Кислородный потенциал легированного и модельного оксидного ядерного топлива

• Автор: Иванова, Наталья Анатольевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 197 с. : ил.

Глава 1. Термодинамические свойства оксидного топлива.

Обіор литературных данных

1.1.Диаграмма состояния системы уран-кислород

1.2.Кислородный потенциал диоксида урана

1.3. Типы дефектов кристаллической структуры диоксида урана ПОцх

1.3.1.1102 с дефицитом кисюрода

1.3.2.1102 с избытком киезорода

1.3.3.Стехиометрический 1102

1.4.Методы исезедования термодинамических свойств и

термодинамические свойства оксидного ядерного топлива

1.4.1. Методы иссзедования термодинамических свойств

оксидного ядерного топлива, легированного различивши элементами
1.4.1.1. Термогравиметрический метод
1.4.1.2. Спектрометрический метод
1.4.1.3.Метод эдс твердоэлектролитной гальванической ячейки
1.4.2. Термодинамические свойства диоксида урана,
легированного оксидом плутония
1.4.3.Термодинамические свойства диоксида урана,
легированного оксидом церия '
1.4.3.1. Система церий-киезород
1.4.3.2.Диаграмма состояния системы урап-церий-киезород
1.4.3.3. Термодинамические свойства смешанныхуран-цериевых оксидов
1.4.4. Термодинамические свойства диоксида урана,
легированного оксидом ниобия
1.4.5. Термодинамические свойства диоксида урана,
легированного оксидом лантана
1.4.6.Тер.иодипамические свойства модельных образцов оксидного топлива, имитирующего большие глубины выгорания
1.4.6.1. Состояние и поведение твердых продуктов деления
в оксидных сердечниках твэлов
1.4.6.2.Изменение термодинамических свойств оксидного ядерного топлива
на основе диоксида урана в зависимости от выгорания
1.4.6.3. Термодинамические свойства модельного оксидного топлива
с добавлением продуктов дезения лантаноидной группы
1.4.6.4.Влияние растворимых в диоксиде урана редкоземезьных продуктов дезения па киезородпый потенциал оксидного топлива

Глава 2. Материалы її методика исследования термодинамических своїіств оксидного ядерного топлива, легированного различными элементами
2.1.Состав исследованных образцов, содержащие оксид церия
и оксиды алюминия, кремния и ниобия
2.2.Получение и аттестация образцов на основе диоксида урана
с добавками ниобия или церия
2.3.Получение и аттестация образцов модельного оксидного ядерного
топлива для исследований
2.3.1. Спектр концентраций продуктов деления
2.3.2.Химическое состояние продуктов деления в оксидном ядерном топливе
2.3.3. Выбор состава и структурных характеристик модельного оксидного ядерного топлива
2.3.4.Получение образцов модельного оксидного ядерного топлива
для исследований 69 *
2.3.5.Аттестация образцов модельного оксидного ядерного топлива
2.4.Керамографические исследования образцов на основе диоксида урана
2.5.Рентгеновский анализ исследованных образцов
2.6. Установка для исследования термодинамических свойств оксидного ядерного топлива, легированного различными элементами, методами эдс твердоэлектролитной гальванической ячейки и твердофазного кулонометрического титрования
2.7. Выводы
Глава 3. Экспериментальное исследование термодинамических свойств
модельного и легированного оксидного ядерного топлива
3. I.Экспериментальное исследование термодинамических свойств модельного оксидного ядерного топлива на основе диоксида урана, содержащего растворимые в матрице топлива имитаторы продуктов деления, с эквивалентным выгоранием 60 МВтсут/кгЦ
3.1.1.Концентрационные и температурные зависимости кислородного потенциала модельного оксидного топлива на основе диоксида урана с добавлением растворимых в матрице топлива имитаторов продуктов деления
3.1.2.Концентрационные зависимости энтальпии и энтропии растворения кислорода в модельном оксидном ядерном топливе на основе диоксида урана
с добавлением растворлшых в матрице топлива продуктов деления
ЗА.З.Определение типов кислородных дефектов в модельном оксидном
топливе на основе диоксида урана, содержащем растворимые в матрице топлива имитаторы продуктов деления
3.1.4.Выводы

3.2.Экспеуиментальнпе исследование термодинамических свойств
УО->. легированного оксидом ниобия
3.2.1.Концентрационные и температурные зависимости кислородного потенциала диоксида урана, легированного оксидом ниобия
3.2.2.Концентрационные зависимости энтальпии и энтропии растворения кислорода в диоксиде урана, легированного оксидом ниобия
3.2.3. Определение типов кислородных дефектов в диоксиде урана, легированном оксидом ниобия
3.2.4.Выводы
З.З.Экспеоиментальное исследование термодинамических свойств 1/0?.
легированного оксидом церия
3.3.1.Концентрационные и температурные зависимости кислородного потенциала диоксида урана, легированного оксидом церия
3.3.2.Концентрационные зависимости энтальпии и энтропии растворения кислорода в диоксиде урана, легированного оксидом церия
З.З.З.Определение типов кислородных дефектов в диоксиде урана,
легированном оксидом церия
3.3.4.Выводы
Глава 4. Термодинамическая модель диоксида урана,
содержащего добавки растворимых элементов
4.1.Аналитические зависимости кислородного потенциала исследованных образцов
4.2,Основные положения для описания процессов дефектообразования
4.2.1. Основные положения термодинамической модели диоксида урана, содержащего добавки растворимых элементов, ІІі.уМе}02±с
4.3.Квазихичическая модель реакций дефектов диоксида урана,
содержащего добавки растворимых элементов
4.3.1.Расчет константы равновесия
4.4.Дефектная модель уран-цериевых оксидов
4.5.Выводы
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Химическое состояние продуктов деления. Вероятность нахождения продуктов деления в топливной матрице в виде элементов или оксидов зависит от разности между свободной энергией образования оксида продукта деления и кислородным потенциалом, который для смешанных оксидов урана и плутония лежит между -170 и -670 кДж/моль [52].
Рис. 1.35. Зависимость свободной энергии Гиббса образования оксидов продуктов деления, а также кислородного потенциал /Юга и (и,Ри)Огы от температуры [52]
Температурные зависимости энергии образования оксидов продуктов деления, имеющих большой выход, изображены на рис. 1.35 [96,97]. Их сравнение с температурными зависимостями кислородного потенциала смешанного уран-плутониевого оксида с различными значениями О/М, которые представлены на том же рисунке, позволяет определить химическое состояние продукта деления. Если свободная энергия образования оксида продукта деления лежит ниже кислородного потенциала топлива, то этот продукт деления будет образовывать оксид, если же она лежит выше - то продукт деления будет существовать в виде металла. Таким образом, можно установить химическое состояние большей части продуктов деления. Исключения представляет молибден, свободная энергия образования оксида которого М0О2 близка к свободной энергии образования смешанного оксидного топлива. Поэтому он может находиться в топливной матрице как в виде металла, так и в виде оксида. При низких кислородных потенциалах, характерных для достехиометрического топлива, молибден существует в металлическом состоянии, а при высоких кислородных потенциалах, характерных для застехиометрического топлива, - в виде оксида М0О2. В около-стехиометрическом топливе молибден находится частично в виде металла в