Синтез уран-ториевых оксидных порошков в низкотемпературной плазме высокочастотного факельного разряда.
DOI:
https://doi.org/10.31489/2022No1/50-54Ключевые слова:
высокочастотный факельный разряд, плазма, порошок, ядерное топливо, уран, торий, анализ.Аннотация
В статье рассмотрен процесс плазмохимического синтеза уран-ториевых оксидных порошков для топлива нового поколения – дисперсионного ядерного топлива. В процессе исследований проводился расчет показателей горения исходных прекурсоров. Прекурсорами выступали водно-органические нитратные растворы, основу которых составляли нитраты уранила и тория (делящиеся компоненты), а также нитрат магния (материал матрицы). Органическим компонентом растворов выступал ацетон ввиду достаточно высокого значения теплотворной способности и хорошей взаимной растворимости. В ходе термодинамических расчетов были определены оптимальные режимы переработки исходных водно-органических нитратных растворов в низкотемпературной воздушной плазме. Данные режимы обеспечивают синтез топливных композиций необходимой стехиометрии без побочных примесей неокисленного углерода (сажи). Экспериментальные исследования по получению опытных партий порошков проведены на модельных смесях, в которых нитраты уранила и тория заменены на нитраты неодима и церия, которые находятся с ними в одной группе периодической таблицы. Процесс синтеза производился с использованием плазмохимического стенда, основу которого составлял высокочастотный плазмотрон факельного типа. Синтезированные порошки оксидных композиций подвергались ряду анализов, включая электронную микроскопию, гранулометрический анализ, рентгенофазовый анализ и БЭТ-анализ. Результаты анализов показали, что полученные порошки можно отнести к классу наноразмерных.
Библиографические ссылки
"1 Skorov D.M., Bychkov Yu.F., Dashkovsky A.M. Reactor material science. Moscow, 1979, 344 p. [in Russian]
SongT., WangY., ChangZ., GuoL. In-situfabrication of dispersion nuclear fuel pellets with acore-shell structure. Ann.Nucl. Energy. 2019, Vol. 35, pp. 258 – 262.
Alekseev S.V., Zaytsev V.A., Tolstoukhov S.S. Dispersion Nuclear Fuel. Moscow, 2015, 248 p.
Shelke A.V., Gera, B., Maheshwari N.K., Singh R.K. Theoretical studies on fuel dispersion and fireball formation associated with aircraft crash. Combust. Sci.Technol. 2018, Vol. 19, Iss. 12, pp. 2134 – 2163.
Кushtym A.V., Belash M.M., Zigunov V.V., Slabospitska O.O., Zuyok V.A. Dispersion fuel for nuclear research facilities. Probl. At. Sci. Technol. 2017, Vol. 108, Iss. 2, pp. 124 – 130.
Degueldre C., Paratte J.M. Concepts for an inert matrix fuel: An overview. J. Nucl. Mater. 1999, Vol.274, pp. 1–6.
Karengin A.G., Karengin A.A., Novoselov I.Y., Tikhonov A.E. Investigation of plasmachemical synthesis of oxide compositions for plutonium-thorium dispersion nuclear fuel. J. Phys. Conf. Ser. 2021, Vol. 1989, Article number 012005, pp. 1 – 5.
Bernadiner M.N., ShuryginA.P. Fire processing and disposal of industrial waste. Moscow, 1990, 304 p.
Novoselov I.Y., Karengin A.G., Shamanin I.V., Alyukov E.S., Gusev A.A. Plasmachemical synthesis of nanopowders of yttria and zirconia from dispersed water-salt-organic mixtures. AIP Conf. Proc. 2018, Vol. 1938, Article number 020010, pp. 1 – 7.
Kosmachev P.V., Abzaev Y.A., Vlasov V.A. Quantitative phase analysis of plasma-treated high-silica materials. Rus. Phys. J. 2018, Vol. 61, Iss. 2, pp. 264 – 269.
"
