Экономика ядерной энергетики: Основы технологии и экономики производства ядерного топлива. 3-е изд. - Синев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
в центре таблетки радиусом 2,7—3 мм при работе на максимальной мощности может превосходить 2000 °С, в то время как максимально допустимая температура на поверхности стальной оболочки, омываемой жидким натрием (350—550°С), не должна превышать 700 °С, т. е. температурный перепад в .—1500 °С будет иметь место на длине радиуса менее 3 мм.
Теплопроводность диоксида резко снижается при увеличении температуры до 1200—1600 °С. Она слабо зависит от флюенса нейтронов, но весьма чувствительна к стехиометрическому составу, к соотношению атомов кислорода и урана (0:U). Практически используемый диоксид урана имеет состав не UO2, а и02+ж, где х может изменяться от 0 до 0,2. При производстве порошков и спеченных таблеток стремятся к получению состава, максимально близкого к стехиометрическому, допуская значение х не более нескольких сотых. При облучении нестехиометричность способствует росту зерна и выделению газообразных продуктов деления.
Порошок UO2 гигроскопичен, легко окисляется на воздухе при комнатной температуре. Обращение с диоксидом урана требует применения защитных средств — инертной сухой атмосферы или хорошего вакуума. Содержание влаги в исходном (для приготовления шихты и прессования) порошке UO2 не должно превышать 0,1%.
Спеченный при температуре 1600—1700 °С диоксид урана на воздухе становится более устойчивым к окислению. Но и в этих условиях могут происходить недопустимое насыщение влагой и адсорбционное насыщение поверхности кислородом воздуха. Поэтому перед укладкой в оболочки готовые таблетки из диоксида урана подвергают сушке, гарантирующей удаление влаги и адсорбированного кислорода. Неудаленная влага (и водород) способствует гидрированию материала оболочки и может привести к его разрушению и разгерметизации твэла. При взаимодействии с водой стехио-метрический состав UO2 заметно меняется, доходя до U02,2, что резко ухудшает теплопроводность. Если при нарушении герметичности через трещину в оболочке внутрь твэла будет просачиваться вода (теплоноситель), это может вызвать развитие аварии: локальный перегрев, распухание и разрушение твэла.
К недостаткам UO2 как топлива для реакторов на быстрых нейтронах следует отнести значительное влияние присутствующего в диоксиде кислорода на замедление быстрых нейтронов, что приводит к некоторому снижению коэффициента воспроизводства топлива.
Диоксид' урана применяется в твэлах в виде брикетов (таблеток или стерженьков), которые получают холодным прессованием с последующим спеканием в печи при температурах 1600—1700 °С в безокислительной атмосфере. Чем выше температура спекания, тем выше плотность брикетов. Схема процесса изготовления таблеток из UO2 показана на рис. 9.12.
Ведутся исследования по вибрационному уплотнению гранулированного (до нескольких десятков и сотен микрометров) порошка 310
Конверсия UF6 8 UO2 (получение порошка UO2)
Порошок UO2 (6 герметичной таре)
<0,В мкм Влажность <0,1%
Содержание F<0,006%; Z<0,OZ%
Приготовление шихты. Смешивание в „пьяной бочке"
E
Гидропрессование брикетов
L
Гранулирование путем размола брикетов
Сушка гранул, дробление и просев
Холодное прессование р=1500+2000 кгс/смг (150-200 МПа)
Плотность р-5,5г5 г/см3
Поливиниловый спирт с глицерином
Сушка таблеток из UO2, отгазовка
Спекание таблеток 1600-1700 "С
Отбраковка таблеток.
Контроль плотности, влажности * и стехиометрии
Годные изделия
p=10fi~10,6 г/см3 Влажность ? 0,002 % Содержание. P?0,005%
Наружных дефектов
Геометрических размеров '(+)—на шлифоВку (-)~на дробление и возврат в шихту
Содержания углерода (+)—на восстанобление Оодородом и повторное спекание '
^Стехиометрии (U02+x) Комплектация, упаковка
Отправка на хранение (на склад) или на сборку твэлов
Рис. 9.12. Схема процесса изготовления таблеток из UO2
UO2, засыпаемого в оболочки твэлов («холодный» процесс). При этом достигается плотность сердечника около 9 г/см3.
Конверсия UF6 в UO2. В технологии и экономике производства уранового оксидного топлива важное место занимает конверсия обогащенного урана, поступающего с разделительных заводов в виде UF6, в диоксид урана UO2. Весь обогащенный уран проходит эту стадию. Применяются как «мокрые», так и «сухие» методы, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки.
В США, Великобритании и ФРГ тонкодисперсные порошки UO2 получают преимущественно «мокрым» АУК-процессом. Суть его состоит в следующем. При пропускании газообразного UF6 через водный раствор, содержащий карбонат аммония (NH4) 2С03, образуется нерастворимый осадок аммонийуранилкарбоната (АУК) (NH4)4U02 (CO3) 3. При термообработке (550—650 °С) АУК разлагается, образуя UO3, которая затем восстанавливается до UO2. Схема АУК-процесса, применяемая на заводах ФРГ (фирма NUKEM), приведена на рис. 9.13.
Ггксафторид урана UF6
NH3
CO2
Деминерализоданная
дода
рЪстдор карбоната аммония
Осаждение АУК
Метиловый спирт
АУК (суспензия)
Фильтрация АУК на вакуумном вращающемся фильтре с греВковой рамой
