+

RU2491666C2 - Method to manufacture fuel element of nuclear reactor - Google Patents

Method to manufacture fuel element of nuclear reactor Download PDF

Info

Publication number
RU2491666C2
RU2491666C2 RU2011144492/07A RU2011144492A RU2491666C2 RU 2491666 C2 RU2491666 C2 RU 2491666C2 RU 2011144492/07 A RU2011144492/07 A RU 2011144492/07A RU 2011144492 A RU2011144492 A RU 2011144492A RU 2491666 C2 RU2491666 C2 RU 2491666C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
uranium
matrix
block
uranyl
solution
Prior art date
Application number
RU2011144492/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011144492A (en
Inventor
Лев Дмитриевич Данилин
Иван Валерьевич Поленов
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Госкорпорация "Росатом"
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики"-ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Госкорпорация "Росатом", Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики"-ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Госкорпорация "Росатом"
Priority to RU2011144492/07A priority Critical patent/RU2491666C2/en
Publication of RU2011144492A publication Critical patent/RU2011144492A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2491666C2 publication Critical patent/RU2491666C2/en

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

FIELD: power engineering.
SUBSTANCE: method to introduce a uranium compound into a matrix consists in impregnation of a porous graphite block with a solution of a metal-organic uranium compound. The metal organic uranium compound is β - uranyl diketonate. The β - uranyl diketonate is uranyl acetylacetonate. A dissolvent is a mixture of acetone with isopropyl alcohol and water at the ratio of (65-70):(4-5):(25-31). Drying is carried out on air for at least 48 hours. Blocks are burnt at 360-380°C for at least 1.5 hours.
EFFECT: even distribution of fissionable materials in a porous matrix, reduced time and simplified performance of a process cycle, improved efficiency.
6 cl, 1 dwg, 3 tbl

Description

Изобретение относится к области атомной техники и может быть использовано для изготовления тепловыделяющих элементов (твэлов) исследовательских ядерных реакторов.The invention relates to the field of nuclear engineering and can be used for the manufacture of fuel elements (fuel elements) of research nuclear reactors.

Известен способ введения соединения урана в матрицу при изготовлении твэла дисперсионного типа. В оболочку помещают дисперсионную композицию, содержащую взятые в соответствующих долях крупку материала матрицы и частицы делящегося материала. Такую сборку пропускают через нагреватель, где по мере прохождения сборки происходит локальное зонное плавление матричного материала и распределение делящегося материала в зоне расплава (в матрице). По мере выхода сборки из зоны нагревателя происходит направленная кристаллизация матричного материала, обеспечивающая беспористую матрицу и надежное сцепление дисперсионной композиции с внутренней поверхностью оболочки твэла. Для надежного обеспечения подпитки зоны расплава составляющими и равномерно-плотного распределения крупки в матрице сборку вибрируют. Процесс ведется в вакууме. Герметизация второго конца твэла осуществляется методами сварки после соответствующей механической и химической подготовки (патент РФ №2086015, G21C 21/02, опубл. 27.07.1997).A known method of introducing a uranium compound into a matrix in the manufacture of a dispersion type fuel element. The dispersion composition containing the grains of matrix material and particles of fissile material taken in appropriate fractions is placed in the shell. Such an assembly is passed through a heater, where as the assembly passes, local zone melting of the matrix material and distribution of fissile material in the melt zone (in the matrix) takes place. As the assembly leaves the heater zone, directional crystallization of the matrix material occurs, providing a non-porous matrix and reliable adhesion of the dispersion composition to the inner surface of the fuel cladding. To reliably ensure the replenishment of the melt zone with components and uniformly dense distribution of the grains in the matrix, the assembly is vibrated. The process is conducted in a vacuum. The sealing of the second end of the fuel rod is carried out by welding methods after appropriate mechanical and chemical preparation (RF patent No. 2086015, G21C 21/02, publ. 07.27.1997).

Недостатком способа является то, что полученная матрица практически не содержит пор, что вызывает трудность при компенсации распухания топлива. Кроме того, недостатком является сложность изготовления твэла.The disadvantage of this method is that the resulting matrix is practically free of pores, which causes difficulty in compensating for swelling of the fuel. In addition, the disadvantage is the complexity of the manufacture of the fuel rod.

Известен способ введения соединения урана в матрицу при изготовлении тепловыделяющего элемента ядерного реактора, в котором засыпают в металлическую оболочку материал, выполненный из частиц оксида алюминия, или частиц циркония, или частиц алюминий-циркониевого сплава, образующий нижнюю концевую пробку, затем засыпают смесь частиц уран-алюминиевого интерметаллидного соединения и частиц инертного разбавителя, и далее в оболочку засыпают материал из частиц оксида алюминия, или частиц циркония, или частиц алюминий-циркониевого сплава, образующий верхнюю концевую пробку. Поры между частицами заполняют алюминиевым сплавом, например сплавом состава Al+12% Si, или Al+12% Si+2% Ni. Оболочку с двух сторон герметизируют концевыми заглушками (патент РФ №2389089, опубл. 10.05.2010., Бюл. №13, МПК9 G21C 3/20).A known method of introducing a uranium compound into a matrix in the manufacture of a fuel element of a nuclear reactor, in which a material made of particles of aluminum oxide or particles of zirconium or particles of an aluminum-zirconium alloy forming a lower end plug is filled into a metal shell, then a mixture of particles of uranium an aluminum intermetallic compound and particles of an inert diluent, and then material from particles of aluminum oxide, or particles of zirconium, or particles of an aluminum-zirconium alloy, is poured into the shell, o razuyuschy upper end plug. The pores between the particles are filled with an aluminum alloy, for example, an alloy of the composition Al + 12% Si, or Al + 12% Si + 2% Ni. The shell on both sides is sealed with end caps (RF patent No. 2389089, publ. 05/10/2010., Bull. No. 13, IPC 9 G21C 3/20).

Недостатком способа является сложность достижения объемной равномерности распределения урана в матрице, а также то, что матрица практически не содержит пор, что вызывает трудность при компенсации распухания топлива. Кроме того, к недостаткам способа можно отнести многостадийность и сложность в изготовлении матрицы и твэла.The disadvantage of this method is the difficulty of achieving volumetric uniformity of the distribution of uranium in the matrix, as well as the fact that the matrix practically does not contain pores, which causes difficulty in compensating for the swelling of the fuel. In addition, the disadvantages of the method include multistage and complexity in the manufacture of the matrix and the fuel rod.

Известен также способ введения соединения урана в матрицу при изготовлении тепловыделяющего элемента ядерного реактора, в котором смесь частиц, содержащих делящийся изотоп в требуемом количестве, и частиц теплопроводящей матрицы прессуют в пористые блоки с объемом пор 5-30 об.%, которые помещают в герметичную металлическую оболочку. Для изготовления сердечника могут быть использованы частицы сплава урана с 9 мас.% молибдена, взятые в количестве 20-55 об.%, а матрица может быть изготовлена из порошка алюминия или циркония, взятого в количестве 35-60 об.% (патент РФ №2125305, опубл. 20.01.1999., МПК9 G21C 3/20). Данное техническое решение выбрано прототипом заявляемого способа.There is also known a method of introducing a uranium compound into a matrix in the manufacture of a fuel element of a nuclear reactor, in which a mixture of particles containing a fissile isotope in the required amount and particles of a heat-conducting matrix are pressed into porous blocks with a pore volume of 5-30 vol.%, Which are placed in a sealed metal shell. For the manufacture of the core, particles of uranium alloy with 9 wt.% Molybdenum taken in an amount of 20-55 vol.% Can be used, and the matrix can be made of aluminum or zirconium powder taken in an amount of 35-60 vol.% (RF patent No. 2125305, publ. 20.01.1999., IPC 9 G21C 3/20). This technical solution is selected as a prototype of the proposed method.

Недостатком этого способа является сложность изготовления матрицы с заданной величиной и равномерным распределением по матрице свободного объема для компенсации разбухания топлива.The disadvantage of this method is the difficulty of manufacturing a matrix with a given value and uniform distribution of free volume over the matrix to compensate for the swelling of the fuel.

Задачей настоящего изобретения является упрощение технологического цикла и повышение равномерности распределения делящихся материалов в пористой матрице, повышение производительности.The objective of the present invention is to simplify the process cycle and increase the uniformity of the distribution of fissile materials in the porous matrix, increase productivity.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в следующем:The technical result achieved using the present invention is as follows:

- равномерное распределение делящихся материалов в пористой матрице (±6÷10%);- uniform distribution of fissile materials in the porous matrix (± 6 ÷ 10%);

- уменьшение времени проведения технологического цикла, что значительно повышает производительность (в течение 1 часа готовят 6 блоков массой 3000 г каждый);- reducing the time of the technological cycle, which significantly increases productivity (6 blocks weighing 3000 g each are prepared within 1 hour);

- упрощение способа изготовления твэлов.- simplification of the manufacturing method of fuel rods.

Для решения указанной задачи и достижения технического результата предложен способ введения соединения урана в матрицу, в котором согласно изобретению соединение урана вводят в графитовую матрицу пропиткой пористого графитового блока раствором металлоорганического соединения урана в органическом растворителе или смеси органических растворителей с последующей сушкой и отжигом, при этом в качестве металлоорганического соединения урана используют β-дикетонат уранила.To solve this problem and achieve a technical result, a method for introducing a uranium compound into a matrix is proposed, in which according to the invention a uranium compound is introduced into a graphite matrix by impregnation of a porous graphite block with a solution of an organometallic uranium compound in an organic solvent or a mixture of organic solvents, followed by drying and annealing, Uranyl β-diketonate is used as the organometallic compound of uranium.

В качестве β-дикетоната уранила используют ацетилацетонат уранила.Uranyl acetylacetonate is used as uranyl β-diketonate.

В качестве растворителя используют ацетон или смесь ацетона с изопропиловым спиртом и водой в соотношении (65-70):(4-5):(25-31) Сушку проводят на воздухе в течение от 90 минут до 48 часов, а отжиг блоков проводят при температуре 360-380°С в течение не менее 1,5 часов.The solvent used is acetone or a mixture of acetone with isopropyl alcohol and water in the ratio (65-70) :( 4-5) :( 25-31) Drying is carried out in air for 90 minutes to 48 hours, and the blocks are annealed at temperature of 360-380 ° C for at least 1.5 hours.

Равномерность распределения металлоорганического соединения урана достигается за счет уменьшения влияния эффекта защемленного воздуха в пористой матрице при низкой температуре кипения растворителей, уменьшения вязкости и проведения процесса пропитки при вакуумировании. Использование простого оборудования, проведения процесса пропитки при остаточном вакууме (200-250 мм рт.ст.) обуславливает малые времена технологического цикла, что повышает производительность способа (в течение 1 часа пропитывания 6 блоков по 3000 г каждый, что при 6-часовом рабочем дне дает 30-36 блоков).The uniform distribution of the organometallic compound of uranium is achieved by reducing the effect of trapped air in the porous matrix at a low boiling point of the solvents, reducing the viscosity and carrying out the impregnation process under vacuum. The use of simple equipment, carrying out the impregnation process with a residual vacuum (200-250 mm Hg) leads to short times of the technological cycle, which increases the productivity of the method (within 1 hour of impregnation of 6 blocks of 3000 g each, which with a 6-hour working day gives 30-36 blocks).

На фиг.1 представлена схема распиливания блока для определения равномерности распределения урана.Figure 1 presents a block sawing scheme for determining the uniform distribution of uranium.

Блок распиливают на 24 части.The block is cut into 24 parts.

На фиг.1 показаны места пропилов 1-1, 2-1, 3-1, 4-1, 5-1.Figure 1 shows the locations of cuts 1-1, 2-1, 3-1, 4-1, 5-1.

Заявляемый способ введения соединения урана в графитовую матрицу реализован следующим образом.The inventive method of introducing a uranium compound into a graphite matrix is implemented as follows.

Графитовый блок протирают органическим растворителем для удаления жировых пятен, выдерживают в течение 2-3 минут и взвешивают с точностью до 0,01 г. Это первоначальный вес Р0 г. Затем блок насыщают водой под вакуумом, удаляют избыток влаги с поверхности фильтровальной бумагой и снова взвешивают. Это вес РН2О г.The graphite block is wiped with an organic solvent to remove grease stains, kept for 2-3 minutes and weighed to an accuracy of 0.01 g. This is the initial weight of P 0 g. Then the block is saturated with water under vacuum, the excess moisture is removed from the surface with filter paper and again weighed. This is the weight of P H2O g.

Пористость рассчитывают по формуле П=(РН2О0)/Р0*100%.Porosity is calculated by the formula P = (P H2O- P 0 ) / P 0 * 100%.

Затем блок сушат при температуре 250-300°С, охлаждают и взвешивают. Этот вес блока используется в дальнейших расчетах.Then the block is dried at a temperature of 250-300 ° C, cooled and weighed. This block weight is used in further calculations.

Для пропитки блоков ураном готовят раствор металлорганического соединения урана в органическом растворителе или смеси нескольких растворителей. Этот раствор заливается в стальную ванну, в которую помещается графитовый блок. Ванну герметично закрывают крышкой. Ванна откачивается в течение 10-15 секунд до остаточного давления 170-200 мм рт.ст. В этих условиях блок выдерживается в течение 7-10 минут. Затем ванна сообщается с атмосферой, кран закрывается и откачивание повторяется еще раз. Обычно трех операций (циклов) достаточно, чтобы все поровое пространство было заполнено урансодержащим раствором. Пропитанный блок извлекается и взвешивается для предварительной оценки количества поглощенного урана.To impregnate the blocks with uranium, a solution of an organometallic compound of uranium in an organic solvent or a mixture of several solvents is prepared. This solution is poured into a steel bath in which a graphite block is placed. The bath is sealed with a lid. The bath is pumped out for 10-15 seconds to a residual pressure of 170-200 mm Hg. Under these conditions, the block is aged for 7-10 minutes. Then the bath communicates with the atmosphere, the tap closes and pumping is repeated again. Usually, three operations (cycles) are enough to fill the entire pore space with a uranium-containing solution. The impregnated block is removed and weighed to estimate the amount of uranium absorbed.

При наличии одной ванны в течение одного часа изготавливается 6 блоков. Все блоки после извлечения сушатся, затем помещаются в печь с контролируемой температурой 360-380°С и выдерживаются в течение не менее 1,5 часов. После отжига блоки извлекают из печи, охлаждают и взвешивают. По привесу определяют количество окиси урана. Экспериментально доказано, что при использовании металлоорганического соединения урана в органическом растворителе (ацетон) или его смеси со спиртом (изопропиловым) и водой химической формой стабилизации урана является трехокись урана.If there is one bath, 6 blocks are made within one hour. After extraction, all the blocks are dried, then placed in a furnace with a controlled temperature of 360-380 ° C and kept for at least 1.5 hours. After annealing, the blocks are removed from the furnace, cooled and weighed. By weight gain determine the amount of uranium oxide. It has been experimentally proved that when using the organometallic compound of uranium in an organic solvent (acetone) or its mixture with alcohol (isopropyl) and water, the chemical form of stabilization of uranium is uranium trioxide.

Пример 1. Способ введения соединения урана в графитовую матрицу методом пропитки раствором ацетилацетоната уранила в ацетоне.Example 1. The method of introducing a compound of uranium into a graphite matrix by impregnation with a solution of uranyl acetylacetonate in acetone.

Растворяют ~210 грамм ацетилацетоната уранила в 800 мл ацетона. Гамма-спектрометрическим или гравиметрическим методом определяют концентрацию приготовленного раствора. Исходя из требуемых характеристик к конечному уран-графитовому блоку, рассчитывают концентрацию рабочего раствора по формуле:~ 210 grams of uranyl acetylacetonate are dissolved in 800 ml of acetone. The concentration of the prepared solution is determined by a gamma-spectrometric or gravimetric method. Based on the required characteristics for the final uranium-graphite block, the concentration of the working solution is calculated by the formula:

V р а с т в о р а = V 0 + T 0 * V 0 T 1 ( 1 )

Figure 00000001
, где V R but from t at about R but = V 0 + T 0 * V 0 T one ( one )
Figure 00000001
where

∑Vраствора - суммарный объем раствора, мл;∑V of solution — total volume of solution, ml;

V0 - исходный объем раствора, мл;V 0 - the initial volume of the solution, ml;

Т0, Т1 - титр исходного и требуемого растворов.T 0 , T 1 - titer of the initial and desired solutions.

Полученный раствор с концентрацией 55,6 мг/мл объемом 600 мл осторожно переносят в ванну для пропитки. В приготовленный раствор помещают графитовый блок весом 3008,72 грамм и пористостью 11,69% (объемных) и ванну закрывают крышкой. Систему откачивают до остаточного давления 170-200 мм рт.ст. В этих условиях блок выдерживают в течение ~60 секунд. После этого в ванну напускают воздух до атмосферного давления и повторяют процедуру вакуумирования до остаточного давления 170-200 мм рт.ст., выдерживают под вакуумом в течение 3-4 минут и соединяют с атмосферой. Данную процедуру повторяют еще один раз с промежуточной выдержкой под разряжением в течение 3-4 минут.The resulting solution with a concentration of 55.6 mg / ml in a volume of 600 ml was carefully transferred to the impregnation bath. A graphite block weighing 3,008.72 grams and a porosity of 11.69% (volume) is placed in the prepared solution and the bath is closed with a lid. The system is pumped out to a residual pressure of 170-200 mm Hg. Under these conditions, the block is held for ~ 60 seconds. After that, air is let into the bath to atmospheric pressure and the evacuation procedure is repeated to a residual pressure of 170-200 mm Hg, kept under vacuum for 3-4 minutes and combined with the atmosphere. This procedure is repeated one more time with intermediate holding under discharge for 3-4 minutes.

Пропитанный блок извлекается из ванны и выдерживается на воздухе в течение 2 минут, а затем взвешивается для определения массы поглощенного раствора.The impregnated block is removed from the bath and held in air for 2 minutes, and then weighed to determine the mass of the absorbed solution.

Блок сушится на воздухе 90 минут, после чего помещается в печь и отжигается при температуре 360-380°С в течение 1,5 часов. Готовый уран-графитовый блок имеет характеристики:The block is dried in air for 90 minutes, after which it is placed in an oven and annealed at a temperature of 360-380 ° C for 1.5 hours. The finished uranium-graphite block has the following characteristics:

m(блока)=3031,48 г;m (block) = 3031.48 g;

m(UO3 в блоке)=22,75 г.m (UO 3 in the block) = 22.75 g.

Пример 2. Способ изготовления твэла методом пропитки раствором ацетилацетоната уранила в смеси 70% об. ацетон: 30% об. вода.Example 2. A method of manufacturing a fuel element by impregnation with a solution of uranyl acetylacetonate in a mixture of 70% vol. acetone: 30% vol. water.

Растворяют ~183 грамма ацетилацетоната уранила в 800 мл ацетона. Гамма-спектрометрическим или гравиметрическим методом определяют концентрацию приготовленного раствора. Исходя из требуемых характеристик к конечному уран-графитовому блоку рассчитывают концентрацию рабочего раствора по формуле (1); она составляет 46,1 мг урана/мл, суммарный объем раствора составил 1932 мл. Соотношения объемов рассчитываем согласно формуле (2) и (3):~ 183 grams of uranyl acetylacetonate are dissolved in 800 ml of acetone. The concentration of the prepared solution is determined by a gamma-spectrometric or gravimetric method. Based on the required characteristics to the final uranium-graphite block, the concentration of the working solution is calculated by the formula (1); it is 46.1 mg of uranium / ml; the total volume of the solution was 1932 ml. Volume ratios are calculated according to the formula (2) and (3):

V а ц е т о н а = 0 , 7 * Σ V р а с т в о р а ( 2 )

Figure 00000002
V but c e t about n but = 0 , 7 * Σ V R but from t at about R but ( 2 )
Figure 00000002

V в о д а = 0 , 3 * Σ V р а с т в о р а ( 3 )

Figure 00000003
, где V at about d but = 0 , 3 * Σ V R but from t at about R but ( 3 )
Figure 00000003
where

Vацетона, Vвода - расчетное количество ацетона и воды, мл.V acetone , V water - estimated amount of acetone and water, ml.

В результате расчетов получаем следующие объемы:As a result of the calculations, we obtain the following volumes:

объем ацетона равен 1352 мл, а объем воды 580 мл. Полученный раствор с концентрацией 46,1 мг/мл объемом 600 мл и осторожно переносят в ванну для пропитки. В приготовленный раствор помещают графитовый блок весом 3024,39 грамм и пористостью 11,5%(объемных) и ванну закрывают крышкой. Систему откачивают до остаточного давления 170-200 мм рт.ст. В этих условиях блок выдерживают в течение ~60 секунд. После этого в ванну напускают воздух до атмосферного давления и повторяют процедуру вакуумирования до остаточного давления 170-200 мм рт.ст., выдерживают под вакуумом в течение 3 минут и соединяют с атмосферой. Данную процедуру повторяют еще один раз с промежуточной выдержкой под разряжением в течение 4 минут.the volume of acetone is 1352 ml, and the volume of water is 580 ml. The resulting solution with a concentration of 46.1 mg / ml in a volume of 600 ml and carefully transferred to the bath for impregnation. A graphite block weighing 3024.39 grams and a porosity of 11.5% (volume) is placed in the prepared solution, and the bath is closed with a lid. The system is pumped out to a residual pressure of 170-200 mm Hg. Under these conditions, the block is held for ~ 60 seconds. After that, air is let into the bath to atmospheric pressure and the evacuation procedure is repeated to a residual pressure of 170-200 mm Hg, kept under vacuum for 3 minutes and combined with the atmosphere. This procedure is repeated one more time with an intermediate exposure under vacuum for 4 minutes.

Пропитанный блок извлекается из ванны и выдерживается на воздухе в течение 2 минут, а затем взвешивается. Блок сушится на воздухе не менее 20 часов, после чего помещается в печь и отжигается при температуре 360-380°С в течение 1,5 часов. Готовый уран-графитовый блок имеет характеристики:The impregnated block is removed from the bath and held in air for 2 minutes and then weighed. The block is dried in air for at least 20 hours, after which it is placed in an oven and annealed at a temperature of 360-380 ° C for 1.5 hours. The finished uranium-graphite block has the following characteristics:

m(блока)=3037,82 г;m (block) = 3037.82 g;

m(UO3 блоке)=13,43 г.m (UO 3 block) = 13.43 g.

Пример 3. Способ введения соединения урана в графитовую матрицу методом пропитки раствором ацетилацетоната уранила в смеси 70% об. ацетон: 4% об. изопропилового спирта: 26% об вода. Растворяют 241,86 грамма ацетилацетоната уранила в 1500 мл ацетона. Гамма-спектрометрическим или гравиметрическим методом определяют концентрацию приготовленного раствора. Исходя из требуемых характеристик к конечному уран-графитовому блоку, рассчитывают концентрацию рабочего раствора по формуле (1), она составляет 47,1 мг урана/мл, суммарный объем раствора 2510 мл. Соотношения объемов рассчитывают согласно формулам: (2), (4) и (5):Example 3. The method of introducing a compound of uranium into a graphite matrix by impregnation with a solution of uranyl acetylacetonate in a mixture of 70% vol. acetone: 4% vol. isopropyl alcohol: 26% v / v. 241.86 grams of uranyl acetylacetonate are dissolved in 1500 ml of acetone. The concentration of the prepared solution is determined by a gamma-spectrometric or gravimetric method. Based on the required characteristics for the final uranium-graphite block, the concentration of the working solution is calculated by the formula (1), it is 47.1 mg of uranium / ml, the total solution volume is 2510 ml. The ratios of volumes are calculated according to the formulas: (2), (4) and (5):

V и з о п р о п и л о в ы й с п и р т = 0 , 0 4 * Σ V р а с т в о р а ( 4 )

Figure 00000004
, V and s about P R about P and l about at s th from P and R t = 0 , 0 four * Σ V R but from t at about R but ( four )
Figure 00000004
,

V в о д а = 0 , 2 6 * Σ V р а с т в о р а ( 5 )

Figure 00000005
, где V at about d but = 0 , 2 6 * Σ V R but from t at about R but ( 5 )
Figure 00000005
where

Vизопропиловый спирт - расчетное количество изопропилового спирта, мл.V isopropyl alcohol - the estimated amount of isopropyl alcohol, ml

В результате расчетов получают следующие объемы: объем ацетона 1753 мл, объем изопропилового спирта 100 мл, а объем воды 657 мл.As a result of the calculations, the following volumes are obtained: the volume of acetone is 1753 ml, the volume of isopropyl alcohol is 100 ml, and the volume of water is 657 ml.

Полученный раствор с концентрацией 47,1 мг/мл объемом 600 мл и осторожно переливают в ванну для пропитки. В приготовленный раствор помещают графитовый блок весом 3103,72 грамм и пористостью 10,4%(объемных) и ванну закрывают крышкой. Систему откачивают до остаточного давления 170-200 мм рт.ст. В этих условиях блок выдерживается в течении ~60 секунд. После этого в ванну напускают воздух до атмосферного давления и повторяют процедуру вакуумирования до остаточного давления 170-200 мм рт.ст., выдерживают под вакуумом в течение 2 минут и напускают воздух. Данную процедуру повторяют еще один раз с промежуточной выдержкой под разряжением в течение 3 минут. Пропитанный блок извлекается из ванны и выдерживается на воздухе в течение 2 минут, а затем взвешивается.The resulting solution with a concentration of 47.1 mg / ml in a volume of 600 ml and carefully poured into the bath for impregnation. A graphite block weighing 3103.72 grams and a porosity of 10.4% (volume) is placed in the prepared solution and the bath is covered with a lid. The system is pumped out to a residual pressure of 170-200 mm Hg. Under these conditions, the block is kept for ~ 60 seconds. After that, air is let into the bath to atmospheric pressure and the evacuation procedure is repeated to a residual pressure of 170-200 mm Hg, kept under vacuum for 2 minutes and air is let in. This procedure is repeated one more time with an intermediate exposure under vacuum for 3 minutes. The impregnated block is removed from the bath and held in air for 2 minutes and then weighed.

Блок сушится на воздухе не менее 48 часов, после чего помещается в печь и отжигается при температуре 360-380°С в течение 1,5 часов. Готовый уран-графитовый блок имеет характеристики:The block is dried in air for at least 48 hours, after which it is placed in an oven and annealed at a temperature of 360-380 ° C for 1.5 hours. The finished uranium-graphite block has the following characteristics:

m(блока)=3123,05 г;m (block) = 3123.05 g;

m(UO3 в блоке)=23,28 г.m (UO 3 in the block) = 23.28 g.

Для определения равномерности распределения урана изготовленный блок распиливали на части, как это показано на фиг.1. Из блока весом 805 грамм были получены 24 части весом примерно по 30-35 г. Кроме того, собиралась графитовая крошка, которая маркировалась и взвешивалась. Для получения объективных данных по содержанию урана части блока и крошка обрабатывались 3-4 раза концентрированной азотной кислотой, и растворы измерялись на γ-спектрометрической установке в стандартной геометрии. Полученные результаты приведены в таблицах 1 и 2.To determine the uniform distribution of uranium, the manufactured block was sawn into pieces, as shown in figure 1. 24 parts weighing approximately 30-35 g were obtained from a block weighing 805 grams. In addition, graphite chips were collected, which were marked and weighed. To obtain objective data on the uranium content, parts of the block and chips were treated 3-4 times with concentrated nitric acid, and the solutions were measured on a γ-spectrometer in standard geometry. The results are shown in tables 1 and 2.

Таблица №1Table number 1 Содержание урана в образцах графитовой крошкиUranium content in graphite chips № п/пNo. p / p № фрагментаFragment number Вес графитовой крошки, гWeight of graphite chips, g Найдено урана, мгFound uranium, mg Массовая доля урана, %Mass fraction of uranium,% б 0 , 9 5 = t б S n

Figure 00000006
b 0 , 9 5 = t b S n
Figure 00000006
1.one. 1-11-1 6,86.8 36,736.7 0,540.54 0,500±0,0520.500 ± 0.052 2.2. 1-21-2 4,24.2 22,722.7 0,540.54 3.3. 2-12-1 6,36.3 26,626.6 0,420.42 4.four. 2-22-2 4,64.6 24,424.4 0,530.53 5.5. 4-14-1 6,66.6 29,929.9 0,450.45 6.6. 5-15-1 5,85.8 28,928.9 0,520.52

Таблица №2Table number 2 Содержание урана в графитовых блокахUranium content in graphite blocks № п/пNo. p / p № блокаBlock number Масса блока, гUnit weight, g Найдено урана, мгFound uranium, mg Массовая доля урана, мгMass fraction of uranium, mg б 0 , 9 5 = t б S n

Figure 00000006
b 0 , 9 5 = t b S n
Figure 00000006
1.one. 1one 34,834.8 162,1162.1 0,460.46 0,46±0,030.46 ± 0.03 2.2. 4four 30,930.9 154,4154.4 0,50.5 3.3. 55 34,034.0 151,3151.3 0,450.45 4.four. 77 31,631.6 155,6155.6 0,490.49 5.5. 88 31,831.8 143,3143.3 0,450.45 6.6. 1010 30,830.8 118,1118.1 0,40.4 7.7. 1212 30,030,0 138,9138.9 0,460.46 8.8. 14fourteen 29,229.2 121,2121,2 0,410.41 9.9. 1717 31,231,2 123,7123.7 0,400.40 10.10. 18eighteen 33,033.0 133,0133.0 0,400.40 11.eleven. 2121 34,734.7 173,5173.5 0,510.51 12.12. 2222 32,332,3 154,6154.6 0,480.48

Для оценки равномерности распределения урана по глубине графитового блока из образца весом 750 г были взяты керны. Диаметр сверлений составлял 8,0 мм, а глубина сверлений 52 и 72 мм. Места взятия кернов выбирались произвольно. Полученная крошка анализировалась на содержание урана прямыми γ-спектрометрическими измерениями. Полученные данные приведены в таблице 3.To assess the uniform distribution of uranium over the depth of a graphite block, cores were taken from a sample weighing 750 g. The drilling diameter was 8.0 mm, and the drilling depth was 52 and 72 mm. The core locations were randomly selected. The resulting chips were analyzed for uranium content by direct γ-spectrometric measurements. The data obtained are shown in table 3.

Figure 00000007
Figure 00000007

На основании экспериментальных данных, приведенных в таблицах №1-3, можно сделать вывод: в результате проведенных экспериментов равномерность распределения урана в графитовом блоке составляет±6,5-10%.Based on the experimental data given in tables No. 1-3, we can conclude: as a result of the experiments, the uniformity of the distribution of uranium in the graphite block is ± 6.5-10%.

Claims (6)

1. Способ введения соединения урана в матрицу, отличающийся тем, что соединение урана вводят в графитовую матрицу пропиткой пористого графитового блока раствором металлоорганического соединения урана в органическом растворителе или смеси органических растворителей с последующей сушкой и отжигом, при этом в качестве металлоорганического соединения урана используют β-дикетонат уранила.1. A method of introducing a uranium compound into a matrix, characterized in that the uranium compound is introduced into the graphite matrix by impregnation of the porous graphite block with a solution of an organometallic compound of uranium in an organic solvent or a mixture of organic solvents, followed by drying and annealing, with β- being used as an organometallic compound uranyl diketonate. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве β-дикетоната уранила используют ацетилацетонат уранила.2. The method according to claim 1, characterized in that uranyl acetylacetonate is used as uranyl β-diketonate. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве растворителя используют смесь ацетона с изопропиловым спиртом и водой в соотношении 65-70:4-5:25-31.3. The method according to claim 1, characterized in that the solvent used is a mixture of acetone with isopropyl alcohol and water in a ratio of 65-70: 4-5: 25-31. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что сушку проводят на воздухе в течение не менее 48 ч.4. The method according to claim 1, characterized in that the drying is carried out in air for at least 48 hours 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что отжиг блоков проводят при температуре 360-380°С в течение не менее 1,5 ч.5. The method according to claim 1, characterized in that the blocks are annealed at a temperature of 360-380 ° C for at least 1.5 hours 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что химической формой стабилизации урана является трехокись урана. 6. The method according to claim 1, characterized in that the chemical form of stabilization of uranium is uranium trioxide.
RU2011144492/07A 2011-11-02 2011-11-02 Method to manufacture fuel element of nuclear reactor RU2491666C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011144492/07A RU2491666C2 (en) 2011-11-02 2011-11-02 Method to manufacture fuel element of nuclear reactor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011144492/07A RU2491666C2 (en) 2011-11-02 2011-11-02 Method to manufacture fuel element of nuclear reactor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011144492A RU2011144492A (en) 2013-05-10
RU2491666C2 true RU2491666C2 (en) 2013-08-27

Family

ID=48788623

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011144492/07A RU2491666C2 (en) 2011-11-02 2011-11-02 Method to manufacture fuel element of nuclear reactor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2491666C2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2568425C1 (en) * 2014-09-18 2015-11-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") Method of saturation of porous work pieces with metal oxides

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU362646A1 (en) * 1969-08-18 1972-12-30 ALL-UNION I
US7666463B1 (en) * 2004-06-29 2010-02-23 Sandia Corporation Methods for manufacturing porous nuclear fuel elements for high-temperature gas-cooled nuclear reactors
EP2243760A2 (en) * 2005-12-22 2010-10-27 Goodrich Corporation Oxidation inhibition of carbon-carbon composites

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU362646A1 (en) * 1969-08-18 1972-12-30 ALL-UNION I
US7666463B1 (en) * 2004-06-29 2010-02-23 Sandia Corporation Methods for manufacturing porous nuclear fuel elements for high-temperature gas-cooled nuclear reactors
US7899146B1 (en) * 2004-06-29 2011-03-01 Sandia Corporation Porous nuclear fuel element for high-temperature gas-cooled nuclear reactors
EP2243760A2 (en) * 2005-12-22 2010-10-27 Goodrich Corporation Oxidation inhibition of carbon-carbon composites

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
САМОЙЛОВ А.Г. и др. Тепловыделяющие элементы ядерных реакторов, учебное пособие для ВУЗов. - М.: Энергоатомиздат, с.27, 155-186. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011144492A (en) 2013-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sawatzky The diffusion and solubility of hydrogen in the alpha phase of Zircaloy-2
Vigeholm et al. Formation and decomposition of magnesium hydride
RU2491666C2 (en) Method to manufacture fuel element of nuclear reactor
JP5923521B2 (en) Uranium-molybdenum-based alloy powder that can be used for the production of nuclear fuel and targets for the production of radioisotopes
Anthony et al. Diffusion of gold and silver in thallium
Nakae et al. Irradiation induced volume change in UN2
Porai-Koshits et al. Low-angle x-ray scattering by glasses
Baldwin et al. Measurements of tritium and helium in fast neutron irradiated lithium ceramics using high temperature vacuum extraction
Bihr et al. A comparison between microsectioning studies of low‐temperature self‐diffusion in silver
US2835608A (en) Process of preparing uraniumimpregnated graphite body
Fidalgo et al. Aqueous leaching of ADOPT and standard UO2 spent nuclear fuel under H2 atmosphere
Haynes et al. The effect of reactor irradiation on the thermal decomposition of silver oxalate
RU2502141C1 (en) Uranium-gadolinium nuclear fuel and method for production thereof
Rothman The diffusion of gold in gamma uranium
Matzke Rare gas mobility in pure and doped potassium bromide
US2748034A (en) Method of depositing silver in an electrolytic anode and composition therefor
Cohen et al. Kinetics of the Reaction between Neptunium (IV) and Neptunium (VI) in a Mixed Solvent.
Kumar et al. Sodium diffusion in sodium borosilicate glass used for immobilization of high level liquid waste
DE964095C (en) Process for creating a fine-pored surface on glass or other silicate materials
JP2017044477A (en) Hydrogen embrittlement test solution and test method for steel using ammonium thiocyanate
JP7108787B2 (en) Uranium dioxide sintered body for nuclear fuel with improved fission gas trapping ability and manufacturing method
Nakahara et al. Electrochemical properties of zirconium in highly concentrated plutonium nitrate solution
Pletser et al. Immobilisation process for contaminated zeolitic ion exchangers from Fukushima
EP4137802A1 (en) Method for analyzing content and distribution of boron introduced into positive electrode active material
RU2772475C1 (en) Method for thermochemical treatment of cast single-crystal blades made of nickel alloys
点击 这是indexloc提供的php浏览器服务,不要输入任何密码和下载