Способ получения оксида урана

 

Использование: для получения оксида урана в виде пленок. Сущность изобретения: урансодержащее соединение подвергают термическому разложению на подложке, нагретой до 600 - 800°С, в атмосфере водорода, содержащего 0,1 - 1,0 об. % кислорода. В качестве урансодержащего материала используют трициклопентадиенилуранхлорид.

Изобретение относится к химии урана, в частности к способу получения пленок оксида урана путем химического осаждения из паровой фазы. Оксид урана как радиоактивное вещество, содержащее делящийся элемент, может быть использован в современной технике, связанной с применением или переработкой делящихся элементов или изготовлением разнообразных датчиков или мишеней в действующих контрольно-измерительных устройствах и приборах.

Известен способ получения оксидов урана путем термического разложения карбоксилатов урана. При этом состав, удельная поверхность и реакционная способность получаемых оксидов в значительной мере зависит от внешних условий - температуры, давления, скорости нагрева, состава газовой фазы, а также от состояния исходного карбоксилата - структурных особенностей, степени закристаллизованности, размера частиц и т.д. При этом, варьируя широкий набор параметров, возможно получение термическим разложением карбоксилатов урана оксидов урана с заданными свойствами.

Однако, необходимо отметить, что во всех случаях распада получаются порошкообразные оксиды. Кроме того, проведение процесса в твердой фазе затрудняет управление им. Синтез и очистка карбоксилатов урана являются сложным процессом, что затрудняет получение оксидов урана повышенной частоты. Несмотря на все эти недостатки данный способ выбран авторами в качестве прототипа.

Целью изобретения является обеспечение возможности получения оксида урана в виде пленок.

Поставленная цель достигается тем, что получение оксидных пленок осуществляют путем терморазложения трициклопентадиенилуранхлорида в атмосфере смеси водорода с кислородом.

Предложенный способ осуществляют следующим образом. Навеску трициклопентадиенилуранхлорида помещают в испаритель, где образуются его пары, захватываемые потоком газа носителя, в качестве которого используют смесь водорода и кислорода. Концентрация кислорода в смеси 0,1-1,0 об.%. Полученная смесь подается на подложку, которая нагрета до температуры 600-800^оС.

При этом на поверхности подложки формируется тонкая пленка оксида урана различного состава в зависимости от концентрации кислорода и температуры.

Известно, что трициклопентадиенилуранхлорид при термическом разложении в вакууме или в атмосфере инертного газа (аргон, азот, гелий) при температуре 600-900^оС образует металлический уран в виде пленки.

Однако наши исследования показали, что в данном случае образование пленок урана сопровождается также образованием карбидных соединений урана. Контакт таких пленок с воздухом приводит к их вспучиванию и отслаиванию. Отжиг пленок, получаемых при термическом разложении трициклопентадиенилуранхлорида, в атмосфере водорода, способствует снижению количества карбидных включений, очевидно, вследствие процесса по уравнению.

UC₂ + H₂ ->> U_мет. + C_mH_n. Отжиг в атмосфере смеси водорода с кислородом позволяет получить пленки оксида урана. Однако более качественные пленки получают, если процесс окисления проводят в момент выделения урана в ходе термораспада.

Снижение температуры ниже 600^о приводит к резкому снижению скорости наращивания пленки оксида урана, очевидно, вследствие снижения скорости термораспада трициклопентадиенилуранхлорида и непроизводительному расходу водорода и кислорода.

Превышение температуры выше 800^оС приводит к слишком большой скорости выделения оксида урана и низкому качеству покрытия.

Концентрация кислорода в смеси ниже 0,1 об.% приводит к неполному окислению выделяющегося урана и пирофорности получающейся пленки.

Повышение концентрации кислорода выше 1 об.% приводит к сверхбыстрому зародышеобразованию оксида урана и выпадению его в виде порошка и, следовательно, плохого качества пленки.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что предлагаемый способ отличается тем, что в качестве исходного соединения используют трициклопентадиенилуранхлорид, а в качестве среды - смесь кислорода и водорода.

Анализ известных технических решений в исследуемой области, т.е. в химии и смежных областях (ядерной энергетики, цветной металлургии), позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемом способе.

Ниже приведены примеры конкретного осуществления данного способа.

П р и м е р 1. 0,2 г трициклопентадиенилуранхлорида помещают в испаритель. Подложка для покрытия помещается в реакционную камеру. Вся система откачивается до давления 10^-4 мм рт.ст. После этого термостатируют испаритель и устанавливают температуру 180^оС. Температуру подложки устанавливают 700^оС. После этого включают подкачку водорода и кислорода. Состав смеси 0,1 об.% кислорода. После проведения процесса в течение 30 мин систему отключают. На поверхности подложки формируется пленка оксида урана.

Состав пленки - UO₂. Толщина пленки - 0,3 мкм.

П р и м е р 2. Как в примере 1, только в составе смеси 0,2 об.% кислорода. Состав пленки - UО₂, толщина - 0,5 мкм.

П р и м е р 3. Как в примере 1, только состав смеси - 1 об.% кислорода. Состав пленки UO₂ + U₃O₈ толщина - 0,5 мкм.

П р и м е р 4. Как в примере 1, но температура подложки 850^оС. Состав пленки UO₂, толщина - 0,7 мкм.

П р и м е р 5. Как в примере 1, но в составе смеси - 1 об.% кислорода, и температура подложки 850^оС. Состав пленки UO₂, толщина - 0,5 мкм.

Таким образом использование изобретения позволяет получить пленки оксида урана.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИДА УРАНА, включающий термическое разложение урансодержащего соединения, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности получения оксида урана в виде пленок, в качестве урансодержащего соединения используют трициклопентадиенилуранхлорид и разложение осуществляют на подложке, нагретой до 600 - 800^oС, в атмосфере водорода, содержащего 0,1 - 1,0 об.% кислорода.