Анализ мирового энернетического рынка Воздействие радиации на человека Мировые тенденции в сфере энергетике Традиционные виды энергетики Солнечная коллектор Наука в атомной сфере

 Доля продукта деления в каждой фазе определяется температурой, кислородным потенциалом и термодинамической прочностью соединений.

Поэтому при выборе содержания имитаторов продуктов деления были сделаны следующие допущения. Во-первых, предполагалось, что металлические включения состоят из Мо, Ru и Pd. Причем к содержанию молибдена добавлялось содержание Tc и Nb, а к содержанию Pd-родий. Такой подход был применен ко всем топливным композициям и основывался на близости свойств и поведения в топливе основного и добавленного компонента.

 Во-вторых, считалось, что в состав керамических включений входят Ba и Sr. Для всех рассмотренных топливных композиций концентрация бария была увеличина за счет Cs, а концентрация стронция за счет Rb.

 В-третьих, в качестве представителей РЗЭ выбирались Ce, Nd, La, Y для топливных композиций UO2; Ce, Nd, La, Y, Gd для UO2-Gd2O3; Ce, Nd, La, Y, Er для UO2-Er2O3. Причем для каждого выгорающего поглотителя рассматривалось суммарное содержание: как продукта деления, так и как вводимой добавки.

  К содержанию лантана во всех случаях прибавлялось содержание Аm и Cm, а концентрация церия во всех случаях увеличивалась за счет плутония. При увеличении доли лантаноида за счет актиноида исходили из того факта, что свойства их во многом аналогичны.

  К содержанию неодима добавлялось содержание Pm, Sm, Eu, Pr, Tb и Gd для UO2; Pm, Sm, Eu, Pr для UO2-Gd2O3 и Sm, Pm, Gd, Eu, Tb для UO2-Er2O3. Концентрация гадолиния в системе UO2-Gd2O3 была увеличена за счет добавления Tb, Ho, Dy, Er, а концентрация эрбия в системе UO2-Er2O3 являлась суммой концентраций Tm, Tb и Ho.

 В-четвертых, к содержанию урана прибавлялось содержание нептуния для всех рассмотренных топливных композиций.

 В-пятых, пренебрегалось содержанием таких продуктов деления, как Xe, Kr, Br, I, Te, Sn, Ag, Se, Sb, Ge по следующим причинам: высокой скорости ухода их диоксида урана (Xe, Kr, Br, I, Те, Cd) или малой концентрации (Br, Se, Sb и др.).

 Таким образом, в качестве имитаторов продуктов деления в настоящей работе выбраны Mo, Ru, Pd, Nd, La, Ce, Y, Ba, Sr, Zr, а в качестве добавок использованы Gd и Er. Концентрационные уровни соответствовали глубине выгорания В=80 МВт·сутки/кг U.

Расчетный состав гетерогенного модельного топлива на уровень выгорания В=80 МВт·сутки/кг U приведен в табл.2. Рассматривались топливные композиции: UO2(5,5% 235U), UO2-4%Gd2O3 и UO2-0,6% Er2O3.

 Исходя из выше изложенного, для измерений теплофизических свойств, методами порошковой металлургии, были изготовлены образцы UO2 (СИ-0); МЯТ UO2+8,5%ИПД (СИ-1) и МЯТ с добавками выгорающих поглотителей нейтронов (ВПН): МЯТ+0,6%Er2O3 (СИ-2), МЯТ+15%Gd2O3 (СИ-3), МЯТ+4%Gd2O3 (СИ-4) имитирующие выгорание 80 МВт×сут/кг U (»8,5ат.%).

В качестве базового материала для приготовления образцов использовался диоксид урана с содержанием урана 87,4мас.% и кислородным коэффициентом O/М =2,07.

Таблица 2

Состав модельного топлива (мас.%) при уровне выгорания В=80 МВт·сутки/кгU

Элемент

UO2

UO2-Gd2O3

UO2-Er2O3

Ru

0,54

0,49

0,54

Pd

0,40

0,37

0,40

Mo

0,42

0,38

0,42

MoO3

0,63

0,57

0,63

ZrO2

1,00

0,91

1,00

SrO

0,29

0,27

0,29

BaO

1,02

0,92

1,01

CeO2

2,00

1,82

1,99

La2O3

0,42

0,39

0,42

Y2O3

0,12

0,11

0,12

Nd2O3

1,52

1,34

1,25

Gd2O3

-

4,39

-

Er2O3

-

-

0,61

PuO2

-

-

-

UO2

91,64

88,04

91,32

Технологическая схема изготовления образцов включала следующие этапы: подготовка порошков UO2, ИПД и ВПН; смешивание; приготовление шихты и добавление связующего; прессование; грануляция; повторное прессование; спекание; шлифование и аттестация.

  Образцы изготавливались в виде дисков диаметром 10мм и толщиной от 1 до 1,5мм. Кислородный коэффициент (О/М) определялся по величине кислородного потенциала, который измеряли при 1600оС. Характеристики полученных образцов представлены в таблице 3.

Таблица 3

Характеристики образцов МЯТ

Образец

Пористость, %

ИПД, масс.%

ВПН, масс.%

ΔGо,

кДж/моль

О/М

СИ-0

9

0

0

-326

2,0011

СИ-1

7

8,5

0

-350

2,008

СИ-2

6

8,5

0,6(Er2O3)

-349

1,999

СИ-3

15

8,5

15(Gd2O3)

-356

1,995

СИ-4

6

8,5

4(Gd2O3)

-350

1,997

Были проведены металлографические исследования образцов. При этом использовались стереоскопический микроскоп МБС-9 (увеличение 100) и сканирующий микроскоп-анализатор "Camebax" (увеличение 2000). Фотографии микроструктуры модельного топлива на основе UO2 и UO2-Er2O3 приведены на рис.1 - 3.

Рис.1. Микроструктура таблеток UO2 (а) и модельного топлива UO2-ИПД (б) и UO2- ИПД –Er (в); х100

Рис. 2 Микроструктура образцов модельного топлива на основе UO2.

а – продольный шлиф;б – боковая поверхность – вытянутые поры; в – боковая поверхность – крупное зерно

На фотографии продольного шлифа образца модельного топлива на основе UO2 видно, что имеются поры двух типов: мелкие (~ 5мкм) и крупные (~20-50мкм) (рис.1а). Общая пористость образцов колебалась в пределах 8,5-18%.

На рис.1б и рис.1в представлены фотографии микроструктуры образцов модельного топлива на основе UO2.

 На общем фоне матрицы диоксида урана видны включения белого и серого цвета. Включения распределяются неравномерно. Включения светлой фазы, как правило, имеют округлую форму; их размер составляет 5-8мкм. Включения серой фазы имеют неправильную форму. Их средние размеры 8-10мкм. Характер их расположения похож на расположение включений белой фазы.


Экологические проблемы гидроэнергетики