A REVIEW OF MODIFYING AGENTS USE TO IMPROVE NUCLEAR FUEL PERFORMANCE IN THE REACTORE CORE

Today there are numerous research works meant to improve nuclear fuel element performance in order to ensure reliable operation under increased burn-up conditions. In this context the pellet microstructure seems to be a very important parameter. An increase in the grain size diminishes the branching of boundaries and reduces the migration speed of gas-filled pores to the grain boundaries which are the routes of accelerated diffusion. The problem can be solved by introducing nano additives to uranium dioxide considering the influence of small addition agents upon the grain growth activation and microstructure evolution. The addition of nano particles of different powders should stimulate agglomeration process. This is one of modern tendencies in the development of new material technologies for fast reactors. In the research process the mechanical activation with simultaneous size reduction of gadolinium oxide and aluminum and gadolinium hydroxide powders (Gd2O3 №1, Gd2O3 №2, Al(OH)3 and Gd(OH)3) was done in planetary centrifugal mill "Pulverisette 5" made by Fritsch GmbH company (Germany). The technology of UO2 nuclear fuel manufacture has been developed in several variants including the agglomeration with pre-pressing or extruding, isostatic and hot pressing, rotary swaging, vibratory compacting, slip casting, etc. Today the main UO2 fuel element manufacturing technologies are cold pressing and agglomeration considering their simplicity and affordability. The conducted research permitted to ascertain some specific features of initial TiO2, Al(OH)3, Gd2O3, and Gd(OH)3 additives and determine their basic properties. The authors determined the most optimal modes of fine-grained additives production and proposed and optimal method of their introduction into UO2 mixtures. The paper also considers possible mechanisms of fine-grained additives influence on the fuel pellet production.

ядерное топливо, глубина выгорания, модифицирующие добавки, nuclear fuel, burnup rate, modifying additives

1. Панов В.С., Лопатин В.Ю. Составы, технология и свойства порошковых материалов для ядерной техники. М.: Издательский Дом МИСиС, 2008. 105 с.

2. Неорганическая химия. Химия элементов / Ю.Д.Третьяков, Л.И. Мартыненко [и др.]. М.: Изд-во "Химия", 2007. 432 с.

3. Получение нанопорошков испарением исходных веществ на ускорителе электронов / С.П. Барханов, А.И. Корчагин [и др.] // Доклады Академии наук. 2006. Т. 409. № 3. С. 320-323.

4. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. М.: Высшая школа, 2001. 743 с.

5. Тарасов А.В. Металлургия титана. М.: ИКЦ "Академкнига", 2003. 328 с.

6. Михайличенко А.И., Патрикеев Ю.Б. Редкоземельные металлы. М.: Металлургия, 1987. 231 с.

7. Лидин Р.А., Андреева Л.Л., Молочко В.А. Константы неорганических веществ: справочник. М.: ДРОФА, 2008. 685 с.

8. Особенности получения тонкодисперсных гидроксида алюминия и глинозема / И.Б. Воробьев, И.В. Николаев [и др.] // Сб. докладов. первой науч.-практ. конф. специалистов алюминиевого комплекса ОАО "СУАЛ ХОЛДИНГ" (декабрь 2001 г., г. Красноуральск). М., 2002. С. 38 - 40.

9. Определение условий кристаллизации основных фаз гидроксида алюминия при карбидизации алюминатных растворов / И.Б. Воробьев, И.В. Николаев [и др.] // Известия Вузов. Цветная металлургия. 2006. № 6. С. 43 - 47.

10. Применение математической модели для описания процессов консолидации порошков UO2/ Э.И. Андреев, К.В. Главин [и др.] // Известия Вузов. Цветная металлургия. 2008. № 3. С. 58 - 64.

11. Получение методом синтеза нанопорошка гидроксида гадолиния для легирования материалов топливных таблеток и исследование его физико-химических свойств / В.С. Панов, В.Ю. Лопатин, Ж.В. Еремеева, Е.В. Агеев // Известия Юго-Западного государственного университета. 2016. № 2 (65). С. 78-86.

12. Методы подготовки и получение исходных материалов для приготовления гранул оксида гадолиния для ТВЭЛ / Т.М. Алдажаров, Ю.Г.Русин, Ж.В. Еремеева, Т.А. Рыспаев, Е.В. Агеев // Известия Юго-Западного государственного университета. 2016. № 4 (67). С. 8-18.