Способ изготовления таблетированного уран-плутониевого топлива

 

Использование: в ядерной технике при изготовлении сердечников из смеси оксидов урана и плутония для твэлов ядерных реакторов. Сущность изобретения: способ включает следующие операции: получение гранул, подготовку шихты, проведение окислительно-восстановительной обработки гранул, прессование таблеток и их спекание. При этом при концентрации плутония в смеси до 20 ат.% проводят два цикла окислительно-восстановительной обработки, а при концентрации от 20 ат.% до 30 ат.% - три цикла. Данный способ позволяет получать гранулы с оптимальными характеристиками и обеспечить на стадии прессования и спекания условия для получения однородной структуры таблеток. Кроме того, способ обеспечивает снижение экологической опасности производства за счет уменьшения пылеобразования. 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области ядерной техники и может быть использовано при изготовлении сердечников из смеси оксидов урана и плутония для твэлов ядерных реакторов.

Известен способ получения таблетированного ядерного топлива, включающий подготовку порошков, перемешивание компонентов порошков, приготовление шихты (путем смешивания со связующим, предварительного уплотнения, грануляции и подготовки гранул для прессования), прессование и спекание [1] Недостатком способа является большое количество пылящих операций, что приводит к серьезным затруднениям при приготовлении смешанного топлива с точки зрения экологии.

Известен способ изготовления сердечников из сферических частиц, в котором шихту готовят после разрушения частиц перед прессованием и последующим спеканием, который является наиболее близким к заявленному [2] Эта операция позволяет получать однородную структуру таблеток после спекания. Недостатком способа является наличие дополнительных пылеобразующих операций, что затрудняет его использование при изготовлении смешанного уран-плутониевого топлива.

Задачей изобретения является уменьшения пылеобразования и снижение экологической опасности производства.

Сущность изобретения состоит в том, что в известном способе, включающем получение гранул из оксидов урана и плутония, подготовку шихты, прессование таблеток и их спекание при подготовке шихты, проводят окислительно-восстановительную обработку гранул.

Задача решается также тем, что в зависимости от содержания плутония в смеси проводят один или несколько циклов окисления-восстановления. Технический результат заключается в том, что на основе обнаруженной авторами зависимости свойств, в частности прочности гранул из оксидов урана и плутония от количества проведенных циклов окислительно-восстановительной обработки, удается получать гранулы с оптимальными характеристиками и обеспечить на стадии прессования и спекания условия для получения однородной структуры таблеток при концентрации плутония в смеси до 30 ат.

Данные по зависимости прочности насыпной массы и текучести исходных материалов, а также характеристик спеченных топливных таблеток в зависимости от концентрации плутония в смеси и количества циклов окислительно-восстановительной обработки гранул приведены в таблице.

Изобретение поясняется фиг. 1-3.

Примеры конкретного осуществления способа приведены ниже.

Пример 1. Гранулы, полученные по технологии "Гранат" в количестве 100 г, содержащие U 95 ат. и Pu 5 ат. с фракционным составом +08 33 мас. -08 +06 35 мас. -06+0,4 21 мас. -04+02 10 мас. -02+006 1 мас. подвергали окислительно-восстановительной обработке по последующим режимам: окисление при температуре 750^oC ±20^oC в атмосфере воздуха в течение 60 мин.

восстановление при температуре 750^oC±20^oC в атмосфере аргон-водород (7 мас. ) в течение 60 мин.

После обработки измерялись условный предел прочности σ₆ гранул, их текучесть, насыпной вес и гранулометрический состав по стандартным методикам. Результаты измерений приведены в таблице. Гранулометрический состав порошка изменился незначительно по сравнению с исходным максимальное отличие от исходного состава фракции не превышало 10-15% Гранулы после обработки прессовали в цилиндрические таблетки диаметром 6,95 мм при давлении 4 т/см² в режиме двухстороннего одноосного сжатия на гидравлическом прессе. Проводили исследование полученных таблеток с определением плотности, однородности и микроструктуры. Данные анализа таблеток приведены в таблице. Результаты остальных примеров осуществления способа приведены в таблице.

Исходные характеристики порошка и режима проведения операций, не указанные в таблице, не отличались от приведенных в примере 1. При этом важно отметить, что оптимизация характеристик гранулята и повышение качества таблеток в данном способе достигается без проведения измельчения гранул, т.е. без дополнительных пылеобразующих операций.

Проведенные исследования показывают, что проведение окислительно-восстановительной обработки гранулята позволяет существенно влиять на его свойства и характеристики получаемых таблеток смешанного уран-плутониевого топлива и обеспечить высокую однородность таблеток, и выход годной продукции смешанного ядерного топлива, и оптимальную плотность сердечника в пределах 10,5-10,7 г/см³ (см. примеры 2, 7 и 8). 2

Формула изобретения

Способ изготовления таблетированного уран-плутониевого топлива, включающий получение гранул, подготовку шихты, прессование таблеток и их спекание, отличающийся тем, что при подготовке шихты проводят окислительно-восстановительную обработку гранул, причем при концентрации плутония до 20 ат. проводят от одного до двух циклов обработки, а при концентрации плутония от 20 до 30 ат. от двух до трех циклов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5