Получение урановых таблеток из регенерированного сырья

Дьячкова С.Ю., Тарчигина Н.Ф.

Развитие ядерной индустрии невозможно без создания специальных материалов со специфическими свойствами, которые разделяются на два класса: функциональные и конструкционные. Функциональные материалы непосредственно участвуют в ядерном топливном цикле. К ним относятся: ядерное топливо и изделия с его участием.

Ядерное горючее – вещество, в котором протекают ядерные реакции деления с выделением полезной энергии. Ядерное топливо для энергетического реактора выбирается с учетом его ядерных и химических свойств, а также стоимости. В настоящее время технология ядерного топлива развивается в сторону повышения его безопасности, надёжности – за счёт создания дополнительных барьеров на пути распространения радиоактивных продуктов деления, а также обеспечения сохранности этих барьеров в любых режимах работы.

Для работы энергетических реакторов атомных электростанций используется керамическое топливо на основе UO₂ в виде таблеток получаемых методами порошковой металлургии.

Производство таблеток является сложным технологическим процессом, который в связи с возрастающими требованиями к качеству выпускаемой продукции, необходимо постоянно совершенствовать. В производственном цикле изготовления таблеток спекание является одной из ключевых операций,в которой ис­пользуются печи с шагающим подом фирмы BTU.

В существующей технологии спекания позво­ляющей получать продукцию, удовлетворяющую техническим требованиям, в тоже время имеется ряд проблем: сложность управления микроструктурой и значительная дисперсия таблеток по плотности. При изготовлении таблеток типа имеются трудности с получением (установленных) значений доспекаемости таблеток.

Для ре­шения этой проблемы были проведены эксперименты по оптимизации времени спекания. Ис­следованы четыре режима спекания с разным временем изотермической выдержки и с разным содержанием алюминия.

Сравнение результатов с установленными требованиями показало, что для данных порошков наиболее приемлемым является режим со временем изотермической выдержки 8,35 ч. На основании результатов технологического опробования проведена квалификация нового режима спекания, после чего были внесены изменения в технологический процесс изготовления таблеток. Время спекания должно быть не менее 8,3 ч при температуре не менее 1750 °С.

Кроме того исследовалась кинетика спекания таблеток из порошков диоксида урана, полученных разными методами. На одинаковых режимах были изготовлены две экспериментальные партии сырых таблеток, которые спекались при температуре 1710°С на трех режимах с разной продолжительностью времени изотермической выдержки: 4,18ч; 6,27ч; 12,54ч. После спекания проводился контроль относительной линейной усадки, плотности и микроструктуры, который подтвердил характер влияния времени изотермической выдержки на плотность, линейную усадку и средний размер зерна топливных таблеток. С увеличением времени спекания: относительная усадка таблеток растет; плотность таблеток и средний размер зерна увеличиваются.