RU2007149499A - HIGH-BURNING NUCLEAR FUEL TABLET AND METHOD FOR ITS MANUFACTURE (OPTIONS) - Google Patents

Abstract

1. Таблетка ядерного топлива высокого выгорания на основе диоксида урана, которая содержит оксиды алюминия и кремния, равномерно распределенные по всему объему таблетки, причем по отношению к урану содержание алюминия составляет от 0,005 до 0,03 мас.%, кремния от 0,003 до 0,02 мас.%, массовое отношение алюминия к кремнию находится в диапазоне от 1,5 до 4, размер зерна диоксида урана составляет от 20 до 45 мкм. ! 2. Таблетка по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит оксид гадолиния, который в виде твердого раствора с диоксидом урана равномерно распределен по всему объему таблетки, причем содержание оксида гадолиния по отношению к диоксиду урана составляет от 0,3 до 10,0 мас.%. ! 3. Таблетка по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит оксид эрбия, который в виде твердого раствора с диоксидом урана равномерно распределен по всему объему таблетки, причем содержание эрбия по отношению к диоксиду урана составляет от 0,3 до 0,8 мас.%. ! 4. Способ получения таблетки ядерного топлива высокого выгорания на основе диоксида урана по пп.1-3, в соответствии с которым готовят порошок диоксида урана, порошки оксидов алюминия и кремния и пластификатор в виде водного раствора, например, поливинилового спирта и глицерина, порошок оксида алюминия предварительно прокаливают на воздухе при температуре от 700 до 800°С, порошки оксидов алюминия и кремния измельчают до размера частиц менее 40 мкм, вводят в пластификатор и формируют смесь, перемешивают порошок диоксида урана и полученную смесь, готовят пресс-порошок, проводят прессование таблеток, их высокотемпературное спекание и шлифование. ! 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что дополнительн1. A tablet of high-burnup nuclear fuel based on uranium dioxide, which contains oxides of aluminum and silicon, uniformly distributed throughout the entire volume of the tablet, and with respect to uranium, the content of aluminum is from 0.005 to 0.03 wt.%, Silicon is from 0.003 to 0, 02 wt%, the mass ratio of aluminum to silicon is in the range from 1.5 to 4, the grain size of uranium dioxide is from 20 to 45 μm. ! 2. The tablet according to claim 1, characterized in that it additionally contains gadolinium oxide, which in the form of a solid solution with uranium dioxide is uniformly distributed throughout the entire volume of the tablet, and the content of gadolinium oxide relative to uranium dioxide is from 0.3 to 10, 0 wt%. ! 3. A tablet according to claim 1, characterized in that it additionally contains erbium oxide, which in the form of a solid solution with uranium dioxide is uniformly distributed throughout the entire volume of the tablet, and the erbium content in relation to uranium dioxide is from 0.3 to 0.8 wt%. ! 4. A method of producing a tablet of high-burnup nuclear fuel based on uranium dioxide according to claims 1 to 3, according to which a powder of uranium dioxide, powders of aluminum and silicon oxides and a plasticizer in the form of an aqueous solution, for example, polyvinyl alcohol and glycerin, an oxide powder are prepared aluminum is pre-calcined in air at a temperature of 700 to 800 ° C, powders of aluminum and silicon oxides are crushed to a particle size of less than 40 μm, introduced into a plasticizer and a mixture is formed, the uranium dioxide powder and the resulting mixture are mixed, a press powder is prepared, and tablets are pressed , their high-temperature sintering and grinding. ! 5. The method according to claim 4, characterized in that the additional

Claims (15)

1. Таблетка ядерного топлива высокого выгорания на основе диоксида урана, которая содержит оксиды алюминия и кремния, равномерно распределенные по всему объему таблетки, причем по отношению к урану содержание алюминия составляет от 0,005 до 0,03 мас.%, кремния от 0,003 до 0,02 мас.%, массовое отношение алюминия к кремнию находится в диапазоне от 1,5 до 4, размер зерна диоксида урана составляет от 20 до 45 мкм.1. A tablet of high-burnup nuclear fuel based on uranium dioxide, which contains aluminum and silicon oxides uniformly distributed throughout the tablet, moreover, with respect to uranium, the aluminum content is from 0.005 to 0.03 wt.%, Silicon from 0.003 to 0, 02 wt.%, The mass ratio of aluminum to silicon is in the range from 1.5 to 4, the grain size of uranium dioxide is from 20 to 45 microns. 2. Таблетка по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит оксид гадолиния, который в виде твердого раствора с диоксидом урана равномерно распределен по всему объему таблетки, причем содержание оксида гадолиния по отношению к диоксиду урана составляет от 0,3 до 10,0 мас.%.2. The tablet according to claim 1, characterized in that it further comprises gadolinium oxide, which in the form of a solid solution with uranium dioxide is evenly distributed throughout the tablet, the gadolinium oxide content in relation to uranium dioxide being from 0.3 to 10, 0 wt.%. 3. Таблетка по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит оксид эрбия, который в виде твердого раствора с диоксидом урана равномерно распределен по всему объему таблетки, причем содержание эрбия по отношению к диоксиду урана составляет от 0,3 до 0,8 мас.%.3. The tablet according to claim 1, characterized in that it further comprises erbium oxide, which in the form of a solid solution with uranium dioxide is uniformly distributed throughout the tablet, and the erbium content in relation to uranium dioxide is from 0.3 to 0.8 wt.%. 4. Способ получения таблетки ядерного топлива высокого выгорания на основе диоксида урана по пп.1-3, в соответствии с которым готовят порошок диоксида урана, порошки оксидов алюминия и кремния и пластификатор в виде водного раствора, например, поливинилового спирта и глицерина, порошок оксида алюминия предварительно прокаливают на воздухе при температуре от 700 до 800°С, порошки оксидов алюминия и кремния измельчают до размера частиц менее 40 мкм, вводят в пластификатор и формируют смесь, перемешивают порошок диоксида урана и полученную смесь, готовят пресс-порошок, проводят прессование таблеток, их высокотемпературное спекание и шлифование.4. A method of producing a high-burnup nuclear fuel pellet tablet based on uranium dioxide according to claims 1 to 3, in accordance with which uranium dioxide powder, alumina and silicon oxide powders and a plasticizer in the form of an aqueous solution, for example, polyvinyl alcohol and glycerol, are prepared. aluminum is preliminarily calcined in air at temperatures from 700 to 800 ° C, powders of aluminum and silicon oxides are crushed to a particle size of less than 40 microns, injected into a plasticizer and a mixture is formed, the uranium dioxide powder and the resulting mixture are mixed, press powder is prepared, tablets are pressed, their high-temperature sintering and grinding are carried out. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что дополнительно используют закись-окись урана в количестве до 15 мас.% по отношению к диоксиду урана.5. The method according to claim 4, characterized in that it additionally use uranium oxide in an amount of up to 15 wt.% With respect to uranium dioxide. 6. Способ по п.4, отличающийся тем, что при приготовлении смеси порошков и пластификатора дополнительно используют порообразователь, например, азодикарбонамид марки ЧХЗ-21, в количестве до 1 мас.% по отношению к диоксиду урана.6. The method according to claim 4, characterized in that when preparing a mixture of powders and plasticizer, a pore former, for example, azodicarbonamide of the ChKhZ-21 brand, is additionally used in an amount of up to 1 wt.% With respect to uranium dioxide. 7. Способ по п.4, отличающийся тем, что при приготовлении смеси порошков и пластификатора (пресс-порошок) дополнительно используют смазку, например стеарат цинка, в количестве от 0,05 до 0,15 мас.% по отношению к диоксиду урана.7. The method according to claim 4, characterized in that when preparing a mixture of powders and plasticizer (press powder), a lubricant, for example zinc stearate, is additionally used in an amount of from 0.05 to 0.15 wt.% With respect to uranium dioxide. 8. Способ получения таблетки ядерного топлива высокого выгорания на основе диоксида урана по пп.1-3, в соответствии с которым готовят порошок диоксида урана и порошки оксидов алюминия и кремния, порошок оксида алюминия и кремния предварительно прокаливают при температуре от 700 до 800°С, порошки оксидов алюминия и кремния измельчают до размера частиц менее 40 мкм, вводят в пластификатор на стадии его приготовления путем добавления их в нагретую до 40-50°С дистиллированную воду, добавляют поливиниловый спирт в расчетном количестве и нагревают до 70-80°С, выдерживают в течение 1 ч при температуре не более 70°С при непрерывном перемешивании, в полученную смесь добавляют глицерин в расчетном количестве и перемешивают, порошок диоксида урана и полученную смесь перемешивают, готовят пресс-порошок, проводят прессование таблеток, их высокотемпературное спекание и шлифование.8. A method of producing a high-burnup nuclear fuel tablet based on uranium dioxide according to claims 1-3, in accordance with which uranium dioxide powder and alumina and silicon oxide powders are prepared, the alumina and silicon oxide powder are preliminarily calcined at a temperature of from 700 to 800 ° C , powders of aluminum and silicon oxides are crushed to a particle size of less than 40 microns, introduced into the plasticizer at the stage of its preparation by adding them to distilled water heated to 40-50 ° С, polyvinyl alcohol is added in the calculated amount and heated to 70-80 ° C, incubated for 1 h at a temperature of not more than 70 ° C with continuous stirring, glycerol is added to the resulting mixture in the calculated amount and mixed, the uranium dioxide powder and the resulting mixture are mixed, a press powder is prepared, tablets are pressed, their high temperature sintering and grinding. 9. Способ по п.8, отличающийся тем, что дополнительно используют закись-окись урана в количестве до 15 мас.% по отношению к диоксиду урана.9. The method according to claim 8, characterized in that it additionally use uranium oxide in an amount of up to 15 wt.% With respect to uranium dioxide. 10. Способ по п.8, отличающийся тем, что при приготовлении смеси порошков и пластификатора дополнительно используют порообразователь, например, азодикарбонамид марки ЧХЗ-21, в количестве до 1 мас.% по отношению к диоксиду урана.10. The method according to claim 8, characterized in that when preparing a mixture of powders and plasticizer, a pore former, for example, azodicarbonamide of the ChKhZ-21 brand, is additionally used in an amount of up to 1 wt.% With respect to uranium dioxide. 11. Способ по п.8, отличающийся тем, что при приготовлении смеси порошков и пластификатора (пресс-порошка) дополнительно используют смазку, например стеарат цинка, в количестве от 0,05 до 0,15 мас.% по отношению к диоксиду урана.11. The method according to claim 8, characterized in that when preparing a mixture of powders and plasticizer (press powder), a lubricant, for example zinc stearate, is additionally used in an amount of from 0.05 to 0.15 wt.% With respect to uranium dioxide. 12. Способ получения таблетки ядерного топлива высокого выгорания на основе диоксида урана по пп.1-3, в соответствии с которым готовят порошок диоксида урана, порошки оксидов алюминия и кремния и «жидкий» пластификатор в виде водного раствора, например, поливинилового спирта и глицерина или «сухой» пластификатор, например стеарат цинка, оксид алюминия предварительно прокаливают на воздухе при температуре от 700 до 800°С, оксиды алюминия и кремния измельчают до размера частиц менее 40 мкм и перемешивают с порошком диоксида урана, полученную смесь порошков перемешивают с пластификатором, готовят пресс-порошок, проводят прессование таблеток, их высокотемпературное спекание и шлифование.12. A method of producing a high-burnup nuclear fuel tablet based on uranium dioxide according to claims 1 to 3, in accordance with which uranium dioxide powder, aluminum and silicon oxide powders and a “liquid” plasticizer are prepared in the form of an aqueous solution, for example, polyvinyl alcohol and glycerol or “dry” plasticizer, for example zinc stearate, aluminum oxide is preliminarily calcined in air at temperatures from 700 to 800 ° C, aluminum and silicon oxides are crushed to a particle size of less than 40 microns and mixed with uranium dioxide powder obtained by mixing the powders are mixed with a plasticizer, a press powder is prepared, tablets are pressed, their high-temperature sintering and grinding are performed. 13. Способ по п.12, отличающийся тем, что дополнительно используют закись-окись урана в количестве до 15 мас.% по отношению к диоксиду урана.13. The method according to p. 12, characterized in that it additionally use uranium oxide in an amount of up to 15 wt.% In relation to uranium dioxide. 14. Способ по п.12, отличающийся тем, что при приготовлении смеси порошков и пластификатора дополнительно используют порообразователь, например, азодикарбонамид марки ЧХ3-21 в количестве до 1 мас.% по отношению к диоксиду урана.14. The method according to p. 12, characterized in that when preparing a mixture of powders and plasticizer, a pore former, for example, azodicarbonamide of grade CHX3-21 in an amount up to 1 wt.% With respect to uranium dioxide, is additionally used. 15. Способ по п.12, отличающийся тем, что при приготовлении смеси порошков и пластификатора (пресс-порошка) дополнительно используют смазку, например стеарат цинка, в количестве от 0,05 до 0,15 мас.% по отношению к диоксиду урана. 15. The method according to p. 12, characterized in that when preparing a mixture of powders and plasticizer (press powder), a lubricant, for example zinc stearate, is additionally used in an amount of from 0.05 to 0.15 wt.% With respect to uranium dioxide.