МЕТОДЫ ПОДГОТОВКИ И ПОЛУЧЕНИЕ ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ГРАНУЛ ОКСИДА ГАДОЛИНИЯ ДЛЯ ТВЭЛ

Целью работы являлись разработка в лабораторных условиях и обоснование способа получения эффективного композитного уран-гадолиниевого топлива, применение которого позволит улучшить технико-экономические показатели АЭС. Объектом исследования являлось высокоэффективное композитное уран-гадолиниевое топливо, обладающее повышенной теплопроводностью по сравнению со стандартным УГТ, предназначенным для использования в атомной энергетике. Плотность спеченных таблеток композитного УГТ авторы оценивали гидростатическим методом по ГОСТ 95.882-81 с точностью ± 0,01 г/см³. При этом использовался метод гидростатического взвешивания без проникновения воды в поры. Он основан на определении объема таблетки путем нахождения ее «сухой» массы и последующего взвешивания ее в воде. Анализ параметров микроструктуры топливных таблеток проводили на установке ПЭВМ 8 IBM с установленным в ней адаптером micro VIDEO DC 20 для ввода изображения с видеокамеры типа Sharp CCD HS-135, которая монтируется на оптическом микроскопе МЕТАМ ЛВ-31. Исходя из результатов проведенных авторами экспериментов были сформулированы следующие окончательные требования, предъявляемые к таблеткам УГТ: - теплопроводность должна быть на уровне или выше теплопроводности таблеток UO2; - плотность должна лежать в диапазоне 10,35-10,70 г/см3; - размер частиц (гранул) (U1-x,Gd1-x)O2 или Gd2O3 должен составлять 100-200 мкм; - гранулы (U1-x,Gd1-x)O₂ или Gd₂O₃ должны иметь геометрическую и химическую стабильность, гарантирующую невозможность их растворения в матрице и образование вне гранул твердого раствора (U1-x,Gd1-x)O2, для чего необходимо создание антидиффузионного барьера вокруг гадолинийсодержащих гранул; - содержание Gd₂O₃ в таблетках не должно быть меньше 10 мас.%.

ядерное топливо, композитное уран-гадолиниевое топливо, выгорающий поглоти-тель, диоксид урана, оксид гадолиния, теплопроводность, твердый раствор, nuclear fuel, composite uranium-gadolinium fuel, burnable absorber, uranium dioxide, gadolinium oxide, thermal conductivity, solid solution

1. Производство топливных таблеток с выгорающими поглотителями / А.А. Кучковский, А.А. Маныч, Ю.Г. Русин, Б.А. Карманов // Актуальные проблемы урановой промышленности: сб. докл. II Междунар. науч.-практ. конф.» (Алматы, 10-13 июля 2002 г.). - Алматы: Бастау, 2003. - С. 133-135.

2. Jeffrey R. Secker, Baard J. Johansen, David L. Stucker, Odelli Ozer, Kostadin Ivanov, Serkan Yilmaz, E. H. Young. Optimum Discharge Burn-up, Cycle Length for BWRs // Nucl. Technol. - 2005. - Vol. 151. - Nо. 2. - P. 109-119.

3. Горский В.В. Уран-гадолиниевое оксидное топливо. Ч. 2. Теплофизические свойства UO2-Cd2O3 и методы их измерения // Атомная техника за рубежом. - 1989. - No. 3. - С. 5-15.

4. Hirai M., Ishimoto S. Thermal diffusivities and Thermal conductivities of UO2-Gd2O3 // J. Nucl. Sci. Technol. - 1991. - Vol. 28. Nо. 11. - P. 995-1000.

5. Investigation of Thermal-Physical and Mechanical Properties of Uranium-Gadolinium Oxide Fuel, Advanced fuel pellet materials and designs for water cooled reactors / Yu.K. Bibilashvili, A.V. Kuleshov, O.V. Milovanov, E.N. Mikheev, V.V. Novikov, S.G. Popov, V.N. Proselkov, Yu.V. Pimenov, Yu.G. Godin // Proceedings of a technical committee Brussels, 20-24 oct. 2003). IAEA-TECDOC-1416. - 2003. - P. 85-99.

6. Gregg R., Worral A. Effect of Highly Enriched/Highly Burnt UO2 Fuels on Fuel Cycle Costs, Radiotoxicity and Nuclear Design Parametrs // Nucl. Technol. - 2005. - Vol. 151. - P. 126-132.

7. Альдавахра С., Савандер В.И., Белоусов. Н.И. Методика расчета и анализ применения гранулированных поглотителей в ВВЭР // Атомная энергия. - 2006. - No. 1. - С. 8-13.

8. Изучение физики легководных решеток с уран-гадолиниевым топливом, содержащим Gd2O3-гранулы / А.А. Поляков, Ю.В. Стогов, В.И. Савандер, Н.И. Белоусов, В.Н. Проселков // Научная сессия МИФИ-2000. Ч. 8. Молекулярно-се-лективные и нелинейные явления и процессы. Физико-технические проблемы ядерной энергетики. Ультрадисперсные (нано) материалы. - М., 2000. - С. 90-91.

9. Klemens P.G. Effect of crystal lattice defects on thermal conductivity // Phys. Rev. - 1960. - Vol. 119. - P. 507.

10. Ohmichi T., Fukushima S., Maeda A. Watanabe H. Effect of Gd2O3 dope on UO2 thermal conductivity // J. Nucl. Mater. - 1981. - Vol. 102. - P. 40-46.

11. Кингери У.Д. Введение в керамику. - М.: Стройиздат, 1967.

12. Горский В.В. Уран-гадолиниевое оксидное топливо. Ч. 1. Основные свойства Gd2O3 и UO2-Gd2O3 // Атомная техника за рубежом. - 1989. - No. 2. - С. 3-10.

13. Yuda R., Une K. Effect of sintering atmosphere on the densification of UO2-Gd2O3 compacts // J. Nucl. Vat. - 1991. - Vol. 178. - P. 195-203.

14. Boccaccini A.R. Glass and glass-ceramic matrix composite materials // J. Ceram. Soc. Japan. - 2001. - Vol.109. - No. 7. - P. 99-109.

15. Исследование процесса получения наноструктурированного титаната диспрозия механохимической обработкой оксидов титана и диспрозия / Е.В. Агеев, В.С. Панов, Ж.В. Еремеева, Е.В. Агеев, Л.В. Мякишева, А.А. Лизунов // Известия Юго-Западного государственного университета. - 2015. - №. 5 (62). - С. 21-27.

16. Дементьев Б.А. Ядерные энергетические реакторы. - 2-е изд. - М.: Энергоатомиздат, 1990.