RU2252459C2 - Fuel element manufacturing process - Google Patents

Fuel element manufacturing process Download PDF

Info

Publication number
RU2252459C2
RU2252459C2 RU2003100219/06A RU2003100219A RU2252459C2 RU 2252459 C2 RU2252459 C2 RU 2252459C2 RU 2003100219/06 A RU2003100219/06 A RU 2003100219/06A RU 2003100219 A RU2003100219 A RU 2003100219A RU 2252459 C2 RU2252459 C2 RU 2252459C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
uranium
fuel
hexafluoride
zone
hydrogen
Prior art date
Application number
RU2003100219/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003100219A (en
Inventor
М.Г. Зарубин (RU)
М.Г. Зарубин
В.И. Батуев (RU)
В.И. Батуев
Н.А. Бычихин (RU)
Н.А. Бычихин
Ю.В. Забелин (RU)
Ю.В. Забелин
И.Г. Чапаев (RU)
И.Г. Чапаев
А.М. Лузин (RU)
А.М. Лузин
Е.А. Филиппов (RU)
Е.А. Филиппов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" filed Critical Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов"
Priority to RU2003100219/06A priority Critical patent/RU2252459C2/en
Publication of RU2003100219A publication Critical patent/RU2003100219A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2252459C2 publication Critical patent/RU2252459C2/en

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

FIELD: nuclear power engineering; manufacture of fuel elements for water-moderated water-cooled reactors.
SUBSTANCE: in the course of conversion of uranium hexafluoride UF6 into uranium dioxide UO2 hexafluoride UF6 is supplied to combustion zone in air-hydrogen flame; then feed is changed over to new flow of gaseous hexafluoride until gaseous hexafluoride flow speed is reduced, and low-speed flow is conveyed to intermediate tank for condensation as soon as this tank is filled up (found by weighing), condensed hexafluoride is evaporated and gaseous hexafluoride flow is again conveyed to combustion zone. Fluoride is extracted from solid particles of uranium fluoride oxides by their heat treatment in hydrogen and superheated water vapor within revolving furnace at 650 - 660°C in first zone; deep extraction of fluorine from fluorine-containing uranium is effected in second zone at 660 - 665°C, and in third zone uranium dioxide powder is produced at 665 - 670°C by balling powder particles; uranium dioxide UO2 powder obtained in the process is cooled down in nitrogen medium to 18 - 20°C, magnetically separated, sifted through screen whose maximum mesh aperture is 1.25 mm, content of 70 μm fines of homogenization in nitrogen environment being not over 15%. Measurements are made using following formula: N = No x e-mpd, where N is number of photons recorded by detector in absence of fuel pellet; m is mass decay coefficient; p is fuel pellet density; d is thickness of fuel pellet zone under check. Fuel pellet density is found from formula p = (No/N)/md, and fuel pellets whose density is up to 10.4 and over 10.7 g/cm3 are rejected.
EFFECT: facilitated procedure.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к ядерной энергетике и может быть использовано при изготовлении тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ), преимущественно, в оболочке из сплава циркония для ядерных ректоров типа водоводяных энергетических реакторов (ВВЭР).The invention relates to nuclear energy and can be used in the manufacture of fuel elements (TVEL), mainly in a shell made of zirconium alloy for nuclear reactors such as water-water power reactors (WWER).

Известен способ изготовления тепловыделяющих элементов, включающий операции подготовки оболочки из сплава циркония к снаряжению с электронно-лучевой сваркой заглушки к одному концу оболочки, контроля плотности топливных таблеток гамма-абсорбционным методом, снаряжения столба топливных таблеток в открытый конец оболочки с фиксацией фиксаторами, контроля и разбраковки по длине столба топливных таблеток, зазорам между ними, длине компенсационного пространства, по наличию фиксаторов гамма-абсорбционным методом, герметизации контактной стыковой сваркой второй заглушки к открытому концу снаряженной оболочки под давлением инертного газа гелия под оболочкой, контроля и разбраковки по давлению гелия под оболочкой и качеству сварных швов, поверхностной химической обработки в смеси кислот HNO3 и HF, промывки, анодирования в щелочи, промывки и сушки тепловыделяющего элемента (см.патент Российской Федерации RU 2140674, МКИ6 G 21 С 21/02 от 03.03.1998, опубл. 27.10.1999 “Способ изготовления и сборки тепловыделяющих элементов в тепловыделяющие кассеты”).A known method of manufacturing fuel elements, including the operation of preparing the shell of a zirconium alloy for equipment with electron beam welding of the plug to one end of the shell, controlling the density of fuel pellets by the gamma absorption method, equipping the column of fuel pellets to the open end of the shell with fixing latches, monitoring and sorting along the length of the column of fuel pellets, the gaps between them, the length of the compensation space, the presence of fixatives by the gamma-absorption method, sealing contact by butt welding of the second plug to the open end of the curb shell under the pressure of an inert helium gas under the shell, control and sorting by the pressure of helium under the shell and the quality of the welds, surface chemical treatment in a mixture of HNO 3 and HF acids, washing, anodizing in alkali, washing and drying of the fuel element (see patent of the Russian Federation RU 2140674, MKI 6 G 21 C 21/02 of 03/03/1998, publ. 10/27/1999 “Method for the manufacture and assembly of fuel elements in fuel cartridges”).

K недостаткам известного способа следует отнести то, что он неполно характеризует заявляемый способ изготовления ТВЭЛ в части изготовления топливных таблеток, контроля и разбраковки по плотности топливных таблеток, а также изготовления порошка диоксида урана для топливных таблеток.The disadvantages of this method include the fact that it does not fully characterize the inventive method for the manufacture of fuel elements in terms of the manufacture of fuel pellets, control and sorting by density of fuel pellets, as well as the manufacture of uranium dioxide powder for fuel pellets.

Известен способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов, включающий подготовку пресспорошка диоксида урана UO2, обогащенного 235U до 2-5%, многостадийное смешение с сухим связующим и с порошком оксида урана U3О8, прессование топливных таблеток, спекание в газообразной восстановительной среде, мокрое шлифование, сушку и отбраковку топливных таблеток (см. Патент Российской Федерации RU 2158030, МПК7 С 21 С 3/62, 21/10 от 18.11.1998, опубл.20.10.2000 “Способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов и устройство для его осуществления”).A known method for the manufacture of pelletized fuel for fuel elements, including the preparation of a uranium dioxide fresh powder UO 2 enriched with 235 U to 2-5%, multi-stage mixing with a dry binder and uranium oxide powder U 3 O 8 , pressing fuel pellets, sintering in a gaseous reducing medium , wet grinding, drying and rejection of fuel pellets (see Patent of the Russian Federation RU 2158030, IPC 7 C 21 C 3/62, 21/10 of 11/18/1998, publ. 20.10.2000 “A method of manufacturing pelletized fuel for fuel elements and device food for its implementation ”).

Известный способ частично устраняет недостаток способа по патенту 2140674 в части изготовления топливных таблеток, но неполно характеризует заявляемый способ в части изготовления порошка диоксида урана, контроля и разбраковки топливных таблеток по плотности и другим параметрам и по изготовлению ТВЭЛ. Кроме того, в способе не раскрыто атомное отношение кислорода к урану - кислородный коэффициент (КК), являющийся важной характеристикой топлива и оказывающий существенное влияние на свойства топлива UO2+x, где 2+х и есть (КК). Так, с увеличением (х) увеличивается скорость ползучести, т.е. повышается пластичность топлива, увеличивается скорость спекания таблеток и диффузии, но высокий (КК) отрицательно сказывается на работоспособности ТВЭЛов в ядерном реакторе, увеличивая коррозию оболочки. Оптимально иметь (КК) близким к 2,00, однако такой порошок пирофорен и имеет склонность к окислению в оксид урана U3О8.The known method partially eliminates the disadvantage of the method according to patent 2140674 in terms of the manufacture of fuel pellets, but does not fully characterize the claimed method in terms of the manufacture of uranium dioxide powder, control and sorting of fuel pellets by density and other parameters, and by the manufacture of fuel elements. In addition, the method does not disclose the atomic ratio of oxygen to uranium - the oxygen coefficient (KK), which is an important characteristic of the fuel and has a significant effect on the properties of the fuel UO 2 + x , where 2 + x is (KK). Thus, with an increase in (x), the creep rate increases, i.e. plasticity of fuel increases, the speed of sintering of tablets and diffusion increases, but high (CC) adversely affects the performance of fuel elements in a nuclear reactor, increasing shell corrosion. It is optimal to have (CC) close to 2.00, however, such a powder is pyrophoric and has a tendency to oxidize to U 3 O 8 in uranium oxide.

Известен способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов ядерных реакторов (см.Патент Российской Федерации RU 2158971, МПК 7 G 21 С 3/62, 21/10 от 21.04.1999, опубл. 10.11.2000 “Способ изготовления таблетированного топлива из диоксида урана и оборудование для его осуществления”).A known method of manufacturing pelletized fuel for fuel elements of nuclear reactors (see Patent of the Russian Federation RU 2158971, IPC 7 G 21 C 3/62, 21/10 of 04/21/1999, publ. 10.11.2000 “A method of manufacturing pelletized fuel from uranium dioxide and equipment for its implementation ”).

В основу способа заложен водный процесс переработки гексафторида урана UF6, т.е. испарение и гидролиз UF6, экстракция-реэкстракция, осаждение полиураната аммония, прокалка, восстановление, смешение с пластификатором, формование таблетки, спекание, шлифование и контроль качества таблеток.The method is based on the aqueous process of processing uranium hexafluoride UF 6 , i.e. evaporation and hydrolysis of UF 6 , extraction-back-extraction, precipitation of ammonium polyuranate, calcination, reduction, mixing with plasticizer, molding of tablets, sintering, grinding and quality control of tablets.

Недостатком известного способа является наличие больших объемов жидких радиоактивных отходов, извлечение урана из которых требует больших трудозатрат, затрат реагентов, жестких требований обеспечения ядерной безопасности, поскольку на всех стадиях процесса в продуктах содержится влага.The disadvantage of this method is the presence of large volumes of liquid radioactive waste, the extraction of uranium from which requires high labor costs, reagent costs, stringent requirements for nuclear safety, since at all stages of the process the products contain moisture.

Известный способ неполно характеризует заявляемый способ и не содержит информации по изготовлению ТВЭЛ.The known method does not fully characterize the inventive method and does not contain information on the manufacture of fuel elements.

Известен способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов ядерного реактора, включающий конверсию гексафторида урана UF6 в диоксид урана UO2 в воздушно-водородном пламени с подачей в зону горения смеси UF6 с газом носителем-кислородом воздуха, водорода, перегретого водяного пара и защитного газа, отделение твердых частиц окислов урана от газовой фазы, обесфторивание твердых частиц окислов урана термической их обработкой в водороде, прессование и измельчение “шашки”, смешение порошка с пластификатором, прессование и спекание таблеток в водородной среде, шлифование и контроль таблеток (см. А.А.Майоров, И.Б.Браверман. “Технология получения порошков керамической двуокиси урана”. М.: Энергоатомиздат, 1985 г., стр.108-112, 77).A known method for the manufacture of pelletized fuel for fuel elements of a nuclear reactor, including the conversion of uranium hexafluoride UF 6 to uranium dioxide UO 2 in an air-hydrogen flame with the supply of a mixture of UF 6 with carrier gas, oxygen, air, hydrogen, superheated water vapor and protective gas , separation of solid particles of uranium oxides from the gas phase, defluorination of solid particles of uranium oxides by their thermal treatment in hydrogen, pressing and grinding “checkers”, mixing powder with a plasticizer, presses the sintering and sintering of tablets in a hydrogen medium, grinding and control of tablets (see A. A. Mayorov, I. B. Braverman. “Technology for the production of ceramic uranium dioxide powders.” M .: Energoatomizdat, 1985, pp. 108-112 , 77).

Известный способ устраняет недостатки способа по патенту 2158971 в части исключения жидких радиоактивных отходов, соответственно исключения трудозатрат и реагентов на извлечение урана из них и исключения возможности возникновения самопроизвольной цепной ядерной реакции.The known method eliminates the disadvantages of the method according to patent 2158971 in terms of eliminating liquid radioactive waste, respectively eliminating labor costs and reagents for extracting uranium from them and eliminating the possibility of a spontaneous nuclear chain reaction.

Известный способ неполно характеризует заявляемый способ и не содержит информации по изготовлению ТВЭЛ.The known method does not fully characterize the inventive method and does not contain information on the manufacture of fuel elements.

Важным условием успешного осуществления способа является необходимость предотвращения преждевременного смещения компонентов пламени. В противном случае реакция может начаться вблизи патрубков подачи реагентов, что неизбежно приведет к их закупорке и аварийной остановке реактора, в котором осуществляется конверсия. В связи с этим в способе предусмотрена подача в межтрубное пространство инертного газа, который создает зону, обедненную основными компонентами пламени, смещает реакцию от патрубка и предупреждает их закупорку. Способ предусматривает ввод вторичного окислителя - кислорода или воздуха в зону факела, в которой реакция конверсии практически завершается, для предотвращения переувлажнения конечного продукта и исключения налипания его на фильтрах и на стенках реактора. Продукт реакции представляет собой смесь двуокиси урана с закисью-окисью, трехокисью, тетрафторидом урана и уранилфторидом. Порошки содержат 2-8% адсорбированной влаги. Содержание фтора в них колеблется в пределах 4-20% по массе. Фтор находится в порошках как в связанном состоянии, так и в виде адсорбированного фтористого водорода. Предусмотренная способом термическая обработка порошков в водороде позволяет снизить содержание фтора до менее 3×10-3% по массе. Частицы порошка имеют дендритную или полудендритную структуру (см.А.А.Майоров, И.Б.Браверман. “Технология получения порошков керамической двуокиси урана”, стр.109).An important condition for the successful implementation of the method is the need to prevent premature displacement of the flame components. Otherwise, the reaction may begin near the reagent supply pipes, which will inevitably lead to their blockage and emergency shutdown of the reactor in which the conversion takes place. In this regard, the method provides for the supply of inert gas to the annulus, which creates a zone depleted in the main components of the flame, biases the reaction from the nozzle and prevents their clogging. The method involves the introduction of a secondary oxidizing agent - oxygen or air into the flare zone, in which the conversion reaction is practically completed, to prevent over-wetting of the final product and to avoid sticking it on the filters and on the walls of the reactor. The reaction product is a mixture of uranium dioxide with nitrous oxide, trioxide, uranium tetrafluoride and uranyl fluoride. Powders contain 2-8% adsorbed moisture. The fluorine content in them ranges from 4-20% by weight. Fluorine is found in powders both in a bound state and in the form of adsorbed hydrogen fluoride. The heat treatment of powders in hydrogen provided by the method allows to reduce the fluorine content to less than 3 × 10 -3 % by weight. The powder particles have a dendritic or semi-dendritic structure (see A.A. Mayorov, I. B. Braverman. “Technology for the production of ceramic uranium dioxide powders”, p. 109).

Порошки такой структуры имеют плохую текучесть. В условиях газопламенной конверсии гексафторида взаимодействие гексафторида с водяным паром происходит в пламени горения водорода с воздухом, при этом процессы гидролиза и восстановления урана протекают параллельно при неуправляемой температуре в течение малого и нерегулируемого времени пребывания реагентов в факеле и ни одна из реакций не проходит до конца, в результате чего получается смесь уранилфторида, тетрафторида, двуокиси и трехокиси урана в произвольном соотношении, что требует окончательной доводки состава и состояния продукта.Powders of this structure have poor fluidity. Under the conditions of gas-flame conversion of hexafluoride, the interaction of hexafluoride with water vapor occurs in a flame of hydrogen combustion with air, while the processes of hydrolysis and reduction of uranium occur in parallel at an uncontrolled temperature for a short and unregulated residence time of the reactants in the flare and not one of the reactions goes through. resulting in a mixture of uranyl fluoride, tetrafluoride, dioxide and uranium trioxide in an arbitrary ratio, which requires final refinement of the composition and condition of duct.

Работа с водородовоздушным факелом в закрытом объеме может приводить к отклонениям от режима плавного горения к взрывному режиму горения.Work with a hydrogen-air torch in a closed volume can lead to deviations from the smooth combustion mode to the explosive combustion mode.

Это создает опасность для обслуживающего персонала и возможность возникновения аварийной ситуации с разрушением аппаратуры и выбросом радиоактивных веществ.This creates a danger to staff and the possibility of an emergency with the destruction of equipment and the release of radioactive substances.

В способе не указан материал оборудования, в котором осуществляют газопламенную конверсию UF6 в UO2, т.к. гексафторид весьма агрессивен и известные материалы не устойчивы к воздействию на них газообразного гексафторида и фтористо-водородной кислоты.The method does not indicate the material of the equipment in which the flame conversion of UF 6 to UO 2 is carried out, because hexafluoride is very aggressive and known materials are not resistant to gaseous hexafluoride and hydrogen fluoride.

Предусмотренная в способе подача защитного инертного газа в зону горения предусматривает смещение факела горения от патрубков для предотвращения их закупорки, но в случае возникновения взрывного горения в способе отсутствует информация по переводу взрывного горения в плавное или же полного прекращения реакции.The inert protective gas supply to the combustion zone provided for in the method provides for the flame to be displaced from the nozzles to prevent them from clogging, but in the event of explosive combustion, the method does not contain information on converting explosive combustion to a smooth or complete cessation of reaction.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ изготовления тепловыделяющих элементов ядерного реактора, включающий конверсию гексафторида урана UF6 в диоксид урана UО2 в воздушно-водородном пламени с подачей в зону горения смеси UF6 с газом носителем-кислородом воздуха, водорода, перегретого водяного пара и защитного газа, отделение твердых частиц фторокислов урана от газовой фазы, обесфторивание твердых частиц фторокислов урана термической их обработкой в водороде и перегретом водяном паре, прессование и измельчение “шашки”, смешение порошка с пластификатором, прессование и спекание топливных таблеток в водородной среде, шлифование, контроль топливных таблеток, подготовку оболочки из сплава циркония к снаряжению с электронно-лучевой сваркой заглушки к одному концу оболочки, снаряжение столба топливных таблеток в открытый конец оболочки с фиксацией фиксаторами, контроль и разбраковку по длине столба топливных таблеток, зазорам между ними, длине компенсационного пространства, по наличию фиксаторов гамма-абсорбционным методом, герметизацию контактной стыковой сваркой второй заглушки к открытому концу снаряженной оболочки под давлением гелия под оболочкой, контроль и разбраковку по давлению гелия под оболочкой и качеству сварных швов, поверхностную химическую обработку в смеси кислот НNО3 и HF, промывку, анодирование в щелочи, промывку и сушку ТВЭЛа (см. Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов ядерных реакторов, под ред. Решетникова. - М.: Энергоатомиздат, 1995 г., книга 1, с.81-106) - прототип.The closest in technical essence and the achieved effect is a method of manufacturing fuel elements of a nuclear reactor, including the conversion of uranium hexafluoride UF 6 to uranium dioxide UO 2 in an air-hydrogen flame with the supply of a mixture of UF 6 with carrier gas-oxygen air, hydrogen, superheated water vapor and shielding gas, separation of solid particles of uranium fluoroxides from the gas phase, defluorination of solid particles of uranium fluorides by heat treatment in hydrogen and superheated water vapor, pressed it and grinding “checkers”, mixing powder with a plasticizer, pressing and sintering fuel pellets in a hydrogen medium, grinding, control of fuel pellets, preparing a zirconium alloy shell for equipment with electron beam welding of the plug to one end of the shell, equipment of a column of fuel pellets in open end of the shell with fixation by clamps, control and sorting along the column length of fuel pellets, the gaps between them, the length of the compensation space, by the presence of clamps by the gamma-absorption method, g flash butt welding of the second plug to the open end of the curb shell under helium pressure under the shell, control and sorting by helium pressure under the shell and the quality of welds, surface chemical treatment in a mixture of HNO 3 and HF acids, washing, alkali anodizing, washing and drying TVEL (see Development, production and operation of fuel elements of nuclear reactors, ed. Reshetnikova. - M .: Energoatomizdat, 1995, book 1, p.81-106) - prototype.

Способ-прототип устраняет недостатки известного способа в части полноты изложения и более полной характеристики заявляемого способа в части изготовления ТВЭЛ, но не предусматривает перевода взрывного горения в плавное или же мгновенного прекращения реакции. Недостаток известного способа в части отсутствия информации по применению материалов, устойчивых к воздействию гексафторида и фтористо-водородной кислоты, остается.The prototype method eliminates the disadvantages of the known method in terms of completeness and more complete characteristics of the proposed method in terms of the manufacture of fuel elements, but does not provide for the transfer of explosive combustion into a smooth or instantaneous termination of the reaction. The disadvantage of this method in terms of the lack of information on the use of materials resistant to hexafluoride and hydrofluoric acid remains.

В процессе получения фтористо-водородной кислоты полностью очистить ее от урана не удается, что создает известные трудности по использованию фтористо-водородной (плавиковой) кислоты в народном хозяйстве.In the process of producing hydrofluoric acid, it is not possible to completely clear it of uranium, which creates known difficulties in the use of hydrofluoric acid (hydrofluoric acid) in the national economy.

В процессе испарения гексафторида UF6 из баллона наступает такой момент, когда баллон практически опорожнен и номинальная скорость потока газообразного гексафторида более невозможна, но в баллоне еще находится часть не выпарившегося гексафторида, однако баллон снимается с испарения и отправляется на наполнительную станцию, что ведет к снижению извлечения.During the evaporation of UF 6 hexafluoride from the cylinder, the moment comes when the cylinder is practically empty and the nominal flow rate of gaseous hexafluoride is no longer possible, but part of the non-evaporated hexafluoride is still in the cylinder, however, the cylinder is removed from the vaporization and sent to the filling station, which leads to a decrease extraction.

В способе-прототипе контроль топливных таблеток (см. там же, стр.102, 103) по плотности осуществляют радиационным методом с использованием γ-излучения, при котором топливная таблетка устанавливается на две ножевые опоры (параллельные ребра), что позволяет частично скомпенсировать влияние отклонения диаметра топливной таблетки в пределах допуска на точность измерения плотности, поскольку при уменьшении диаметра топливная таблетка опускается глубже, и длина хорды в месте просвечивания почти не меняется (см. там же, стр.103, рис.4.11). В способе-прототипе заложен принцип контроля единичной топливной таблетки. В массовом же производстве требуются массовый контроль и сортировка на годные и бракованные топливные таблетки по плотности и причем в автоматическом режиме для того, чтобы обеспечить заданный ритм изготовления тепловыделяющих элементов, чего способ-прототип не предусматривает.In the prototype method, the control of fuel pellets (see ibid., Pp. 102, 103) by density is carried out by the radiation method using γ-radiation, in which the fuel pellet is mounted on two knife supports (parallel ribs), which partially compensates for the effect of deviation the diameter of the fuel pellet is within the tolerance for the accuracy of measuring density, since as the diameter decreases, the fuel pellet sinks deeper and the chord length at the point of transillumination remains almost unchanged (see ibid., p. 103, Fig. 4.11). In the prototype method, the principle of control of a single fuel tablet is laid. In mass production, mass control and sorting into suitable and defective fuel pellets by density, and moreover, in automatic mode, is required in order to ensure a given rhythm of the manufacture of fuel elements, which the prototype method does not provide.

В процессе контроля топливных таблеток, предусмотренных способом-прототипом, неизбежен брак. Способ-прототип сухую переработку брака не предусматривает.In the process of monitoring fuel pellets provided by the prototype method, marriage is inevitable. The prototype method does not provide for dry processing of marriage.

Предусмотренная по патенту 2158971 переработка брака через растворение в НNO3, экстракцию, реэкстракцию, осаждение диураната аммония, сушку, прокалку, восстановления до диоксида урана имеет весьма длинную технологическую схему с большими объемами водных растворов, требующих также переработки.The marriage processing provided for by patent 2158971 through dissolution in HNO 3 , extraction, re-extraction, precipitation of ammonium diuranate, drying, calcination, reduction to uranium dioxide has a very long technological scheme with large volumes of aqueous solutions that also require processing.

Технической задачей изобретения является повышение извлечения гексафторида при испарении, качества топливных таблеток, производительности контроля топливных таблеток, повышение срока службы оборудования, безопасности эксплуатации и снижение себестоимости за счет использования оборотов фтористо-водородной кислоты и брака таблеток в технологическом процессе.An object of the invention is to increase the extraction of hexafluoride by evaporation, the quality of fuel pellets, the performance of control of fuel pellets, increase the service life of equipment, operational safety and cost reduction through the use of revolutions of hydrofluoric acid and marriage of tablets in the process.

Эта техническая задача решается тем, что в способе изготовления тепловыделяющих элементов с оболочкой из сплава циркония с ниобием для ядерных реакторов типа ВВЭР, включающем конверсию гексафторида урана UF6 в диоксид урана UO2 в воздушно-водородном пламени с подачей в зону горения смеси гексафторида урана UF6 с газом носителем-кислородом воздуха, водорода, перегретого водяного пара и защитного газа, азота, отделение твердых частиц фторокислов урана от газовой фазы, обесфторивание твердых частиц фторокислов урана термической их обработкой в водороде и перегретом водяном паре во вращающейся печи, прессование и измельчение “шашки”, смешение порошка с пластификатором, прессование и спекание топливных таблеток в воздушной среде, мокрое шлифование, сушку, контроль топливных таблеток и абсорбционный контроль плотности, подготовку оболочки из сплава циркония с ниобием к снаряжению с электронно-лучевой сваркой заглушки к одному концу оболочки, снаряжение столба топливных таблеток в открытый конец оболочки с фиксацией фиксаторами, контроль и разбраковку по длине столба топливных таблеток, зазорам между ними, длине компенсационного пространства, по наличию фиксаторов гамма-абсорбционным методом, герметизацию контактной стыковой сваркой второй заглушки к открытому концу снаряженной оболочки под давлением гелия под оболочкой, контроль и разбраковку по давлению гелия под оболочкой и качеству сварных швов, поверхностную химическую обработку в смеси кислот NNО3 и HF, промывку, анодирование в щелочи, промывку и сушку тепловыделяющего элемента,This technical problem is solved in that in a method of manufacturing fuel elements with a shell of zirconium alloy with niobium for nuclear reactors of the WWER type, comprising the conversion of uranium hexafluoride UF 6 to uranium dioxide UO 2 in an air-hydrogen flame with a mixture of uranium hexafluoride UF being fed into the combustion zone 6 with a carrier gas, oxygen, air, hydrogen, superheated water vapor and a protective gas, nitrogen, separation of solid particles of uranium fluorides from the gas phase, defluorization of solid particles of uranium fluorides, heat treatment in hydrogen and superheated water vapor in a rotary kiln, pressing and grinding “checkers”, mixing powder with a plasticizer, pressing and sintering fuel pellets in air, wet grinding, drying, control of fuel pellets and absorption density control, preparation of a shell from a zirconium alloy with niobium for equipment with electron beam welding, plugs to one end of the shell, equipment of a column of fuel pellets at the open end of the shell with fixation by clamps, control and sorting along the length of the fuel column tablets, the gaps between them, the length of the compensation space, the presence of fixatives by the gamma-absorption method, flash butt welding of the second plug to the open end of the curb shell under the pressure of helium under the shell, control and sorting by the pressure of helium under the shell and the quality of the welds, surface chemical treatment in a mixture of acids NNO 3 and HF, washing, anodizing in alkali, washing and drying of the fuel element,

согласно изобретению в процессе конверсии гексафторида урана UF6 в диоксид урана UO2 в воздушно-водородном пламени подачу в зону горения гексафторида UF6 осуществляют до момента снижения скорости потока газообразного гексафторида, подачу переключают на новый поток газообразного гексафторида, а поток со сниженной скоростью направляют на конденсацию в промежуточную емкость, по мере наполнения которой, определяемого взвешиванием, испаряют и газообразный поток гексафторида вновь направляют в зону горения, при угрозе взрывного горения воздушно-водородного пламени зону горения мгновенно заполняют защитным газом азотом с отключением подачи водорода, после отделения твердых частиц фторокислов урана обесфторивание их термической обработкой в водороде и перегретом водяном паре во вращающейся печи осуществляют при 650-660°С в первой зоне, глубокое обесфторивание от находящегося в соединении с ураном фтора осуществляют при 660-665°С во второй зоне, а в третьей зоне при 665-670°С осуществляют формование порошка диоксида урана сфероидизацией частиц порошка, полученный порошок диоксида урана UO2 охлаждают в газовой среде азота до 18-20°С, подвергают магнитной сепарации, просеиванию через сетку с ячейками не более 1,25 мм и с содержанием не более 15% мелкой 70 мкм фракции гомогенизации в газовой среде азота, при этом на операциях воздействия на оборудование фтористо-водородной кислоты HF и ее паров используют оборудование из антикоррозионного материала, операции прессования и измельчения “шашки”, просеивания, смешения порошка с пластификатором, прессование топливных таблеток осуществляют в газовой среде азота, контроль по плотности гамма-абсорбционным методом готовых топливных таблеток после спекания в водородной среде, мокрого шлифования и сушки в газовой среде азота проводят путем вибрационного перемещения потока топливных таблеток через зону γ-излучения и измерения по формулеaccording to the invention, in the process of converting uranium hexafluoride UF 6 into uranium dioxide UO 2 in an air-hydrogen flame, the UF 6 hexafluoride is fed into the combustion zone until the flow rate of gaseous hexafluoride is reduced, the flow is switched to a new gaseous hexafluoride flow, and the flow is sent with reduced speed to condensation in the intermediate tank, as it is filled, determined by weighing, is vaporized and the gaseous stream of hexafluoride is again sent to the combustion zone, with the threat of explosive combustion of an ear-hydrogen flame, the combustion zone is instantly filled with protective gas with nitrogen, with the hydrogen supply turned off, after separation of solid particles of uranium fluoroxides, they are defluorinated by heat treatment in hydrogen and superheated water vapor in a rotary kiln at 650-660 ° C in the first zone, deep defluorination from in conjunction with uranium, fluorine is carried out at 660-665 ° C in the second zone, and in the third zone at 665-670 ° C, the formation of uranium dioxide powder by spheroidization of the powder particles, the obtained dioxide powder Uranium UO 2 is cooled in a nitrogen gas atmosphere to 18-20 ° C, subjected to magnetic separation, sifting through a grid with cells of not more than 1.25 mm and with a content of not more than 15% of a fine 70 μm homogenization fraction in a nitrogen gas environment, while Operations of exposure to equipment of hydrofluoric acid HF and its vapors use equipment made of anticorrosive material, operations of pressing and grinding “checkers”, sieving, mixing powder with plasticizer, pressing of fuel pellets is carried out in a nitrogen gas environment, control over NOSTA gamma-absorption method after finished sintering fuel pellets in a hydrogen medium, wet grinding and drying in nitrogen gas carried by the vibratory movement of the flow through the fuel pellets γ-radiation zone and measurement of the formula

Figure 00000002
где
Figure 00000002
Where

N - число фотонов, регистрируемых детектором при наличии топливной таблетки,N is the number of photons detected by the detector in the presence of a fuel tablet,

No - число фотонов, регистрируемых детектором в отсутствие топливной таблетки,No is the number of photons detected by the detector in the absence of a fuel tablet,

m - массовый коэффициент ослабления,m is the mass attenuation coefficient,

р - плотность топливной таблетки,p is the density of the fuel pellet,

d - толщина контролируемой зоны топливной таблетки,d is the thickness of the controlled area of the fuel pellet,

определяют плотность топливной таблетки по формулеdetermine the density of the fuel tablet according to the formula

Figure 00000003
Figure 00000003

и отбраковывают топливные таблетки с плотностью до 10,4 г/см3 и выше 10,7 г/см3, отбракованные топливные таблетки диоксида урана окисляют до оксида урана и 10-12% возвращают в смесь диоксида урана с пластификатором, фтористо-водородную кислоту HP после конденсации отходящих газов подвергают абсорбционной очистке от урана на анионитовой смоле и возвращают в технологический процесс на поверхностную химическую обработку тепловыделяющих элементов на приготовление травильного раствора.and reject fuel pellets with a density of up to 10.4 g / cm 3 and above 10.7 g / sm 3 , reject fuel pellets of uranium dioxide are oxidized to uranium oxide and 10-12% are returned to a mixture of uranium dioxide with a plasticizer, hydrofluoric acid HP after condensation of the exhaust gases is subjected to absorption cleaning from uranium on anion exchange resin and returned to the process for surface chemical treatment of fuel elements to prepare the etching solution.

В качестве антикоррозийного материала для оборудования используют сплав антикоррозионный ЭП-797 - О3ХН58В с химическим составом хром 40%, никель 58% (основной элемент), вольфрам - до 1%, применяемый для оборудования, работающего с плавиковой кислотой (HF), в соответствии с требованиями ТУ 14-131-470-80. В качестве анионитовой смолы используют ионообменную смолу марки AM, применяемую для водоподготовки, очистки воды (требования ГОСТ 20301-74. Смолы ионообменные. Аниониты.).EP-797 - O3XH58V alloy with a chemical composition of chromium 40%, nickel 58% (main element), tungsten - up to 1%, used for equipment working with hydrofluoric acid (HF), in accordance with requirements of TU 14-131-470-80. As the anion exchange resin, an AM-type ion-exchange resin is used, which is used for water treatment and water treatment (requirements of GOST 20301-74. Ion-exchange resins. Anion exchangers.).

Предложенная периодичность подачи газообразного гексафторида в зону горения при снижении скорости потока газообразного гексафторида, из практически опорожненного баллона, переключения подачи из него газообразного гексафторида на конденсацию в промежуточную емкость и осуществления подачи газообразного гексафторида в зону горения из нового баллона позволит осуществить накопление в промежуточной емкости от конденсации остатков из баллонов значительного качества гексафторида, при испарении которого вернуть в технологический процесс с каждого баллона ≈17-20кг UF6 и тем самым повысить извлечение.The proposed frequency of supplying gaseous hexafluoride to the combustion zone with a decrease in the flow rate of gaseous hexafluoride from an almost empty cylinder, switching the supply of gaseous hexafluoride from it to condensation in the intermediate tank, and supplying gaseous hexafluoride to the combustion zone from a new cylinder will allow accumulation in the intermediate tank from condensation residues from cylinders of significant quality hexafluoride, upon evaporation of which return to the technological process s with each cylinder ≈17-20kg UF 6 and thereby enhance extraction.

Мгновенное заполнение защитным газом азотом зоны горения при угрозе взрывного горения с отключением подачи водорода позволит повысить безопасность эксплуатации установки. Температурные режимы 1, 2, 3 зон вращающейся печи в среде перегретого пара и водорода позволят осуществить обесфторивание, глубокое обесфторивание и сфероидизацию частиц, что повысит качество изготавливаемых топливных таблеток.Instantly filling the combustion zone with protective gas with nitrogen under the threat of explosive combustion with the hydrogen supply cut off, it will increase the safety of the installation. The temperature regimes of 1, 2, 3 zones of a rotary kiln in an environment of superheated steam and hydrogen will allow defluorization, deep defluorination and spheroidization of particles, which will increase the quality of manufactured fuel pellets.

Охлаждение порошка в газовой среде азота предупредит его окисление из диоксида в оксид, что повысит качество топливных таблеток. Магнитная сепарация, просеивание, гомогенизация и упаковка в газовой среде азота предупредит окисление диоксида в оксид урана, что повысит качество топливных таблеток. Использование оборудования из антикоррозийного материала позволит повысить срок службы.Cooling the powder in a nitrogen gas environment will prevent its oxidation from dioxide to oxide, which will improve the quality of fuel pellets. Magnetic separation, sieving, homogenization and packing in a gaseous atmosphere of nitrogen will prevent the oxidation of dioxide into uranium oxide, which will improve the quality of fuel pellets. The use of equipment made of anticorrosive material will increase the service life.

Выполнение подготовки порошка к прессованию и прессование топливных таблеток в газовой среде азота предупредит окисление диоксида в оксид урана, что повысит качество топливных таблеток.The preparation of the powder for pressing and pressing of the fuel pellets in a nitrogen gas environment will prevent the oxidation of dioxide to uranium oxide, which will improve the quality of the fuel pellets.

Предложенный контроль плотности готовых топливных таблеток, перемещаемых через зону контроля потоком посредством вибрации, позволит повысить производительность контроля и отбраковки, что особенно важно при массовом производстве.The proposed control of the density of finished fuel pellets transported through the control zone by flow through vibration will improve the control and reject performance, which is especially important in mass production.

Возврат бракованных таблеток в технологический процесс через их окисление до оксида, добавление к смеси порошка диоксида с пластификатором, возврат фтористо-водородной кислоты после конденсации паров в технологический процесс для использования в качестве травильного раствора позволит получить безотходную технологию изготовления тепловыделяющих элементов.The return of the defective tablets to the technological process through their oxidation to oxide, the addition of dioxide powder with a plasticizer to the mixture, the return of hydrofluoric acid after condensation of vapors into the technological process for use as an etching solution will provide a waste-free technology for the manufacture of fuel elements.

На чертеже представлена технологическая схема изготовления тепловыделяющих элементов.The drawing shows a flow diagram of the manufacture of fuel elements.

Способ изготовления тепловыделяющих элементов в оболочке из сплава циркония с ниобием осуществляют следующим образом.A method of manufacturing a fuel element in a shell of an alloy of zirconium with niobium is as follows.

Пример осуществления способаAn example of the method

Испарение 1 гексафторида UF6 из баллона осуществляют при 90-115°С и при этой же температуре подают в зону воздушно-водородного пламени в смеси с кислородом воздуха. В реакционную зону воздушно-водородного пламени одновременно подают перегретый водяной пар, водород и защитный газ - азот, используемый для смещения факела горения от патрубков подачи выше указанных газов для предотвращения закупорки патрубков.The evaporation of 1 hexafluoride UF 6 from a balloon is carried out at 90-115 ° C and at the same temperature it is fed into the air-hydrogen flame zone mixed with air oxygen. Overheated water vapor, hydrogen, and protective gas — nitrogen — are used in the reaction zone of the air-hydrogen flame, which is used to displace the combustion torch from the supply pipes of the above gases to prevent blockage of the pipes.

Процесс конверсии 2 может быть представлен в виде ряда последовательных химических реакций:The conversion process 2 can be represented as a series of sequential chemical reactions:

UF6+2Н2О=UO2F2+4HF (1)UF 6 + 2H 2 O = UO 2 F 2 + 4HF (1)

Реакция (1) взаимодействия газообразного гексафторида урана с перегретым водяным паром при 300°С, подаваемым в зону реакции, протекает в гомогенной газовой среде с образованием твердого фторида уранила и газообразного фтористого водорода. Взаимодействие двух исходных газообразных реагентов обеспечивает высокую скорость реакции образования фторокисла фторида уранила.The reaction (1) of the interaction of gaseous uranium hexafluoride with superheated water vapor at 300 ° C supplied to the reaction zone proceeds in a homogeneous gas medium with the formation of solid uranyl fluoride and gaseous hydrogen fluoride. The interaction of the two source gaseous reactants provides a high reaction rate for the formation of uranyl fluoride fluoride.

После отделения 3 твердых частиц фторокисла-фторида уранила осуществляют их обесфторивание 4 термической обработкой в водороде и перегретом водяном паре во вращающейся печиAfter separation of 3 solid particles of uranyl fluoride-fluoride, they are defluorinated by 4 heat treatment in hydrogen and superheated water vapor in a rotary kiln

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Гетерогенные реакции (2), (3) протекают с меньшими скоростями, чем гомогенные газовые реакции, поскольку процессы диффузии в твердых телах идут с меньшими скоростями, чем в газах.Heterogeneous reactions (2), (3) proceed at lower rates than homogeneous gas reactions, since diffusion processes in solids proceed at lower rates than in gases.

В процессе испарения гексафторида UF6 из баллона наступает такой момент, когда баллон практически опорожнен и номинальная скорость потока газообразного гексафторида более невозможна, но в баллоне еще находится часть не выпарившегося гексафторида, то способ предусматривает переключение испарения 1 на испарение 5 из нового баллона, а испарение 1 продолжают, но с направлением потока газообразного гексафторида на конденсацию 6 в промежуточную емкость, по мере накопления которой после конденсации в нее остатков гексафторида из нескольких баллонов и взвешивания 7 начинают испарение 8 из этой промежуточной емкости с подачей газообразного гексафторида на конверсию 2.In the process of evaporation of UF 6 hexafluoride from the cylinder, the moment comes when the cylinder is practically empty and the nominal flow rate of gaseous hexafluoride is no longer possible, but part of the non-evaporated hexafluoride is still in the cylinder, the method involves switching evaporation 1 to evaporation 5 from a new cylinder, and evaporation 1 continue, but with the direction of the flow of gaseous hexafluoride to condensate 6 into the intermediate tank, as it accumulates after condensation of residues of hexafluoride from several ba malonic and weighing 7 8 begin evaporation from this intermediate container from the supply for the conversion of gaseous hexafluoride 2.

Если в каждом баллоне остаток гексафторида UF6 составлял 17-20 кг, то после конденсации и повторного испарения остаток в баллоне составлял меньше 1 кг.If in each cylinder the remainder of hexafluoride UF 6 was 17-20 kg, then after condensation and reevaporation, the residue in the cylinder was less than 1 kg.

Таким образом, повышают извлечение UF6.Thus, the recovery of UF 6 is increased.

В процессе работы с водородно-воздушным факелом в закрытом объеме возможны отклонения от режима плавного горения к взрывному горению. Способ предусматривает в этом случае мгновенное заполнение азотом всего закрытого объема с прекращением подачи водорода, т.е. мгновенно увеличивается подача азота, который использовался для смещения факела горения от патрубков подачи газообразных реагентов для предупреждения их закупорки.In the process of working with a hydrogen-air torch in a closed volume, deviations from the mode of smooth combustion to explosive combustion are possible. The method in this case provides for the instant nitrogen filling of the entire enclosed volume with the cessation of hydrogen supply, i.e. instantly increases the supply of nitrogen, which was used to displace the flame from the nozzles supplying gaseous reagents to prevent clogging.

Обесфторивание 4 термической обработкой в водороде и перегретом (300°С) водяном паре во вращающейся печи осуществляют при 650-660°С в первой зоне, глубокое обесфторивание 4/1 от находящегося в соединении с ураном фтора осуществляют при 660-665°С во второй зоне, а в третьей зоне при 665-670°С осуществляют формование 9 порошка диоксида урана сфероидизацией частиц порошка.Defluorination 4 by heat treatment in hydrogen and superheated (300 ° С) water vapor in a rotary kiln is carried out at 650-660 ° С in the first zone, deep defluorination 4/1 from fluorine in combination with uranium is carried out at 660-665 ° С in the second zone, and in the third zone at 665-670 ° C, 9 uranium dioxide powder is formed by spheroidization of the powder particles.

Полученный порошок диоксида урана UO2 охлаждают 10 в газовой среде азота до 18-20°С, подвергают магнитной сепарации 11, просеиванию 12 через сетку с ячейками не более 1,25 мм и с содержанием не более 15% мелкой 70 мкм фракции гомогенизации 13 в газовой среде азота.The obtained powder of uranium dioxide UO 2 is cooled 10 in a nitrogen gas atmosphere to 18-20 ° C, subjected to magnetic separation 11, sifted 12 through a grid with cells of no more than 1.25 mm and with a content of not more than 15% of a fine 70 μm homogenization fraction 13 in nitrogen gas environment.

После гомогенизации порошок диоксида урана UO2 прессуют 14 и измельчают 15 “шашку”. После смешения 16 порошка диоксида урана UO2 с пластификатором и прессования 17 топливных таблеток в газовой среде азота, спекания 18 в среде водорода топливных таблеток, мокрого шлифования 19 и сушки 20 топливные таблетки подвергают контролю 21 на содержание 235U, содержание U, отношение O/U, содержание примесей, содержание Н2О или Н2, геометрию топливных таблеток, внешний вид таблеток, термическую стабильность, содержание остаточных газов, а контроль топливных таблеток на плотность гамма-абсорбционным методом проводят путем вибрационного перемещения потока топливных таблеток через зону γ-излучения и измерения по формулеAfter homogenization, the powder of uranium dioxide UO 2 is pressed 14 and crushed 15 "checker". After mixing 16 powder of uranium dioxide UO 2 with a plasticizer and pressing 17 fuel pellets in a nitrogen gas atmosphere, sintering 18 fuel pellets in a hydrogen medium, wet grinding 19 and drying 20, the fuel pellets are monitored 21 for 235 U, U content, O / U, the content of impurities, the content of H 2 O or H 2 , the geometry of the fuel tablets, the appearance of the tablets, thermal stability, the content of residual gases, and the control of fuel tablets for density by the gamma-absorption method is carried out by vibration Extensions of the flow of fuel pellets through the γ-radiation zone and measurements by the formula

Figure 00000006
где
Figure 00000006
Where

N - число фотонов, регистрируемых детектором при наличии топливной таблетки,N is the number of photons detected by the detector in the presence of a fuel tablet,

No - число фотонов, регистрируемых детектором в отсутствие топливной таблетки,No is the number of photons detected by the detector in the absence of a fuel tablet,

m - массовый коэффициент ослабления,m is the mass attenuation coefficient,

р - плотность топливной таблетки,p is the density of the fuel pellet,

d - толщина контролируемой зоны топливной таблетки,d is the thickness of the controlled area of the fuel pellet,

определяют плотность топливной таблетки по формулеdetermine the density of the fuel tablet according to the formula

р=ln(No/N) / md (г)p = ln (No / N) / md (g)

и отбраковывают топливные таблетки с плотностью ниже 10,4 г/см3 и выше 10,7 г/см3.and reject fuel pellets with a density below 10.4 g / cm 3 and above 10.7 g / cm 3 .

Отбракованные топливные таблетки диоксида урана окисляют 22 до порошка оксида урана и возвращают на операцию смешения 16 диоксида с пластификатором, где 10-12% оксида U3O8 вводят в смесь диоксида UO2 с пластификатором.The discarded fuel pellets of uranium dioxide are oxidized 22 to a powder of uranium oxide and returned to the operation of mixing 16 dioxide with a plasticizer, where 10-12% of U 3 O 8 oxide is introduced into a mixture of UO 2 dioxide with a plasticizer.

Фтористо-водородную кислоту HF после конденсации 23 отходящих газов подвергают абсорбционной очистке 24 от урана на анионитовой смоле марки AM, применяемую для водоподготовки, очистки воды (требования ГОСТ 20301-74. Смолы ионообменные. Аниониты).After condensation of 23 exhaust gases, HF hydrofluoric acid is subjected to absorption cleaning of 24 of uranium on an AM brand anion resin used for water treatment and water treatment (requirements of GOST 20301-74. Ion exchange resins. Anion exchangers).

В качестве антикоррозийного материала для оборудования, контактирующего с UF и парами HF, используют сплав антикоррозионный ЭП-797 - О3ХН58В с химическим составом хром 40%, никель 58% (основной элемент), вольфрам - до 1%, применяемый для оборудования, работающего с плавиковой кислотой (HF), в соответствии с требованиями ТУ 14-131-470-80. Годные топливные таблетки после контроля и отбраковки снаряжают 25 в открытый конец оболочки из сплава циркония с ниобием, к другому концу которой электронно-лучевой сваркой приварена заглушка. Фиксацию 26 столба топливных таблеток в оболочке осуществляют фиксаторами. После чего снаряженная оболочка проходит контроль и разбраковку 27 по длине столба топливных таблеток, зазорам между ними, длине компенсационного пространства и по наличию фиксаторов гамма-абсорбционным методом.Anticorrosive material EP-797 - O3XH58B with a chemical composition of chromium 40%, nickel 58% (basic element), tungsten - up to 1%, used for equipment working with fluorine, is used as an anticorrosive material for equipment in contact with UF and HF vapors. acid (HF), in accordance with the requirements of TU 14-131-470-80. Suitable fuel pellets, after control and rejection, equip 25 to the open end of the shell made of an alloy of zirconium with niobium, to the other end of which a plug is welded by electron beam welding. The fixation of 26 columns of fuel pellets in the shell is carried out by clamps. After that, the equipped shell passes control and sorting 27 along the length of the column of fuel pellets, the gaps between them, the length of the compensation space and the presence of fixatives by the gamma-absorption method.

При отбраковке снаряженной оболочки последняя расснаряжается и бракованные топливные таблетки направляют на термическое окисление 22 в оксид урана U3О8 и на смешение 16 со смесью порошка диоксида с пластификатором.When rejecting the equipped shell, the latter is discharged and defective fuel pellets are sent for thermal oxidation of 22 to uranium oxide U 3 O 8 and for mixing 16 with a mixture of dioxide powder with a plasticizer.

Снаряженную оболочку, прошедшую контроль, герметизируют 28 контактной стыковой сваркой заглушки к открытому концу оболочки под давлением гелия внутри оболочки. Снаряженная оболочка после герметизации - тепловыделяющий элемент - проходит контроль и разбраковку 29 по качеству сварного шва и по давлению гелия внутри оболочки. Падение давления внутри оболочки характеризует тепловыделяющий элемент как негерметичный, требующий расчехловки. Бракованные топливные таблетки при этом направляют на термическое окисление 22 в оксид урана U3О8 и на смешение 16 со смесью порошка диоксида с пластификатором.The equipped shell, which passed control, is sealed by 28 butt butt welding of the plug to the open end of the shell under the pressure of helium inside the shell. Curb shell after sealing - a fuel element - is inspected and sorted 29 by the quality of the weld and the pressure of helium inside the shell. The pressure drop inside the shell characterizes the fuel element as leaky, requiring uncasing. Defective fuel pellets are then sent for thermal oxidation of 22 to uranium oxide U 3 O 8 and for mixing 16 with a mixture of dioxide powder with a plasticizer.

Годные тепловыделяющие элементы проходят поверхностную химическую обработку 30 оболочки в смеси кислот НNО3 и HF, поступающей после конденсации 23 паров HF и абсорбционной очистки 24, промывку 31, анодирование 32 в щелочи, промывку 33 и сушку 34.Suitable fuel elements undergo surface chemical treatment 30 of the shell in a mixture of HNO 3 and HF acids, which comes after condensation of 23 HF vapors and absorption purification 24, washing 31, anodizing 32 in alkali, washing 33 and drying 34.

Claims (1)

Способ изготовления тепловыделяющих элементов с оболочкой из сплава циркония с ниобием для ядерных реакторов типа ВВЭР, включающий конверсию гексафторида урана UF6 в диоксид урана UO2 в воздушно-водородном пламени с подачей в зону горения смеси гексафторида урана UF6 с газом-носителем кислородом воздуха, водорода, перегретого водяного пара и защитного газа азота, отделение твердых частиц фторокислов урана от газовой фазы, обесфторивание твердых частиц фторокислов урана термической их обработкой в водороде и перегретом водяном паре во вращающейся печи, прессование и измельчение “шашки”, смешение порошка с пластификатором, прессование и спекание топливных таблеток в водородной среде, мокрое шлифование, сушку, контроль топливных таблеток и гамма-абсорбционный контроль плотности, подготовку оболочки из сплава циркония с ниобием к снаряжению с электронно-лучевой сваркой заглушки к одному концу оболочки, снаряжение столба топливных таблеток в открытый конец оболочки с фиксацией фиксаторами, контроль и разбраковку по длине столба топливных таблеток, зазорам между ними, длине компенсационного пространства, по наличию фиксаторов гамма-абсорбционным методом, герметизацию контактной стыковой сваркой второй заглушки к открытому концу снаряженной оболочки под давлением гелия под оболочкой, контроль и разбраковку по давлению гелия под оболочкой и качеству сварных швов, поверхностную химическую обработку в смеси кислот НNО3 и HF, промывку, анодирование в щелочи, промывку и сушку тепловыделяющего элемента, отличающийся тем, что в процессе конверсии гексафторида урана UF6 в диоксид урана UO2 в воздушно-водородном пламени подачу в зону горения гексафторида UF6 осуществляют до момента снижения скорости потока газообразного гексафторида, подачу переключают на новый поток газообразного гексафторида, а поток со сниженной скоростью направляют на конденсацию в промежуточную емкость, по мере наполнения которой, определяемого взвешиванием, испаряют, и газообразный поток гексафторида вновь направляют в зону горения, при угрозе взрывного горения воздушно-водородного пламени зону горения мгновенно заполняют защитным газом азотом с отключением подачи водорода, после отделения твердых частиц фторокислов урана обесфторивание их термической обработкой в водороде и перегретом водяном паре во вращающейся печи осуществляют при 650-660°С в первой зоне, глубокое обесфторивание от находящегося в соединении с ураном фтора осуществляют при 660-665°С во второй зоне, а в третьей зоне при 665-670°С осуществляют формование порошка диоксида урана сфероидизацией частиц порошка, полученный порошок диоксида урана UO2 охлаждают в газовой среде азота до 18-20°С, подвергают магнитной сепарации, просеиванию через сетку с ячейками не более 125 мм и с содержанием не более 15% мелкой 70 мкм фракции гомогенизации в газовой среде азота, при этом на операциях воздействия на оборудование фтористо-водостойкой кислоты HF и ее паров используют оборудование из антикоррозионного материала, операции прессования и измельчения “шашки”, просеивания, смешения порошка с пластификатором, прессование топливных таблеток осуществляют в газовой среде азота, контроль по плотности гамма-абсорбционным методом готовых топливных таблеток после спекания в водородной среде, мокрого шлифования и сушки в газовой среде азота проводят путем вибрационного перемещения потока топливных таблеток через зону γ-излучения и измерения по формулеA method of manufacturing fuel elements with a shell made of a zirconium-niobium alloy for VVER-type nuclear reactors, comprising the conversion of uranium hexafluoride UF 6 to uranium dioxide UO 2 in an air-hydrogen flame with a mixture of uranium hexafluoride UF 6 with a carrier gas being supplied with air oxygen hydrogen, superheated water vapor and a protective nitrogen gas, separation of solid particles of uranium fluoroxides from the gas phase, defluorination of solid particles of uranium fluorides by heat treatment in hydrogen and superheated water vapor during pressurized furnace, pressing and grinding “checkers”, mixing powder with plasticizer, pressing and sintering of fuel pellets in a hydrogen medium, wet grinding, drying, control of fuel pellets and gamma absorption density control, preparation of a shell made of zirconium alloy with niobium for electronically equipped - beam welding of the plug to one end of the shell, equipment of the column of fuel pellets to the open end of the shell with fixation by clamps, control and sorting along the length of the column of fuel pellets, the gaps between them, for no compensation space, by the presence of clips gamma-absorption method, sealing contact butt welding the second cap to the open end of the loaded membrane pressure of helium inside containment, control and grading pressure helium under environment and quality of the welds, surface chemical treatment in a mixed acid of HNO 3 and HF, washing, anodizing in alkali, washing and drying a fuel element, characterized in that during the conversion of uranium hexafluoride UF 6 to uranium dioxide UO 2 in air-hydrogen lamens, the UF 6 hexafluoride is fed into the combustion zone until the flow rate of gaseous hexafluoride is reduced, the flow is switched to a new gaseous hexafluoride flow, and the flow at a reduced speed is sent to condensation in the intermediate tank, which is filled by weighing and evaporates, and the gaseous flow hexafluoride is again sent to the combustion zone, if there is a danger of explosive combustion of an air-hydrogen flame, the combustion zone is instantly filled with protective gas with nitrogen and the water supply is turned off kind, after the separation of solid particles of uranium fluoroxides, they are defluorinated by heat treatment in hydrogen and superheated water vapor in a rotary kiln at 650-660 ° C in the first zone, deep defluorination from fluorine in combination with uranium is carried out at 660-665 ° C in the second zone, and in the third zone at 665-670 ° C, the uranium dioxide powder is formed by spheroidization of the powder particles, the obtained uranium dioxide powder UO 2 is cooled in a nitrogen gas to 18-20 ° C, subjected to magnetic separation, sifting through a grid with cells of not more than 125 mm and with a content of not more than 15% of a fine 70 μm fraction of homogenization in a nitrogen gas environment, while the operations of influencing the equipment of fluorine-water-resistant acid HF and its vapors use equipment made of anticorrosive material, pressing and grinding “checkers” ”, Sieving, mixing powder with a plasticizer, pressing fuel pellets is carried out in a nitrogen gas environment, density control of finished fuel pellets by gamma-absorption method after sintering in a hydrogen medium, wet grinding and drying in a nitrogen gas environment is carried out by vibrational movement of the flow of fuel pellets through the γ-radiation zone and measured by the formula N=No х е-mpd,N = No x e -mpd , где N - число фотонов, регистрируемых детектором при наличии топливной таблетки,where N is the number of photons detected by the detector in the presence of a fuel tablet, No - число фотонов, регистрируемых детектором в отсутствие топливной таблетки,No is the number of photons detected by the detector in the absence of a fuel tablet, m - массовый коэффициент ослабления,m is the mass attenuation coefficient, р - плотность топливной таблетки,p is the density of the fuel pellet, d - толщина контролируемой зоны топливной таблетки,d is the thickness of the controlled area of the fuel pellet, определяют плотность топливной таблетки по формулеdetermine the density of the fuel tablet according to the formula р=ln (No/N) / mdp = ln (No / N) / md и отбраковывают топливные таблетки с плотностью до 10,4 г/см3 и выше 10,7 г/см3, отбракованные топливные таблетки диоксида урана окисляют до оксида урана и 10-12% возвращают в смесь диоксида урана с пластификатором, фтористо-водородную кислоту HF после конденсации отходящих газов подвергают абсорбционной очистке от урана на анионитовой смоле и возвращают в технологический процесс на поверхностную химическую обработку тепловыделяющих элементов на приготовление травильного раствора.and reject fuel pellets with a density of up to 10.4 g / cm 3 and above 10.7 g / sm 3 , reject fuel pellets of uranium dioxide are oxidized to uranium oxide and 10-12% are returned to a mixture of uranium dioxide with a plasticizer, hydrofluoric acid HF after condensation of the exhaust gases is subjected to absorption purification from uranium on anion exchange resin and returned to the process for surface chemical treatment of fuel elements to prepare the etching solution.
RU2003100219/06A 2003-01-04 2003-01-04 Fuel element manufacturing process RU2252459C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003100219/06A RU2252459C2 (en) 2003-01-04 2003-01-04 Fuel element manufacturing process

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003100219/06A RU2252459C2 (en) 2003-01-04 2003-01-04 Fuel element manufacturing process

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003100219A RU2003100219A (en) 2004-09-20
RU2252459C2 true RU2252459C2 (en) 2005-05-20

Family

ID=35820904

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003100219/06A RU2252459C2 (en) 2003-01-04 2003-01-04 Fuel element manufacturing process

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2252459C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2538255C2 (en) * 2009-10-27 2015-01-10 Институт Хемии и Техники Йондровэй Method of producing uranium dioxide in form of spherical and irregularly shaped grains
CN114909645A (en) * 2022-06-06 2022-08-16 华能山东石岛湾核电有限公司 Primary side cleaning system and method for high temperature gas cooled reactor steam generator

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов, под ред. РЕШЕТНИКОВА Ф.Г., Москва, Энергоатомиздат, 1995, книга 1, с. 81-106. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2538255C2 (en) * 2009-10-27 2015-01-10 Институт Хемии и Техники Йондровэй Method of producing uranium dioxide in form of spherical and irregularly shaped grains
CN114909645A (en) * 2022-06-06 2022-08-16 华能山东石岛湾核电有限公司 Primary side cleaning system and method for high temperature gas cooled reactor steam generator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6960311B1 (en) Radiation shielding materials and containers incorporating same
JP3911288B2 (en) Process for producing powdered metal oxide mixtures from metal oxide nitrates in the nuclear industry.
US3786120A (en) Conversion of uranium hexafluoride to uranium dioxide structures of controlled density and grain size
RU2252459C2 (en) Fuel element manufacturing process
Vedder Oak Ridge National Laboratory preparation of sintered 237NpO2 pellets for irradiation to produce 238Pu oxide
Masson et al. Block-type HTGR spent fuel processing: CEA investigation program and initial results
Shatalov et al. Gas-fluoride technology for processing spent oxide fuel
US3278387A (en) Fuel recycle system in a molten salt reactor
RU2203225C2 (en) Uranium hexafluoride conversion method
Alfredson Pilot plant development of processes for the production of nuclear grade uranium dioxide
RU2003100219A (en) METHOD FOR MANUFACTURING HEATING ELEMENTS
Chattin et al. Preparation of curium-americium oxide microspheres by resin-bead loading
Ferguson Status and Progress Report for Thorium Fuel Cycle Development for Period Ending December 31, 1962
Felker et al. Plutonium and neptunium conversion using modified direct denitration
Schreinemachers Influence of redox conditions on the conversion of actinide solutions into microspheres via sol-gel chemistry
Dvoeglazov et al. Preparation of actinide oxides by thermal denitration
Felker et al. Product conversion: the link between separations and fuel fabrication
Borland et al. An evaluation of alternate production methods for Pu-238 general purpose heat source pellets
Iwasaki et al. Fluorination of plutonium dioxide by fluorine
Kushner Nuclear fuel fabrication for commercial electric power generation
Hutton Dissolution of HTGR fuel
Reilly et al. Fluidized bed reprocessing of Rover fuel
Swiderska-Kowalczyk et al. Particle generation methods applied in large-scale experiments on aerosol behaviour and source term studies
Thoeming DOE patents available for licensing. A bibliography for the period 1966-1974. Supplement 1
Ion et al. 20 Years of Production of UO2 by the Integrated Dry Route–A BNFL Perspective on Dry Conversion

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090105