Особенности взаимодействия топливной композиции уран-молибден-продукты деления с алюминиевой матрицей при наличии барьерных покрытий

• Автор: Шорников, Дмитрий Павлович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 144 с. : ил.

Оглавление
Введение
ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НИЗКООБОГАЩЕННЫХ ДИСПЕРСНЫХ ТОПЛИВНЫХ КОМПОЗИЦИЙ В ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РЕАКТОРАХ

1.1. Сравнение различных типов низкообогащенных высокоплотных топливных

композиций

1.2. Свойства уран-молибденовой топливной композиции

1.3. Реакторные испытания высокоплотной композиции

1Ь(9-10) мае. %Мо

1.4. Особенности механизма взаимодействия

в топливной композиции и-Мо-А

1.5. Различные подходы к снижению взаимодействия топливных уран-молибденовых гранул с алюминиевой матрицей
1.5.1. Легирование топлива и матрицы
1.5.2. Формирование на И-Мо гранулах защитных покрытий
1.5.3. Формирование на ТТ-Мо гранулах металлических
защитных покрытий
Выводы по главе
ГЛАВА 2. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ФАЗОВОГО И
КОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА УРАН-МОЛИБДЕНОВОГО ТОПЛИВА И МАТЕРИАЛА БАРЬЕРНОГО ПОКРЫТИЯ
2.1. Различные подходы к выбору материала барьерного покрытия
топливных уран-молибденовых гранул
2.2. Термодинамическая оценка устойчивости гетерограниц
«топливо - барьерный слой - алюминий»
2.3. Термодинамический расчет фазового и компонентного состава И—Мо топлива при больших уровнях выгорания
Выводы по главе
ГЛАВА 3. МОДЕЛЬНОЕ УРАН-МОЛИБДЕНОВОЕ ЯДЕРНОЕ ТОПЛИВО
3.1. Состав продуктов деления в Ц-Мо топливе
в зависимости от выгорания
3.2. Методика создания уран-молибденового
модельного ядерного топлива
3.3. Аттестация образцов модельного ядерного топлива и~Мо, и-Мо-Мт и и-Мо-Мт-(Сз, I)
3.4. Микротвердость фаз образцов и-Мо и и-Мо-Мт
3.5. Рентгеноструктурный анализ сплавов
модельного ядерного топлива
3.6. Теплопроводность уран-молибденового модельного
ядерного топлива
Выводы по главе
ГЛАВА 4. ПУТИ ЗАЩИТЫ УРАН-МОЛИБДЕНОВЬТХ ТОПЛИВНЫХ ГРАНУЛ
4.1. Термические испытания уран-молибденового модельного ядерного топлива с алюминиевой матрицей
4.2. Термические испытания молибденового барьерного покрытия с алюминиевой матрицей
Выводы по главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
Список литературы
Введение
Актуальность проблемы
В соответствии с Федеральными целевыми программами «Развитие атомного энергопромышленного комплекса», «Ядерные энерготехнологии нового поколения» предусматривается дальнейшее ускоренное развитие атомной энергетики на территории Российской Федерации.
В настоящее время наблюдается повышенный интерес к энергетическим реакторным установкам малой и особо малой мощности (АСММ). Основное назначение реакторных установок АСММ - получение тепловой и электрической энергии в течении длительного времени, кампания в этом случае может длиться 10-15 лет, что может быть достигнуто путем снижения энергонапряженности топлива приблизительно до 50 МВт/м2. При этом ключевым моментом продленной топливной кампании является повышение энерговыработки топлива, т.е. более глубокое выгорание, достигающее значений (120-150) ГВт-сут/т U.
Активизировались усилия по проектированию и строительству исследовательских ядерных реакторов (ИР) в странах третьего мира с небольшой и средней плотностью потока нейтронов (не более 1018 н/(м2-с)). Однако, согласно требованиям международной программы RERTR (Reduced Enrichment for Research and Test Reactors) для обеспечения режима нераспространения ядерных материалов в указанных типах реакторов необходимо использовать только топливо пониженного обогащения (не более 20% по изотопу 235U).
Основным назначением исследовательских реакторов является получение потоков нейтронов высокой плотности, поэтому ИР эксплуатируются при весьма больших удельных мощностях энерговыделения активной зоны и высоких выгораниях (до 200 ГВт-сут/т U). В этой связи можно заключить, что основные эксплуатационные характеристики АСММ и ИР в значительной степени определяются тепловыделяющими элементами (твэлами). Таким образом ставится задача создать новое поколение дисперсных твэлов с большей загрузкой по ядерному топливу, более низким обогащением, повышенными эксплуатацион-
Начальная температура оболочек твэла ТBOL , “С
Рис. 1.11. Влияние параметров эксплуатации твэлов на стабильность топливных сердечников с уран-молибденовым топливом для начальных скоростей деления топлива yBOL: 1 — 6‘ 1014; 2- 5’1014; З-4'IO14; 4-З’Ю14;
5 — 2-10% 6- 1 • 1014 дел./(см3-с) [30]
Также сравнение приведенных в работе [29] результатов с данными исследований RERTR и IRIS показало одинаковый характер поведения (U,Mo)+Al топлива в реакторных условиях, который не зависит от технологии изготовления дисперсного топлива.
1.4. Особенности механизма взаимодействия в топливной композиции
U—Мо-А
Следует отметить, что в настоящий момент не имеется единого представления о механизмах разрушения твэлов. Общепринятой считается теория, связанная с образованием пористости на границе слой взаимодействия - матрица, что ведет к слиянию и росту пор и образованию вздутий на оболочке твэла [31-35].
При рассмотрении динамики взаимодействия U—Мо топлива с алюминием в процессе облучения можно отметить, что за стадией относительно равномерного распухания топлива через какое-то время начинается стадия ускоренного распухания. Она сопровождается отслоением матрицы, образованием сквозной пористости и так называемых вздутий, и приводит к быстрому разрушению твэла [36-38]. На этой стадии наибольшую роль играет поведение газо-