×
29.03.2019
219.016.f3b7

МИКРОТВЭЛ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к микротвэлам ядерного реактора. Микротвэл ядерного реактора содержит топливную микросферу из делящегося материала и многослойное защитное покрытие. Защитное покрытие состоит из последовательно нанесенных на микросферу слоев низкоплотного пироуглерода, высокоплотного изотропного пироуглерода, карбида кремния и внешнего слоя высокоплотного изотропного пироуглерода. Между слоем высокоплотного изотропного пироуглерода и слоем карбида кремния размещен слой нитрида титана состава TiN.
Реферат Свернуть Развернуть

1. Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к микротвэлам ядерного реактора.

2. Уровень техники

Микротвэл ядерного реактора - это топливная микросфера из твердого материала, в качестве которого применяется двуокись урана, двуокись плутония, двуокись тория, со слоями защитного покрытия (см.. например, Allen P.L., Ford L.N., Shennan J.V., Nuclear fuel coated particle Development in the Reactor fuel element laboratories of the U.K. atomic energy authority, Nucl. Technol., vol.35, September, 1977, p.246-253).

В качестве защитных покрытий используют пироуглерод различной плотности, карбиды кремния и циркония (см., например, Gulden T.D., Nickel Н., Preface coated particle fuels, Nucl. Technol., vol.35, September, 1977, p.206-213).

Высокоплотный изотропный пироуглерод служит диффузионным барьером для газообразных продуктов деления, карбидные слои являются основными силовыми слоями в микротвэле и диффузионными барьерами для твердых продуктов деления.

Известен микротвэл ядерного реактора, содержащий топливную микросферу из двуокиси урана и четырехслойное защитное покрытие, первый слой которого, нанесенный на топливную микросферу, выполнен из низкоплотного пироуглерода плотностью 1,11 г/см3 и толщиной 64 мкм. Следующий, второй слой, выполнен из высокоплотного изотропного пироуглерода плотностью 1,84 г/см3 и толщиной 26 мкм. Третий слой выполнен из карбида циркония плотностью 6,6 г/см3 и толщиной 31 мкм и четвертый, наружный слой, - из высокоплотного изотропного пироуглерода плотностью 1,95 г/см3 и толщиной 55 мкм. (См., например, Minato К., Fucuda К., Secino Н. et al., Deterioration of ZrC-coated fuel particle caused by failure of pyrolytic carbon layer, J. Of Nucl. Mater., 252, 1998, p.13-21).

Недостатком этого микротвэла является повышенная проницаемость твердых продуктов деления, особенно серебра и цезия, в условиях интенсивного коррозионного воздействия выделяющегося из топливной микросферы СО на карбид циркония при разрушении второго слоя.

С заявляемым микротвэлом этот миктротвэл совпадает по содержанию в защитном покрытии последовательно нанесенных на топливную микросферу слоев низкоплотного пироуглерода, высокоплотного изотропного пироуглерода, карбида циркония и наружного слоя из высокоплотного пироуглерода.

Известен также микротвэл ядерного реактора, содержащий топливную микросферу из двуокиси урана и четырехслойное защитное покрытие, первый слой которого, нанесенный на топливную микросферу, выполнен из высокопористого пироуглерода плотностью 1,10 г/см3 и толщиной 97±13 мкм. Следующий, второй слой, выполнен из высокоплотного изотропного пироуглерода плотностью 1,85 г/см3 и толщиной 33±3 мкм. Третий слой выполнен из карбида кремния плотностью 3,2 г/см3 и толщиной 34±2 мкм и четвертый, наружный слой, - из высокоплотного изотропного пироуглерода плотностью 1,85 г/см3 и толщиной 39±3 мкм. (См., например, Minato K., Sawa К., Коуа Т. et al., Fission product real ease behavior of individual coated fuel particles for high-temperature gas-cooled reactors, Nucl. Technol., vol.131, July 2000, p.36-47).

В таком микротвэле при повышенных температурах облучения (более 1350°С) и достижении высоких значений флюенса быстрых нейтронов (более 4,0·1021 н/см2) увеличивается проницаемость продуктов деления, например, серебра и цезия, через слой кабида кремния, что является его существенным недостатком.

С заявляемым микротвэлом этот микротвэл совпадает по содержанию в защитном покрытии последовательно нанесенных на топливную микросферу слоев низкоплотного пироуглерода и высокоплотного изотропного пироуглерода, наличию слоя карбида кремния, а также выполнению наружного слоя из высокоплотного пироуглерода.

По совокупности существенных признаков этот микротвэл наиболее близок к заявляемому микротвэлу и выбран в качестве прототипа.

3. Сущность изобретения

Предлагаемый микротвэл ядерного реактора отличается от прототипа тем, что между внутренним слоем высокоплотного изотропного пироуглерода и слоем карбида кремния размещен слой нитрида титана состава TiN.

В таком микротвэле повреждаемость слоя из карбида кремния, в частности, при термоциклировании на стадии предреакторной подготовки, существенно меньше, чем в прототипе. Действительно, поскольку нитрид титана TiN за счет образования карбонитридных фаз типа TiCxNy, Ti3SiCN имеет меньший по сравнению с карбидом кремния коэффициент линейного температурного расширения, то слой карбида кремния испытывает меньшие растягивающие напряжения, которые наиболее опасны для слоя такого хрупкого керамического материала, как карбид кремния. Кроме того, снижение повреждаемости предлагаемого микротвэла обусловлено и тем, что при его облучении происходящие радиационно-размерные изменения в карбидных слоях выражаются как их распухание, в то время как промежуточные фазы на границах слоев испытывает усадку.

Кроме того, следует отметить, что выделяющиеся твердые продукты деления (особенно Cs, Ag, Pd и другие редкоземельные металлы) достаточно быстро проникают через слой высокоплотного изотропного пироуглерода и накапливаются на внутренней границе слоя карбида кремния. При этом значительно возрастает вероятность образования легкоплавких эвтектик, приводящих к коррозионному разрушению SiC. Нитрид титана сравнительно с карбидом кремния является коррозионностойким материалом даже к расплавам большинства металлов ТПД. Одновременно TiN удовлетворителен с точки зрения радиационно-размерных изменений и не взаимодействует с СО.

4. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

В качестве сведений, подтверждающих возможность осуществления предлагаемого микротвэла, приведем пример его реализации.

На топливные микросферы из диоксида урана диаметром 200 мкм в аппарате кипящего слоя последовательно осаждают шестислойное покрытие:

- Первый слой из низкоплотного пироуглерода осаждают при температуре пиролиза 1450°С, расходе Аr 600 л/час, расходе С2Н2 900 л/час, длительность процесса 2,5 мин. Толщина слоя 95 мкм.

- Второй слой из высокоплотного пироуглерода осаждают при температуре пиролиза 1330°С, расходе Аr 1200 л/час, расходе С3Н6 300 л/час, длительность процесса 7 мин. Толщина слоя 40 мкм.

- Третий слой из нитрида титана осаждают при температуре пиролиза 1150°С, расходе N2 1000 л/час, расходе Н2 500 л/час, концентрации TiCl4 1,0 об.%, длительность процесса 100 мин. Толщина слоя около 35 мкм.

- Четвертый слой из карбида кремния осаждают при температуре пиролиза 1550°С, расходе H2 1500 л/час, расходе С3Н6 6 л/час, концентрации СH3SiCl3 1,5 об.%, длительность процесса 110 мин. Толщина слоя 30 мкм.

- Пятый слой из высокоплотного пироуглерода осаждают при температуре пиролиза 1330°С, расходе Ar 1200 л/час, расходе С3Н6 350 л/час, длительность процесса 10 мин. Толщина слоя 45 мкм.

Микротвэл ядерного реактора, содержащий топливную микросферу из делящегося материала и многослойное защитное покрытие, состоящее из последовательно нанесенных на микросферу слоев низкоплотного пироуглерода, высокоплотного изотропного пироуглерода, карбида кремния и внешнего слоя высокоплотного изотропного пироуглерода, отличающийся тем, что между слоем высокоплотного изотропного пироуглерода и слоем карбида кремния размещен слой нитрида титана состава TiN.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 15.
20.02.2019
№219.016.be49

Способ осаждения металлических покрытий на керамические порошкообразные материалы

Изобретение относится к области газофазной металлургии, в частности к получению композиционных металлокерамических материалов. Предложен способ осаждения металлических покрытий на керамические порошкообразные материалы в кипящем слое, заключающийся в водородном восстановлении галогенидов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002342349
Дата охранного документа: 27.12.2008
20.02.2019
№219.016.beb3

Способ отгонки водорода из засыпки порошка гидрида циркония

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к способам, применяемым при изготовлении стержней топливных сердечников керметных тепловыделяющих элементов ядерных реакторов различного назначения. Сущность изобретения: откачку камеры производят до давления 10 мм рт.ст.,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002399967
Дата охранного документа: 20.09.2010
20.02.2019
№219.016.c046

Микротвэл ядерного реактора

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к микротвэлам ядерного реактора. Микротвэл ядерного реактора содержит топливную микросферу на основе UO и многослойное защитное покрытие. Защитное покрытие состоит из последовательно нанесенных на топливную микросферу слоев из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002333555
Дата охранного документа: 10.09.2008
20.02.2019
№219.016.c04b

Микротвэл для сверхвысокотемпературного ядерного реактора

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к сверхвысокотемпературным реакторам космического применения. Микротвэл для сверхвысокотемпературного ядерного реактора содержит топливную микросферу на основе UC-ZrC и четырехслойное покрытие. Первый от топливной микросферы слой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002333551
Дата охранного документа: 10.09.2008
29.03.2019
№219.016.f1d0

Керметный тепловыделяющий элемент водо-водяного ядерного реактора

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к конструкции керметных тепловыделяющих элементов, применяемых в ядерных реакторах с водяным теплоносителем. Керметный тепловыделяющий элемент водо-водяного ядерного реактора состоит из циркониевой оболочки, тепловыделяющего...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002313142
Дата охранного документа: 20.12.2007
29.03.2019
№219.016.f341

Микротвэл ядерного реактора

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к микросферическому топливу с керамическими покрытиями. Микротвэл ядерного реактора содержит топливную микросферу из UO и многослойное покрытие, состоящее из последовательно нанесенных на топливную микросферу слоев из низкоплотного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002333550
Дата охранного документа: 10.09.2008
29.03.2019
№219.016.f344

Микротвэл ядерного реактора с трехслойным защитным покрытием топливной микросферы

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к микротвэлам ядерного реактора. Микротвэл ядерного реактора с трехслойным защитным покрытием топливной микросферы, в котором первый от топливной микросферы слой выполнен из композиции углерод-карбид кремния с содержанием...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002333552
Дата охранного документа: 10.09.2008
29.03.2019
№219.016.f34b

Микротвэл ядерного реактора

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к микротвэлам ядерного реактора. Микротвэл ядерного реактора содержит топливную микросферу и многослойное защитное покрытие, состоящее из последовательно нанесенных на топливную микросферу слоев из пироуглерода низкой плотности,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002333553
Дата охранного документа: 10.09.2008
29.03.2019
№219.016.f375

Способ изготовления керметного стержня топливного сердечника тепловыделяющего элемента ядерного реактора

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к способам изготовления керметных стержней топливных сердечников тепловыделяющих элементов (твэл) ядерных реакторов различного назначения. В трубу из циркониевого сплава засыпают определенное количество порошков ядерного топлива и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002305334
Дата охранного документа: 27.08.2007
29.03.2019
№219.016.f376

Заготовка стержня топливного сердечника керметного тепловыделяющего элемента ядерного реактора

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к конструкции заготовки, используемой при прессовании стержней топливных сердечников керметных тепловыделяющих элементов (твэл) ядерных реакторов различного назначения. Заготовка стержня состоит из трубы, изготовленной из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002305333
Дата охранного документа: 27.08.2007
Показаны записи 1-10 из 22.
20.12.2013
№216.012.8e6b

Способ переработки уран-молибденовой композиции

Изобретение относится к области гидрометаллургии, в частности к способу переработки уран-молибденовой композиции, представляющей собой брак и отходы ядерного производства. Способ переработки уран-молибденовой композиции согласно изобретению включает окисление уран-молибденовой композиции при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502142
Дата охранного документа: 20.12.2013
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
20.02.2019
№219.016.be49

Способ осаждения металлических покрытий на керамические порошкообразные материалы

Изобретение относится к области газофазной металлургии, в частности к получению композиционных металлокерамических материалов. Предложен способ осаждения металлических покрытий на керамические порошкообразные материалы в кипящем слое, заключающийся в водородном восстановлении галогенидов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002342349
Дата охранного документа: 27.12.2008
20.02.2019
№219.016.beb3

Способ отгонки водорода из засыпки порошка гидрида циркония

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к способам, применяемым при изготовлении стержней топливных сердечников керметных тепловыделяющих элементов ядерных реакторов различного назначения. Сущность изобретения: откачку камеры производят до давления 10 мм рт.ст.,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002399967
Дата охранного документа: 20.09.2010
20.02.2019
№219.016.bec3

Способ переработки уран-молибденовой композиции

Изобретение относится к области гидрометаллургии, в частности к способу переработки уран-молибденовой композиции, представляющей собой брак и отходы ядерного производства. Сущность изобретения: способ переработки уран-молибденовой композиции включает окисление уран-молибденовой композиции при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002395857
Дата охранного документа: 27.07.2010
20.02.2019
№219.016.bf78

Способ исследования радиационного поведения микротвэлов ядерного реактора

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к способам исследования микротвэлов высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов. Способ исследования радиационного поведения микротвэлов ядерного реактора заключается в облучении образцов высокоэнергетическими ионами с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002357302
Дата охранного документа: 27.05.2009
20.02.2019
№219.016.c046

Микротвэл ядерного реактора

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к микротвэлам ядерного реактора. Микротвэл ядерного реактора содержит топливную микросферу на основе UO и многослойное защитное покрытие. Защитное покрытие состоит из последовательно нанесенных на топливную микросферу слоев из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002333555
Дата охранного документа: 10.09.2008
20.02.2019
№219.016.c04b

Микротвэл для сверхвысокотемпературного ядерного реактора

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к сверхвысокотемпературным реакторам космического применения. Микротвэл для сверхвысокотемпературного ядерного реактора содержит топливную микросферу на основе UC-ZrC и четырехслойное покрытие. Первый от топливной микросферы слой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002333551
Дата охранного документа: 10.09.2008
29.03.2019
№219.016.f174

Способ переработки урансодержащей композиции

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в производстве ядерного топлива. Фрагментированную урансодержащую композицию, состоящую из диоксида урана и полиэтилена, загружают в реакционную емкость с установленным над ней вытяжным зонтом. Площадь сечения зазора между...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002396211
Дата охранного документа: 10.08.2010
29.03.2019
№219.016.f1d0

Керметный тепловыделяющий элемент водо-водяного ядерного реактора

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к конструкции керметных тепловыделяющих элементов, применяемых в ядерных реакторах с водяным теплоносителем. Керметный тепловыделяющий элемент водо-водяного ядерного реактора состоит из циркониевой оболочки, тепловыделяющего...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002313142
Дата охранного документа: 20.12.2007
+ добавить свой РИД