×
14.11.2018
218.016.9d3a

Результат интеллектуальной деятельности: ТАБЛЕТКА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА НА БЫСТРЫХ НЕЙТРОНАХ

Вид РИД

Изобретение

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.

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 201-210 из 796.
26.08.2017
№217.015.da62

Способ изготовления муфт из сплава с памятью формы

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении муфт для термомеханического соединения трубопроводов. Муфту изготавливают из сплава с памятью формы Ti-Ni-Nb-Zr со следующим содержанием элементов (ат. %): Ti - от 42,9 до 43,6, Ni - от 45,3 до...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002623977
Дата охранного документа: 29.06.2017
26.08.2017
№217.015.db1e

Способ обнаружения объектов, передвигающихся по охраняемой территории, и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к техническим средствам охраны, способам обнаружения объектов, в том числе нарушителей, на охраняемой территории по создаваемым ими сейсмическим колебаниям и может быть использована для охраны участков местности и подступов к зданиям. Предложен способ обнаружения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002623842
Дата охранного документа: 29.06.2017
26.08.2017
№217.015.db8d

Генератор высокочастотного излучения на основе разряда с полым катодом

Изобретение относится к области высокочастотной техники. Генератор высокочастотного излучения на основе разряда с полым катодом содержит газоразрядную камеру, образованную электродами - полым катодом и анодом, к электродам камеры подключены источник питания и электрическая нагрузка, к...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002624000
Дата охранного документа: 30.06.2017
26.08.2017
№217.015.dbe9

Способ кондиционирования воды или водного раствора, содержащих тритий

Изобретение относится к области охраны окружающей среды от радиоактивного загрязнения и может быть использовано для обезвреживания жидких радиоактивных отходов (ЖРО). Заявляется способ кондиционирования воды или водного раствора, содержащих тритий, включающий перемешивание воды или водного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002623999
Дата охранного документа: 30.06.2017
26.08.2017
№217.015.dbfb

Модуль слэб-лазера с диодной накачкой и зигзагообразным ходом лучей (варианты)

Изобретение относится к лазерной технике. Модуль слэб-лазера с диодной накачкой и зигзагообразным ходом лучей содержит установленные в корпусе: активный элемент, элементы накачки, расположенные на теплоотводах симметрично с двух сторон активного элемента, систему охлаждения и пластины из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002624403
Дата охранного документа: 03.07.2017
26.08.2017
№217.015.dd57

Устройство для регулирования положения крупногабаритного объекта

Заявленное изобретение относится к устройствам, обеспечивающим перемещения объектов больших габаритов и массы по шести координатам, в частности, для изменения положения одного узла установки относительно другого. Устройство для регулирования положения крупногабаритного объекта содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002624599
Дата охранного документа: 04.07.2017
26.08.2017
№217.015.de6f

Многоканальный импульсный стабилизатор тока (варианты)

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам, предназначенным для генерации питающего напряжения, и может быть использовано в различных отраслях промышленности для питания различных устройств и установок, в частности в качестве источника питания лазерных диодных сборок...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002624635
Дата охранного документа: 05.07.2017
26.08.2017
№217.015.deb2

Способ обнаружения негерметичных тепловыделяющих элементов сборок ядерного реактора с жидкометаллическим теплоносителем

Изобретение относится к ядерный технике. Способ обнаружения негерметичных тепловыделяющих элементов сборок ядерного реактора с жидкометаллическим теплоносителем заключается в том, что над ТВС в активной зоне устанавливают устройства контроля герметичности тепловыделяющих сборок и под давлением...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002624909
Дата охранного документа: 10.07.2017
26.08.2017
№217.015.dfde

Устройство для отбора проб расплавленного металла

Изобретение относится к устройствам для взятия проб в жидком или текучем состоянии и может быть использовано в ядерных реакторах с жидкометаллическим теплоносителем для отбора проб расплавленного теплоносителя. Устройство содержит трубу, один конец которой снабжен уплотняющим узлом с шибером...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002625244
Дата охранного документа: 12.07.2017
26.08.2017
№217.015.e182

Способ парогазовой очистки стальных изделий

Изобретение относится к способам очистки от отложений стальных изделий, например труб парогенераторов и иных теплообменных аппаратов, в том числе из сталей аустенитного класса, и может быть использовано в атомной, энергетической, машиностроительной, нефтехимической и других отраслях...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002625608
Дата охранного документа: 17.07.2017
Показаны записи 11-13 из 13.
06.06.2019
№219.017.73fe

Устройство для определения чувствительности энергетического материала к трению ударного характера

Изобретение относится к области исследования или анализа энергетических материалов (ЭМ) путем определения их физических свойств, а именно, к устройствам для определения характеристик чувствительности ЭМ к трению ударного характера. Заявляемое устройство содержит расположенные в корпусе напротив...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002690523
Дата охранного документа: 04.06.2019
19.06.2019
№219.017.8494

Устройство для определения температуры разложения вещества

Изобретение относится к технике оптических измерений. Устройство содержит термостатирующий блок, датчики контроля начала нагрева и начала разложения исследуемого вещества, емкость для размещения навески исследуемого вещества в виде гильзы, установленной с возможностью погружения в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002280858
Дата охранного документа: 27.07.2006
03.08.2019
№219.017.bbfc

Воспламенительный пиротехнический состав

Изобретение относится к пиротехническому малогазовому воcпламенительному составу, который может быть использован для воспламенения рабочего заряда, заключенного в металлическую оболочку, при индукционном нагреве содержащих воспламенительный и рабочий заряды металлических конструкций....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002696387
Дата охранного документа: 01.08.2019
+ добавить свой РИД