RU2307406C1 - Research reactor fuel element - Google Patents
Research reactor fuel element Download PDFInfo
- Publication number
- RU2307406C1 RU2307406C1 RU2006111810/06A RU2006111810A RU2307406C1 RU 2307406 C1 RU2307406 C1 RU 2307406C1 RU 2006111810/06 A RU2006111810/06 A RU 2006111810/06A RU 2006111810 A RU2006111810 A RU 2006111810A RU 2307406 C1 RU2307406 C1 RU 2307406C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- coating
- fuel cell
- zirconium
- uranium
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
Description
1. Область техники, к которой относится изобретение.1. The technical field to which the invention relates.
Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к конструкции топливного элемента исследовательского ядерного реактора. Такие топливные элементы предназначены для размещения в алюминиевой матрице сердечника тепловыделяющего элемента.The invention relates to the field of nuclear energy, in particular to the design of a fuel cell for a research nuclear reactor. Such fuel cells are designed to be placed in the aluminum matrix of the core of the fuel element.
2. Уровень техники.2. The prior art.
Известен топливный элемент исследовательского ядерного реактора, выполненный в виде сферической частицы из диоксида урана, предназначенной для размещения в алюминиевой матрице. (см., например, А.С.Займовский, В.В.Калашников, И.С.Головин, "Тепловыделяющие элементы атомных реакторов", Госатомиздат, Москва, 1962, с.254).Known fuel cell research nuclear reactor, made in the form of a spherical particle of uranium dioxide, intended for placement in an aluminum matrix. (see, for example, A.S. Zaimovsky, V.V. Kalashnikov, I.S. Golovin, "Fuel elements of atomic reactors", Gosatomizdat, Moscow, 1962, p. 254).
Такой топливный элемент не позволяет обеспечить в композиции твэла, при принятой технологии изготовления, концентрацию урана более 4,5 г/см3, что затрудняет решить проблему снижения обогащения по 235U до 19,5% в исследовательских реакторах.Such a fuel cell does not make it possible to provide a uranium concentration of more than 4.5 g / cm 3 in the composition of a fuel element, with the accepted manufacturing technology, which makes it difficult to solve the problem of reducing enrichment by 235 U to 19.5% in research reactors.
С предлагаемым техническим решением этот топливный элемент совпадает по следующим существенным признакам:With the proposed technical solution, this fuel cell matches the following essential features:
- сферическая топливная частица,- spherical fuel particle,
- частица предназначена для размещения в алюминиевой матрице.- the particle is intended for placement in an aluminum matrix.
Известен также топливный элемент исследовательского ядерного реактора, выполненный в виде уран-молибденовой сферической частицы размером 50-200 мкм, предназначенной для размещения в алюминиевой матрице (см., например, М.И.Солонин, А.В.Ватутин и др., "Разработка способа измельчения высокоплотного топлива для исследовательских реакторов", "Избранные труды ВНИИНМ", т.1, Москва, 2002, с.201-203).Also known is a fuel cell of a research nuclear reactor made in the form of a 50-200 μm uranium-molybdenum spherical particle intended for placement in an aluminum matrix (see, for example, M.I.Solonin, A.V. Vatutin et al., " Development of a method for grinding high-density fuel for research reactors "," Selected Works of VNIINM ", v.1, Moscow, 2002, pp. 201-203).
Недостатком такого топливного элемента является, прежде всего, образование на границе между уран-молибденовой частицей и матрицей продуктов взаимодействия, имеющих меньшую плотность, чем взаимодействующие материалы, что, наряду с повышенным газовыделением, приводит к значительным локальным формоизменениям твэла. Кроме того, вбитые в матрицу на глубину примерно 13 мкм продукты деления, диффузно распространяются в ней и, следовательно, увеличивают вероятность загрязнения теплоносителя при разгерметизации твэла.The disadvantage of such a fuel cell is, first of all, the formation at the interface between the uranium-molybdenum particle and the matrix of interaction products having a lower density than the interacting materials, which, along with increased gas evolution, leads to significant local formations of the fuel element. In addition, fission products driven into the matrix to a depth of approximately 13 μm diffuse in it and, therefore, increase the likelihood of contamination of the coolant during depressurization of a fuel element.
С предлагаемым техническим решением этот топливный элемент совпадает по следующим существенным признакам:With the proposed technical solution, this fuel cell matches the following essential features:
- сферическая топливная частица,- spherical fuel particle,
- частица выполнена из уран-молибденового сплава,- the particle is made of a uranium-molybdenum alloy,
- частица предназначена для размещения в алюминиевой матрице,- the particle is intended to be placed in an aluminum matrix,
- размер частицы 50-200 мкм.- particle size of 50-200 microns.
По совокупности существенных признаков последний топливный элемент наиболее близок к заявляемому устройству и выбран в качестве прототипа.In the aggregate of essential features, the last fuel cell is closest to the claimed device and is selected as a prototype.
3. Сущность изобретения3. The invention
Предлагаемый топливный элемент исследовательского ядерного реактора выполнен в виде уран-молибденовой сферической частицы размером 50-200 мкм, предназначенной для размещения в алюминиевой матрице, на которую нанесено покрытие из циркония толщиной 3-5 мкм.The proposed fuel cell research nuclear reactor is made in the form of a uranium-molybdenum spherical particle with a size of 50-200 microns, designed to be placed in an aluminum matrix, which is coated with zirconium with a thickness of 3-5 microns.
От прототипа это устройство отличается тем, что на частицу нанесено покрытие из циркония толщиной 3-5 мкм.This device differs from the prototype in that the particle is coated with zirconium 3-5 microns thick.
Указанное отличие обеспечивает совместимость уран-молибденового топлива с алюминиевой матрицей, что позволяет достигнуть большего выгорания без формоизменения твэла.This difference ensures the compatibility of uranium-molybdenum fuel with an aluminum matrix, which allows to achieve greater burn-out without fuel element formation.
В развитие заявляемого топливного элемента предлагается топливный элемент, в котором на топливную частицу с циркониевым покрытием нанесено покрытие из алюминия. Такое решение повышает выход годных твэлов за счет дистанционирования топливных частиц и снижения вероятности их непосредственного контакта при прессовании топливной композиции.In development of the inventive fuel cell, a fuel cell is proposed in which an aluminum coating is applied to a zirconium-coated fuel particle. This solution increases the yield of fuel elements due to the spacing of the fuel particles and reduce the likelihood of their direct contact when pressing the fuel composition.
В развитие заявляемой конструкции предлагается топливный элемент, в котором на покрытии из циркония или между покрытиями из циркония и алюминия сформировано покрытие из интерметаллида ZrAl3 толщиной 8-10 мкм. Введение этого покрытия позволяет локализовать в нем продукты деления, выделяющиеся из уран-молибденового топлива, поскольку их подвижность в указанном интерметаллиде (температура плавления 1560°С) существенно ниже их подвижности в алюминии (температура плавления 660°С).In development of the claimed design, a fuel cell is proposed in which a coating of ZrAl 3 intermetallic with a thickness of 8-10 μm is formed on a zirconium coating or between zirconium and aluminum coatings. The introduction of this coating makes it possible to localize fission products from uranium-molybdenum fuel in it, since their mobility in the indicated intermetallic compound (melting point 1560 ° С) is significantly lower than their mobility in aluminum (melting point 660 ° С).
Также в развитие заявляемой конструкции предлагается топливный элемент, в котором, наряду с введением покрытия из интерметаллида ZrAl3, между покрытиями из интерметаллида ZrAl3 и циркония сформирован буферный слой из интерметаллидов ZrnAlm системы Zr-Al, где n≥2, m≠3. Введение буферного слоя из более прочных, нежели ZrAl3, интерметаллидов, позволяет увеличить в топливной частице сжимающие напряжения и тем уменьшить распухание.Also in development of the claimed design, a fuel cell is proposed in which, along with the introduction of a ZrAl 3 intermetallic coating, between the coatings of ZrAl 3 intermetallic and zirconium, a buffer layer of Zr n Al m intermetallic compounds of the Zr-Al system is formed, where n≥2, m ≠ 3. The introduction of a buffer layer of stronger than ZrAl 3 intermetallic compounds makes it possible to increase compressive stresses in the fuel particle and thereby reduce swelling.
В дальнейшее развитие всех заявляемых конструкций предлагается топливный элемент, в котором топливные частицы имеют размер 100-150 мкм и выполнены с пористостью Р[%]=(1,1-1,3)В[%], где В[%] - заданное выгорание тяжелых атомов.In further development of all the claimed designs, a fuel cell is proposed in which the fuel particles have a size of 100-150 μm and are made with porosity P [%] = (1.1-1.3) B [%], where B [%] is the specified burnout of heavy atoms.
Выбор указанных размеров топливных частиц и их пористости обеспечивает повышение геометрической стабильности твэла за счет компенсации "твердого" расширения ядерного топлива его пористостью.The choice of the indicated sizes of fuel particles and their porosity provides an increase in the geometric stability of a fuel rod by compensating for the "solid" expansion of nuclear fuel by its porosity.
4. Перечень фигур4. List of figures
Фиг.1. - Чертеж топливного элемента исследовательского ядерного реактора:Figure 1. - Drawing of a fuel cell research nuclear reactor:
1 - уран-молибденовая сферическая частица;1 - uranium-molybdenum spherical particle;
2 - покрытие из циркония;2 - zirconium coating;
3 - покрытие из алюминия;3 - coating of aluminum;
4 - покрытие из интерметаллида ZrAl3;4 - coating of intermetallic ZrAl 3 ;
5 - буферный слой из ZrnAlm системы Zr-Al, где n≥2, m≠3.5 - buffer layer of Zr n Al m of the Zr-Al system, where n≥2, m ≠ 3.
Фиг.2. - Шлиф топливного элемента:Figure 2. - Fuel cell thin section:
1 - сферическая уран-молибденовая частица;1 - spherical uranium-molybdenum particle;
2 - покрытие из циркония.2 - zirconium coating.
5. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.5. Information confirming the possibility of carrying out the invention.
Возможность осуществления изобретения проиллюстрируем конкретным примером. На фиг.1 приведен чертеж топливного элемента исследовательского ядерного реактора, состоящего из уран-молибденовой сферической частицы 1 размером в диапазоне 100-150 мкм, покрытия из циркония 2 толщиной 3-5 мкм, покрытия из алюминия 3, покрытие 4 из интерметаллида ZrAl3 толщиной 8-10 мкм и буферного слоя 5 из ZrnAlm системы Zr-Al, где n≥2, m≠3.The possibility of carrying out the invention is illustrated by a specific example. Figure 1 shows a drawing of a fuel cell of a research nuclear reactor, consisting of a uranium-molybdenum
Все покрытия наносятся и формируются при вакуумном магнетронном распылении соответствующих мишеней. В качестве примера на фиг.2 показан шлиф сферической уран-молибденовой частицы 1 с нанесенным покрытием 2 из циркония.All coatings are applied and formed by vacuum magnetron sputtering of the corresponding targets. As an example, FIG. 2 shows a thin section of a spherical uranium-
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006111810/06A RU2307406C1 (en) | 2006-04-12 | 2006-04-12 | Research reactor fuel element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006111810/06A RU2307406C1 (en) | 2006-04-12 | 2006-04-12 | Research reactor fuel element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2307406C1 true RU2307406C1 (en) | 2007-09-27 |
Family
ID=38954311
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006111810/06A RU2307406C1 (en) | 2006-04-12 | 2006-04-12 | Research reactor fuel element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2307406C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2689333C1 (en) * | 2016-01-21 | 2019-05-27 | Цинхуа Юниверсити | Spherical fuel cell formation device |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2112287C1 (en) * | 1996-07-30 | 1998-05-27 | Государственный научный центр РФ "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им.акад.А.А.Бочвара" | Fuel element for water-moderated power reactors |
| US5978432A (en) * | 1998-04-17 | 1999-11-02 | Korea Atomic Energy Research Institute | Dispersion fuel with spherical uranium alloy, and the fuel fabrication process |
| RU2248053C1 (en) * | 2003-06-20 | 2005-03-10 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Nuclear fuel granule simulator |
-
2006
- 2006-04-12 RU RU2006111810/06A patent/RU2307406C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2112287C1 (en) * | 1996-07-30 | 1998-05-27 | Государственный научный центр РФ "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им.акад.А.А.Бочвара" | Fuel element for water-moderated power reactors |
| US5978432A (en) * | 1998-04-17 | 1999-11-02 | Korea Atomic Energy Research Institute | Dispersion fuel with spherical uranium alloy, and the fuel fabrication process |
| RU2248053C1 (en) * | 2003-06-20 | 2005-03-10 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Nuclear fuel granule simulator |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2689333C1 (en) * | 2016-01-21 | 2019-05-27 | Цинхуа Юниверсити | Spherical fuel cell formation device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20220139578A1 (en) | Method for fabricating a composite moderator | |
| RU2723561C2 (en) | Method of producing completely ceramic microencapsulated nuclear fuel | |
| US20230170104A1 (en) | PROCESS FOR RAPID PROCESSING OF SiC AND GRAPHITIC MATRIX TRISO-BEARING PEBBLE FUELS | |
| US20120314831A1 (en) | Light Water Reactor TRISO Particle-Metal-Matrix Composite Fuel | |
| EP3437106B1 (en) | Enhancing toughness in microencapsulated nuclear fuel | |
| WO2006076039A2 (en) | Multi-layered ceramic tube for fuel containment barrier and other applications in nuclear and fossil power plants | |
| WO2012047657A2 (en) | Ceramic-ceramic composites and process therefor, nuclear fuels formed thereby, and nuclear reactor systems and processes operated therewith | |
| Nogita et al. | Formation of pellet-cladding bonding layer in high burnup BWR fuels | |
| RU2307406C1 (en) | Research reactor fuel element | |
| Battistini et al. | Residual stresses in as-manufactured TRISO Coated Particle Fuel (CPF) | |
| US9466398B2 (en) | Ceramic-ceramic composites and process therefor, nuclear fuels formed thereby, and nuclear reactor systems and processes operated therewith | |
| US20230059151A1 (en) | Ceramic matrix composites enable through metal halide assisted sintering | |
| WO2019231046A1 (en) | Uranium dioxide pellets having excellent fission gas adsorbing property and manufacturing method therefor | |
| EP3743926B1 (en) | Composite moderator for nuclear reactor systems | |
| RU2119199C1 (en) | Absorbing core of nuclear reactor control element | |
| RU2139581C1 (en) | Composition material for fuel cores of dispersion fuel elements | |
| RU2383953C2 (en) | Nuclear reactor micro-fuel cell | |
| Liu et al. | The Research on Accident Tolerant Fuel in CGN | |
| RU2313142C1 (en) | Cermet fuel element of water-moderated water cooled reactor | |
| CA3164115C (en) | Ceramic matrix composites enable through metal halide assisted sintering | |
| RU2369925C1 (en) | Coated fuel particle for nuclear reactor | |
| Mills et al. | Irradiation effects on dispersion type BeO-UO2 fuels for ebor | |
| Chen et al. | Composite fuels and transmutation targets | |
| WO2023130356A1 (en) | High-uranium-density atf nuclear fuel pellet and preparation method therefor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090413 |