементов, содержащая крупку оксида урана в алюминиевой матрице (см. Займовский А.С. Тепловыделяющие элементы атомных реакторов. М.: Атомиздат, 1966 г., стр. 387)

Известна также дисперсионная система, содержащая смесь порошков окислов урана и алюминиевого порошка, используемая для изготовления металлокерамических сердечников ТВЭЛ. (Скоров Д.М. и др. Реакторное материаловедение. М.: Атомиздат, 1979 г., с. 177; Самойлов А.Г. и др. Тепловыделяющие элементы ядерных реакторов. М: Энергоатомиздат, 1996).

Введение в состав топливной композиции металлического компонента обеспечивает повышение прочности и теплопроводности таблетки, это улучшает эксплуатационные параметры тепловыделяющей сборки.

Известно изобретение GB 2023111A. опубл. 28.12.1979, МПК C01G 43/02, предлагающее смесь для изготовления топливной таблетки для тепловыделяющей сборки ядерных реакторов, в том числе для реакторов на быстрых нейтронах, т.е. содержащих порошки радиоактивных элементов-актинидов. В данном изобретении провозглашается уменьшение пыления ("dust"), отмечается необходимость исключения пылящих операций, полученные таблетки называют экологически чистыми за счет того, что исходная система «прекурсор, шихта», представляет собой не пылящие элементы («green»). Для этого смешанный раствор соединений урана и плутония (допускаются металлы) превращают в гель (типа силикагеля) с использованием органического гелеобразователя. Из геля методом каплепадения готовят шарики диаметром 3 мм. Из шариков в потоке углекислого газа при 600°С отгоняют органику, при этом гранулы соединений актинидов (или металлы) сохраняют сферическую форму. Шарики актинидов измельчают в шаровых или вибрационных мельницах в течение длительного времени (до 18 часов), затем прессуют и спекают при 1600°С.

Недостатком аналога является то, что при изготовлении таблеток обращение с пылью радиоактивных актинидов не устранено па заключительных технологических операциях, т.е. при выгрузке из смесителей и при дозировке в прессформы, кроме того, отгонка органики горячим газом также может привести к уносу дисперсной фазы соединений плутония, т.е. "green” - более чем сомнительна.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления таблетированного уран-плутониевого топлива, патент RU 2068202. опубл. 20.10.96, МПК G21C 3/62, который выбран в качестве прототипа.

Таблетки, изготовленные заявленным способом, содержат гранулы, полученные из шихты, обработанной специальным способом, а именно: путем проведения окислительно-восстановительной обработки гранул с последующим прессованием таблеток и их спеканием. В зависимости от содержания плутония в смеси проводят один или несколько циклов окисления - восстановления. Данный способ позволяет получать гранулы с оптимальными характеристиками и обеспечить на стадии прессования и спекания условия для получения однородной структуры таблеток. Кроме того, способ, по утверждению авторов, обеспечивает снижение экологической опасности производства за счет уменьшения пылеобразования.

На самом деле, как и в британском изобретении GB 2023111 A, в технологии присутствуют все операции, связанные с пылением, а именно, дозирование, смешивание порошков, дозирование в прессформы, прессование, выгрузка и полировка таблеток перед спеканием, т.е. это операции технологического процесса приготовления нерадиоактивного порошка окиси урана.

Это является существенным недостатком способа, так как порошки соединений плутония являются исключительно опасными веществами для человека и окружающей среды. Следует особенно отметить несколько факторов, внушающих опасение:

- опыта работы персонала с оружейным металлическим плутонием недостаточно для работы с порошкообразным плутонием;

- объемы радиоактивного материала в технологии ТВЭЛ несравненно значительнее, чем при работе с оружейным плутонием, для одной тепловыделяющей сборки требуется около ста тысяч таблеток, а сборок десятки;

- несмотря на го, что все операции с порошками проводят в герметичных боксах, при массовых потоках пылящих порошков (содержащих микронные и субмикронные фракции) неизбежно загрязняются большие площади смесительного и дозирующего оборудования, боксы, перчатки, фильтры, что требует создания гораздо более мощной технологии дезактивации по сравнению с работами с оружейным плутонием.

- в случае аварийной ситуации (разгерметизация оборудования и т.п.) возникнет экологическая катастрофа, более значительная, чем даже диспергирование плутония при аварии ядерного заряда, например, при пожаре.

Задачей изобретения является разработка таблетированного уран-плутониевого топлива для реакторов на быстрых нейтронах, при изготовлении которого снижается экологическая опасность производства путем ликвидации пылеобразования соединений плутония, а также сохранение или увеличение прочности и реактивности топливных таблеток.

Технический результат при использовании изобретения заключается в следующем:

- обеспечивается повышенная экологическая безопасность технологического процесса изготовления топливной таблетки;

- исключается пылеобразование соединений плутония:

- повышаются прочность, теплопроводность, реактивность таблетки.

Для решения указанной задачи и достижения технического результата заявляется таблетка для изготовления тепловыделяющего элемента ядерного реактора на быстрых нейтронах. которая содержит равномерно распределенные по объему соединения урана (окись, нитрид и т.п.) и металлический плутоний, при этом плутоний находится в виде произвольно ориентированного элемента, выполненного из проволоки толщиной не более 0.5 мм.

Применение плутония в виде проволоки исключает процесс пылеобразования. Следует учитывать при этом, что в процессе спекания возможно перераспределение кислорода (особенно с использованием окислов урана с высокой валентностью), т.е. часть кислорода окислов урана перейдет в поверхностные слои плутония. Поскольку при прессовании образуются очень тонкие слои металла (вплоть до субмикронных), при прогреве будут возникать межчастичные мостики промежуточных окислов, прочность и теплопроводность элементов будет выше, чем при спекании твердых компонентов.

Аналогичные процессы будут происходить при спекании «проволочного» варианта при проведении спекания выше температуры плавления плутония. Режимы спекания должны быть оптимизированы с учетом перечисленных выше процессов.

Кроме увеличения прочности и теплопроводности возникает еще одно исключительно полезное свойство: увеличивается плотность элемента, как за счет уменьшения пористости, гак и за счет более высокой плотности металла по сравнению с плотностью окисла (19,9 и 11,4 г/см3 соответственно).

Тонкая проволока может дозироваться в виде беспорядочно спутанного объемного элемента (комка «путанки») или в виде витых протяженных элементов (типа пружин). В случае применения проволочных элементов для получения равномерного распределения металла в объеме элемента применяют два подхода:

- в предварительно подпрессованный проволочный элемент максимальной пористости порошок окиси урана дозируют с использованием вибрации;

- применяют также фильтрационное прессование. Для этого предварительно формуют в прессформе пористый образец из проволочного элемента определенною размера и массы. При этом оптимальная пористость элемента определяется свойствами фильтруемого порошка. Готовят суспензию из порошка в летучем растворителе, не взаимодействующим с веществом порошка. Суспензию дозируют в прессформу в необходимом количестве и прессуют с использованием прессформы, оборудованной ложным дном с металлическим фильтром. Элемент сушат и спекают.

Примеры конкретного исполнения.

Пример 1. В качестве примера конкретного исполнения приведен элемент-имитатор на основе композиции порошка окиси свинца (имитатор порошка соединения урана) и вольфрамовой проволоки (имитатор плутония) толщиной 0.2 мм 40% по объему (армирующий элемент). Из проволоки предварительно изготавливали витые элементы (пружинки) диаметром 2.0 мм длиной, обеспечивающей необходимый объем металла. Витые элементы укладывали в преесформу диаметром 11 мм, обеспечивая начальную пористость 0,2…03. Дозировку порошка производили при слабой вибрации преесформы. Прессование производили при давлении 600 МПа. В итоге получали прочные таблетки с проволочным каркасом, равномерно распределенным по объему таблетки.

Пример 2. Имитатор плутония - проволока из никеля диаметром 40 мкм в виде путанки, имитатор порошка соединения урана - порошок молекулярного органического вещества в виде спиртовой суспензии. Проволоку дозировали в прессформу диаметром 11 мм до 40% по объему. Прессформа оборудована ложным дном и фильтром (несколько слоев металлических и бумажных фильтров). В прессформу заливали суспензию порошка из расчета полного заполнения пор частицами порошка, прессовали при давлении 500 МПа, сушили на воздухе при 70°С до постоянной массы, при этом пористость не превышала 5%.

Предложенные в приведенных примерах лабораторные технологии, потребуют существенной переработки существующих промышленных технологических процессов. Однако, поскольку в соответствии с физикой работы реакторов на быстрых нейтронах не требуется высокая гомогенность ТВЭЛ (длина свободного пробега нейтронов существенно больше характерного размера таблетки), поэтому возможен вариант технологического процесса, в котором толщина проволоки составляет 0,2…0,5 мм и проволока рассекается на куски длиной 1-3 диаметра. Поток, состоящий из кусков проволоки и порошка соединения урана дозируют в прессформу (экструдер-секатор и дозатор порошка могут быть совмещены).

Заявляемое изобретение позволит повысить экологическую безопасность работ при изготовлении топливной таблетки за счет исключения пылеобразование соединений плутония, а также уменьшения влияния человеческого фактора при работе с радиоактивными порошками. Следует отметить, что при этом повышаются физико-механические параметры топливной таблетки.

Таблетка для изготовления тепловыделяющего элемента ядерного реактора на быстрых нейтронах, содержащая равномерно распределенные по объему твердое соединение урана и металлический плутоний, при этом плутоний находится в виде произвольно ориентированного элемента, выполненного из проволоки толщиной не более 0,5 мм.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 796.
27.04.2013
№216.012.3b44

Способ определения сплошности покрытия изделия

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля, в частности к области газовой дефектоскопии, может применяться при контроле сплошности покрытий с низкой водородопроницаемостью, наносимых на поверхность крупногабаритных металлических изделий сложной конфигурации. Способ определения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480733
Дата охранного документа: 27.04.2013
20.05.2013
№216.012.41ed

Интерферометр

Изобретение может быть использовано для контроля качества афокальных систем, в том числе крупногабаритных, а именно: плоских зеркал, светоделителей, плоскопараллельных пластин, клиньев, телескопических систем с увеличением, близким к единичному. Интерферометр содержит формирователь...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482447
Дата охранного документа: 20.05.2013
10.06.2013
№216.012.49ed

Переход волоконно-оптический

Изобретение относится к волоконно-оптической технике и может быть использовано для герметичного ввода оптического волокна через перегородку. Устройство содержит герметично установленный в стенке металлический корпус, выполненный составным из двух скрепленных по резьбе частей с проходным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484505
Дата охранного документа: 10.06.2013
27.07.2013
№216.012.5ab8

Система параметрической гидролокации с функцией получения акустического изображения целей

Использование: изобретение относится к области гидролокации и предназначено для обнаружения подводных целей и получения их акустического изображения. Сущность: в предложенной системе параметрической гидролокации излучение низкочастотных зондирующих сигналов формируют путем нелинейного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488845
Дата охранного документа: 27.07.2013
10.09.2013
№216.012.686e

Затвор люка камеры

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при проектировании крупногабаритных камер высокого давления для испытания в них изделий. Затвор люка камеры содержит герметично установленную на люке камеры крышку, имеющую глубокую заходную часть и связанную с размещенным извне...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492381
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.09.2013
№216.012.688d

Складываемая аэродинамическая поверхность

Изобретение относится к области ракетной техники и, в частности к конструкциям складываемых аэродинамических поверхностей, находящихся под воздействием сильных аэродинамических возмущений. Складываемая аэродинамическая поверхность содержит основание и шарнирно соединенную с ним поворотную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492412
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.10.2013
№216.012.740f

Контактный датчик

Изобретение относится к военной технике, в частности к средствам инициирования. Контактный датчик содержит два кольца, опорное и рабочее, установленных соосно и скрепленных между собой. На основании опорного кольца размещен кольцевой чувствительный элемент, а рабочее кольцо оснащено...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495368
Дата охранного документа: 10.10.2013
10.10.2013
№216.012.74a5

Двухдиапазонная микрополосковая антенна круговой поляризации

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам, а именно к бортовым антеннам спутниковой навигации. Техническим результатом является создание малогабаритной микрополосковой двухдиапазонной антенны с круговой поляризацией, пригодной для работы с одиовходовым приемником. Двухдиапазонная...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495518
Дата охранного документа: 10.10.2013
20.11.2013
№216.012.8345

Сцинтилляционный материал на основе zno-керамики, способ его получения и сцинтиллятор

Использование: для регистрации различных видов ионизирующих излучений, в том числе альфа-частиц, в ядерной физике для контроля доз и спектрометрии указанных излучений, в космической технике, медицине, в устройствах, обеспечивающих контроль, в промышленности. Сущность изобретения заключается в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499281
Дата охранного документа: 20.11.2013
10.12.2013
№216.012.884d

Устройство фиксации сложенных аэродинамических поверхностей летательного аппарата

Изобретение относится к средствам фиксации складывающихся аэродинамических поверхностей летательного аппарата. Устройство фиксации сложенных аэродинамических поверхностей летательного аппарата содержит узел, обеспечивающий прилегание аэродинамических поверхностей к корпусу летательному...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500575
Дата охранного документа: 10.12.2013
Показаны записи 1-10 из 13.
20.04.2015
№216.013.441a

Способ герметизации оптического волокна в корпусе

Изобретение относится к области приборостроения и касается способа герметизации оптического волокна в корпусе. Способ заключается в нанесении анаэробного клея на место герметизации оптического волокна с последующим введением волокна в сквозное отверстие корпуса детали. После отверждения клея...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548932
Дата охранного документа: 20.04.2015
20.01.2016
№216.013.a19b

Химически активный фильтрующий элемент и способ его изготовления

Изобретение относится к области химической технологии. Химически активный фильтрующий элемент, содержащий химически активный материал в виде порошка или гранул, распределенный по каркасу из пористого инертного металлического носителя, размещенного в пористой оболочке. Химически активный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002573013
Дата охранного документа: 20.01.2016
10.04.2016
№216.015.2e50

Способ приготовления компактного гидрида титана

Изобретение относится к водородной технологии и может быть использовано в качестве элемента биологической защиты ядерных энергетических установок. Образец титана подвергают активации с последующим насыщением водородом. Насыщение проводят при 580-670°C, скорости подачи водорода к образцу не...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579580
Дата охранного документа: 10.04.2016
12.01.2017
№217.015.60e4

Способ обработки взрывчатого вещества

Изобретение относится к технологии смесевых взрывчатых веществ (ВВ) и может быть использовано в детонирующих зарядах, воспламенителях, детонаторах и других взрывных устройствах. Способ обработки взрывчатого вещества заключается в получении суспензии взрывчатого вещества или его смеси с порошком...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002590562
Дата охранного документа: 10.07.2016
25.08.2017
№217.015.a2c3

Способ приготовления пластичного взрывчатого состава

Изобретение относится к технологии взрывчатых веществ, а именно пластичных взрывчатых составов, используемых в конструкциях взрывных зарядов. Способ приготовления пластичного взрывчатого состава заключается в смешивании кристаллического взрывчатого вещества (ВВ) с раствором пластичного полимера...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002607206
Дата охранного документа: 10.01.2017
25.08.2017
№217.015.c23e

Способ регистрации фазового перехода в материале

Изобретение относится к области металловедения и физико-химическому анализу веществ, в частности, к способу определения протекания фазовых переходов в металлах и сплавах. Заявлен способ регистрации фазового перехода в материале при воздействии на него давления и температуры, в котором давление...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002617729
Дата охранного документа: 26.04.2017
29.12.2017
№217.015.f70e

Способ двухлучевой лазерной сварки

Изобретение относится к способу двухлучевой лазерной сварки алюминиевых сплавов и конструкционных сталей и может найти применение в различных отраслях машиностроения, в частности при сварке изделий в камере сварки с инертным газом. Способ заключается в направлении лазерных лучей к месту сварки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002639200
Дата охранного документа: 20.12.2017
20.01.2018
№218.016.121e

Способ получения металлического порошка

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ получения металлического порошка включает выбор исходного сырья и его измельчение с контролем удельной поверхности полученного порошка, при этом определяют удельную поверхность исходного сырья, а выбор сырья и его измельчение производят в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002634110
Дата охранного документа: 23.10.2017
17.02.2018
№218.016.2c97

Комбинированный взрывной заряд

Изобретение относится к области взрывной техники, а именно к конструированию взрывных зарядов на основе бризантных взрывчатых веществ. Комбинированный взрывной заряд из бризантного взрывчатого вещества выполнен с центральным осевым каналом, который заполнен композицией на основе неорганических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002643844
Дата охранного документа: 06.02.2018
18.05.2019
№219.017.5a9d

Способ изготовления смесевого взрывчатого вещества

Изобретение относится к технологии изготовления смесевых взрывчатых веществ, содержащих мощное взрывчатое вещество и металл. Способ заключается в смешивании исходных компонентов в присутствии легколетучей органической жидкости с последующим ее удалением и сушкой смесевого взрывчатого вещества....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002433986
Дата охранного документа: 20.11.2011
+ добавить свой РИД