×
29.03.2019
219.016.f3bc

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 и многослойное защитное покрытие. Защитное покрытие состоит из последовательно нанесенных на топливную микросферу слоев из пироуглерода низкой плотности, высокоплотного изотропного пироуглерода, карбида циркония, карбида кремния и наружного слоя из высокоплотного изотропного пироуглерода. Между слоями карбидов микротвэл дополнительно содержит слой из нитрида алюминия. Изобретение направлено на уменьшение повреждаемости слоя из карбида кремния в условиях различной кинетики распухания слоев карбида кремния и карбида циркония. 1 табл.
Реферат Свернуть Развернуть

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

Микротвэл (МТ) ядерного реактора - это топливная микросфера (ТМ) из ядерного материала (UO2, PuO2, ThO2) со слоями защитного покрытия (Allen P.L., Ford L.H. and 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 - РyС, карбид кремния - SiC и карбид циркония - ZrC (Gulden T.D., Nickel Н. Preface coated particle fuels. - Nucl. Technol., Vol.35, September, 1977, p.206-213).

Высокоплотный изотропный РyС является диффузионным барьером по отношению к газообразным продуктам деления (ГПД), слои SiC и ZrC служат основными силовыми слоями в МТ и диффузионными барьерами для твердых продуктов деления (ТПД).

Известен микротвэл ядерного реактора, содержащий ТМ из UO2 и четырехслойное защитное покрытие, первый слой которого выполнен из высокопористого пироуглерода плотностью 1,11 г/см3 и толщиной 64 мкм, второй слой из высокоплотного изотропного РyС плотностью 1,84 г/см3 и толщиной 26 мкм, третий слой из карбида циркония плотностью 6,6 г/см3 и толщиной 31 мкм и четвертый (наружный) из высокоплотного изотропного РyС плотностью 1,95 г/см3 и толщиной 55 мкм (Minato К., Fukuda К., Sekino H., 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 указанного микротвэла ядерного реактора является повышенная проницаемость ТПД (особенно Ag и Cs) в условиях интенсивного коррозионного воздействия СО на ZrC при разрушении второго высокоплотного изотропного РyС.

Наиболее близким аналогом-прототипом предложенному техническому решению является микротвэл ядерного реактора, содержащий топливную микросферу и многослойное защитное покрытие, в котором первый от топливной микросферы слой выполнен из низкоплотного пироуглерода, второй - из высокоплотного изотропного РyС, третий слой - из карбида циркония, четвертый слой - из карбида кремния, пятый, наружный, слой - из высокоплотного изотропного пироуглерода (Патент Японии №3-108692, МКИ G21C 3/62, заявл. 22.09.89, опубл. 08.05.91).

Недостатком указанного микротвэла ядерного реактора является высокая повреждаемость карбидных слоев, особенно карбида кремния, в процессе термомеханического воздействия на микротвэл, обусловленная различиями в коэффициентах линейного термического расширения ZrC и SiC и напряжениями из-за различия параметров кристаллической решетки этих материалов. Коррозионная повреждаемость ZrC значительно активируется в условиях интенсивного набора дозы облучения, когда скорости распухания слоев SiC и ZrC существенно различаются (примерно в два раза).

Перед авторами предложенного технического решения стояла задача уменьшения повреждаемости слоя из SiC в условиях различной кинетики распухания слоев SiC и ZrC по мере набора дозы в условиях градиента температуры эксплуатации.

Поставленная задача решается тем, что в микротвэле ядерного реактора, содержащем ТМ и пятислойное защитное покрытие, между третьим (ZrC) и четвертым (SiC) слоями микротвэл дополнительно содержит слой из нитрида алюминия (AlN).

Экспериментальные результаты указывают на то, что AlN обладает меньшим коэффициентом термического расширения (КЛТР), чем ZrC, и близким к значению КТЛР SiC-слоя. Нитрид алюминия подвержен меньшему распуханию, чем карбидные слои, и, в случае разрушения слоя из карбида циркония, слой нитрида алюминия, являясь коррозионно стойким барьером по отношению к ТПД, защищает слой карбида кремния от них. Таким образом, повреждаемость слоя из SiC уменьшается вследствие уменьшения количества поступающего на его внутреннюю поверхность ТПД.

Причинно-следственная связь между существенными признаками и техническим результатом заключается в следующем. Микротвэл ядерного реактора, содержащий топливную микросферу и многослойное защитное покрытие, состоящее из последовательно нанесенных на топливную микросферу слоев из пироуглерода низкой плотности, высокоплотного изотропного пироуглерода, карбида циркония, карбида кремния и наружного слоя из высокоплотного изотропного пироуглерода, содержит дополнительно между карбидными слоями слой из нитрида алюминия.

Каждый из слоев предложенного микротвэла ядерного реактора выполняет следующие функции:

- первый низкоплотный РyС предоставляет объем для локализации ГПД, компенсирует несоответствие КЛТР между ТМ и высокоплотными слоями, защищает второй слой от повреждения осколками деления (ядрами отдачи);

- второй высокоплотный изотропный РyС является диффузионным барьером для ГПД, защищает ZrC от коррозионного воздействия продуктов деления;

- третий ZrC слой является силовым покрытием и диффузионным барьером для ТПД;

- четвертый AlN слой является компенсатором несоответствия КЛТР ZrC и последующего SiC слоя, коррозионно стойким по отношению к ТПД барьером.

- пятый SiC-слой является силовым покрытием и диффузионным барьером для ТПД;

- шестой высокоплотный изотропный РyС слой является диффузионным барьером для ГПД и защищает слой из SiC от механических повреждений.

В качестве примера реализации предлагаемого микротвэла приведем следующее. На топливные микросферы (масса навески 30 г) из UO2 диаметром около 200 мкм в кипящем слое последовательно осаждают шестислойное покрытие:

№ п/п Слой покрытия Температура пиролиза Расход газов, л/ч Концентрация реагентов, об.% Время процесса, мин Толщина слоя, мкм
Ar H2 С2Н2 С3Н6 CH3SiCl3 ZrCl4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
1 Низкоплотный РyС 1450±20 600 - 90 - - - 2,5 95,0
2 Высокоплотный РyС 1330±20 1200 - - 300 - - 7,0 40,0
3 Карбид циркония 1500±20 100 1500 - 120 - 2,0 100,0 35,0
4 AlN 1250±20 1000 N2 1500 500 - 2,0 AlCl3 - 10,0 10,0
5 Карбид кремния 1550±20 - 1500 - - 1,5 - 110,0 30,0
6 Высокоплотный Рус 1330±20 1200 - - 350 - - 10,0 45,0

В процессе облучения МТ в слоях защитных покрытий протекают существенные радиационно-химические изменения:

- РyС-слои претерпевают радиационно-размерные изменения, выражающиеся, прежде всего, в образовании радиальных трещин в низкоплотном, а затем и в высокоплотном внутреннем РyС;

- образующийся в процессе деления UO2 кислород взаимодействует с РyС с образованием СО, который по радиальным трещинам проходит к слою ZrC, вызывая его коррозию;

- в результате коррозионных повреждений слой из ZrC становится проницаемым для ТПД, а ГПД создают повышенное давление в МТ, что приводит к возникновению растягивающих напряжений в ZrC;

- в условиях термоциклирования существенно повышается вероятность разрушения слоя из ZrC и распространения трещин в SiC слой;

- введение в состав МТ слоя из AlN между слоями из ZrC и SiC приводит к перераспределению напряжений в многослойной конструкции покрытий так, что уменьшается вероятность повреждения слоя из ZrC. Кроме того, этот слой создает дополнительный барьер для ТПД, предотвращая их коррозионное воздействие на слой из карбида кремния.

Микротвэл ядерного реактора, содержащий топливную микросферу и многослойное защитное покрытие, состоящее из последовательно нанесенных на топливную микросферу слоев из пироуглерода низкой плотности, высокоплотного изотропного пироуглерода, карбида циркония, карбида кремния и наружного слоя из высокоплотного изотропного пироуглерода, отличающийся тем, что между слоями карбидов микротвэл дополнительно содержит слой из нитрида алюминия.
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