Совершенствование процесса изготовления таблеток из диоксида урана
Разработка твэлов на большие выгорания и, следовательно, удлинение кампании требует решения ряда проблем. На современном этапе развития атомной энергетики остро стоит проблема повышения технико-эксплуатационных характеристик твэлов на основе таблеточного топлива. Поэтому большое внимание уделяется с...
Saved in:
| Published in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Date: | 2007 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2007
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110874 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Совершенствование процесса изготовления таблеток из диоксида урана / Н.П. Одейчук, С.А. Сиренко, А.И. Большак // Вопросы атомной науки и техники. — 2007. — № 4. — С. 149-151. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860015563142594560 |
|---|---|
| author | Одейчук, Н.П. Сиренко, С.А. Большак, А.И. |
| author_facet | Одейчук, Н.П. Сиренко, С.А. Большак, А.И. |
| citation_txt | Совершенствование процесса изготовления таблеток из диоксида урана / Н.П. Одейчук, С.А. Сиренко, А.И. Большак // Вопросы атомной науки и техники. — 2007. — № 4. — С. 149-151. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | Разработка твэлов на большие выгорания и, следовательно, удлинение кампании требует решения ряда проблем. На современном этапе развития атомной энергетики остро стоит проблема повышения технико-эксплуатационных характеристик твэлов на основе таблеточного топлива. Поэтому большое внимание уделяется совершенствованию технологии изготовления таблеток из UO₂.
Розробка твелів на великі вигоряння і, відповідно, подовження кампанії вимагають вирішення ряду проблем. На сучасному етапі розвитку атомної енергетики гостро постає проблема підвищення техніко-експлуатаційних характеристик твелів на основі таблеткового палива. Тому велика увага приділяється удосконалюванню технології виготовлення таблеток з UO₂.
The development of fuel elements on the large burn-up and, consequently, lengthening of campaign are required of solutions of several problems. The problem of increase of fuel element technique-operational characteristics on fuel pellet basis stands sharply at the present stage of atomic engineering development. Therefore large attention is paid to improvement of UO₂ pellets manufacturing technology.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:44:48Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621. 039. 540
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТАБЛЕТОК
ИЗ ДИОКСИДА УРАНА
Н.П. Одейчук, С.А. Сиренко, А.И. Большак
*Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»,
г. Харьков, Украина
Разработка твэлов на большие выгорания и, следовательно, удлинение кампании требует решения ряда
проблем. На современном этапе развития атомной энергетики остро стоит проблема повышения технико-
эксплуатационных характеристик твэлов на основе таблеточного топлива. Поэтому большое внимание уде-
ляется совершенствованию технологии изготовления таблеток из UO2.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время диоксид урана является
основным видом ядерного топлива энергетических
реакторов на воде. Масштабы производства порош-
ка диоксида урана низкого обогащения и таблеток
на его основе очень велики, и для нужд украинских
АЭС ежегодно требуется около 100 млн. шт. табле-
ток. Несмотря на такие огромные масштабы произ-
водства, все таблетки должны иметь практически
идентичные или очень мало отличающиеся друг от
друга эксплуатационные характеристики [1].
Ужесточены требования по содержанию приме-
сей в порошке UO2, особенно таких примесей, кото-
рые оказывают разрушающее влияние на оболочку
или защитное покрытие внутренней поверхности
оболочки: влага, водород, углерод, азот. Примеси
приводят к снижению прочности таблеток и их
охрупчиванию, что проявляется в увеличении веро-
ятности образования сколов на таблетках. В свою
очередь, сколы на таблетках в собранных твэлах мо-
гут привести к заклиниванию сердечника при их ра-
боте в реакторе и к увеличению механического воз-
действия на оболочку, что в конечном итоге может
вызвать преждевременное разрушение оболочки
твэла.
Технологические схемы массового производства
таблеток разрабатываются с учетом комплекса
сложных требований, которые вытекают из условия
обеспечения надежной работы энергетических реак-
торов и низкой себестоимости вырабатываемой
электроэнергии.
Прессование является важнейшим этапом в по-
лучении таблеток. В процессе прессования заклады-
ваются основные характеристики таблеток: форма,
геометрические размеры, прочность, плотность и
равномерность ее по всему объему таблетки.
Процесс прессования должен обеспечить:
- требуемую форму таблеток;
- жесткие размерные допуски как на диаметр та-
блетки (±0,01 мм), так и на ее высоту (±1,0 мм);
- требуемую плотность и равномерность ее рас-
пределения по всему объему таблетки. По современ-
ным требованиям плотность прессовок должна со-
ставлять не менее 56…57% ТП при ее разбросе не
более 1,5% ТП; усилие разрушения таблетки (проч-
ность) должно быть не менее 8,3 МПа.
В последнее десятилетие во многих странах уси-
ленно прорабатывается метод “сухого” прессования
таблеток [2]. Для его реализации требуются порош-
ки, способные заполнять пресс-форму без дополни-
тельного воздействия. На сегодняшний день таким
требованиям наиболее полно отвечают порошки
диоксида урана, получаемые в АУК- и IDR-процес-
сах [ 3 ].
Процесс подготовки порошка к прессованию,
особенно с применением жидких связок, трудоем-
кий, значительно усложняющий технологию изго-
товления таблеток. В настоящее время ведется раз-
работка как новых способов получения ядерного
топлива, так и усовершенствования существующей
технологии [2].
С целью улучшения прессуемости порошка,
уменьшения усилий прессования и выталкивания,
уменьшения износа пресс-инструмента применяют,
как известно, связующие и смазывающие вещества,
которые в виде раствора или сухого порошка вводят
в шихту перед прессованием или покрывают смаз-
кой рабочую часть пресс-форм.
Прессование со связкой и смазкой осуществляет-
ся из гранулированного UO2 и является основным
видом формирования топливных таблеток, разрабо-
танным в России.
При изготовлении таблеток прессованием с
жесткими размерными допусками необходимо учи-
тывать влияние упругого последействия, возникаю-
щего в результате действия внутренних напряже-
ний. Особенно важно учитывать его по диаметру та-
блеток в связи с малыми размерными допусками на
него.
В процессе выталкивания таблетки из пресс-фор-
мы растягивающие продольные и сжимающие по-
перечные напряжения постепенно снимаются, но
могут дополнительно возникать сдвиговые напряже-
ния. Например, в момент выхода таблетки из пресс-
формы ее верхняя часть освобождается в первую
очередь и испытывает поперечное расширение, то-
гда как остальная часть еще находится в пресс-фор-
ме, что может вызвать отрыв (сдвиг) выпрессован-
ной части от сжатой части таблетки или образование
трещин [ 4 ].
Прессование без связки – “сухое” прессование-
осуществляется без введения в шихту связки и смаз-
ки. Для прессования без связки нужен порошок UO2
с полудендритной структурой. Такой структурой об-
ладают порошки UO2, полученные по АУК-процес-
су, их прессуют без дополнительной предваритель-
ной обработки. Они достаточно технологичны, т. е.
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2007. № 4.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (16), с.149 - 151 .
149
имеют хорошую текучесть и высокую насыпную
плотность. Порошки, полученные по IDR-процессу,
также прессуют без введения связки, но с предвари-
тельной обработкой - сухой грануляцией для повы-
шения текучести.
Насыпной вес порошков по АУК- и IDR-процес-
сам составлял соответственно 2,6 и 2,7 г/см3.
В проводимых нами исследованиях исходным
материалом для изготовления таблеток являлся по-
рошок UO2, полученный по АДУ-процессу.
Для прессования без связки разработаны прессы
с автоматической смазкой пресс-форм. Смазка на
основе веретенного масла наносится равномерным
слоем на поверхность пуансонов и матриц с целью
снижения давления выталкивания и получения каче-
ственных прессовок.
Из рассмотренных способов производства табле-
ток наиболее перспективным и менее трудоемким
является изготовление таблеток без связки методом
“сухого” прессования. Основное преимущество - со-
кращение производительного цикла изготовления
таблеток. Исключаются такие трудоемкие и дли-
тельные операции, как дозирование связующего ве-
щества и его смешивания с порошком, сушка и обез-
гаживание таблеток. Улучшается качество готовых
таблеток (увеличивается плотность, уменьшается
разброс по размеру наружного диаметра, возможно
исключение операции шлифования, уменьшается
содержание углерода до 0,01 мас.%) [5].
1. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Исследование по отработке операций и режимов
изготовления таблеточного оксидного топлива про-
водили с использованием порошка диоксида урана
(ТУ 95.604-79) с размером частиц 10…15мкм.
Реализация приведенных выше требований к ка-
чественным и количественным параметрам топлив-
ных таблеток из диоксида урана представляет собой
сложную задачу, так как параметры таблетки нахо-
дятся между собой в определенной зависимости, и
изменение одного из них ведет к изменению друго-
го.
Для выполнения работ по созданию топлива с
повышенными технико-эксплуатационными харак-
теристиками был проведен комплекс мероприятий
по усовершенствованию применяемого оборудова-
ния. Были разработаны и изготовлены высокотемпе-
ратурные пресс-формы из молибдена (рис. 1).
Рис.1. Пресс-формы
Верхний и нижний пуансоны имеют вырезы под
фаску таблетки. Порошок UO2 (без связующего) за-
сыпался в пресс-форму в состоянии свободной за-
сыпки. Прессование проводили на гидравлическом
прессе П6320. Давление прессования составляло
1000…3000 кгс/см2. После этого спрессованные та-
блетки без выпрессовки вместе с пресс-формой
передавали на операцию спекания в высокотемпера-
турную печь с графитовым нагревателем, изготов-
ленную на базе вакуумной установки ВУМ-10. Про-
цесс спекания проводили в вакууме 13,3⋅10-2 Па при
температуре 1700 °С в течение 1 ч.
2. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Спрессованные и спеченные готовые таблетки
UO2 имели ровную, гладкую без сколов и трещин
поверхность.
При серийном производстве таблеток UO2 прес-
сованием в пресс-формах весьма важно получать хо-
рошую воспроизводимость плотности от изделия к
изделию, изготовленных при одинаковом давлении
прессования.
Прочность спеченных таблеток превышает ана-
логичные значения для таблеток, изготовленных по
технологии с использованием связующего. По
остальным характеристикам имеющиеся отличия
незначительны (таблица).
Характеристики таблеток UO2 экспериментальной партии, изготовленных без связующего
и с использованием связующего
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2007. № 4.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (16), с.149 - 151 .
Параметры Прессование
без связующего
Прессование
со связующим
Плотность спеченных таблеток, г/см3 10,50 10,55
Прочность спеченных таблеток,
кг/см2 30 23
Усадка таблеток по диаметру при спе-
кании, % 15,5…16,5 14,8…15,2
150
Проведенные исследования показали, что основ-
ные характеристики таблеток, полученных прессо-
ванием без связующего, практически не
отличаются от свойств таблеток, полученных по
традиционной технологии. Зависимость плотности
спеченных таблеток от давления прессования пред-
ставлена на рис.2. В 80-е годы требования по плот-
ности для кондиционных таблеток составляли
10,6…10,8 г/см3. В настоящее время в связи с удли-
нением кампании и увеличением выгорания ядерно-
го топлива требования по плотности для табле-
точного топлива понижены до 10,4…10,6 г/см3. Как
видно из рис. 2, таблетки, изготовленные по предло-
женному методу, соответствуют данному требова-
нию. Для перехода к полномасштабному произ-
водству ядерного топлива, изготовленного прессова-
нием без связующего, потребуются еще дополни-
тельные исследования для обоснования его работо-
способности.
1000 1500 2000 2500 3000
10,1
10,2
10,3
10,4
10,5
10,6
10,7
10,8
П
ло
тн
ос
ть
, г
/с
м
3
Давление прессования, кг/см2
1
2
Рис.2.Зависимость плотности спеченных таблеток
от давления прессования:
1 – со связующим; 2 - без связующего
ВЫВОДЫ
Спеченные таблетки, изготовленные методом
прессования без связующего, удовлетворяют совре-
менным требованиям к таблеточному топливу атом-
ного реактора.
Изготовление таблеток из диоксида урана без
связующего значительно упрощает технологию без
снижения качества изделий: отпадает необходи-
мость в операции удаления связующего.
Химическая чистота выше у таблеток, изготов-
ленных методом прессования без связующего, чем у
таблеток, изготовленных по традиционной техноло-
гии, из-за отсутствия смазывающих реагентов и до-
бавок связующих.
ЛИТЕРАТУРА
1. В.Хефли. Проблемы и перспективы ядерной
энергетики // Вестник АН СССР. 1990, №12,.
2. В.А.Махова, Ю.В.Смирнов, И.Д.Соколова,
Ю.П.Жбанов, М.А.Элатомцева. Водо-водяные
реакторы и их топливный цикл за рубежом.
Вып. 18. Усовершенствование топлива водо-во-
дяных реакторов: Обзор.- М.: «Энергоатомиз-
дат», 1995.
3. G.E.Somayajulu et al. PHWR/BWR fuel manufactur-
ing experience in India // Proc. of Symp. On Im-
provements in Water Reactor Fuel Technology and
Utilization. Stockholm ( Sweden ), 15-19 Sep., 1986.
Vienna: IAEA, 1987, p. 493-503.
4. А.М.Уманский. Прессование порошковых мате-
риалов. М.: «Металлургия», 1981, 80 с.
5. D.Franklin et al. Advances in light water reactor fu-
els // Trans. ANS. 1987, v. 55, p. 255-257.
УДОСКОНАЛЕННЯ ПРОЦЕСА ВИГОТОВЛЕННЯ ТАБЛЕТОК
З ДІОКСИДУ УРАНА
М.П. Одейчук, С.А. Сіренко, А.І. Большак
Розробка твелів на великі вигоряння і, відповідно, подовження кампанії вимагають вирішення ряду проблем. На
сучасному етапі розвитку атомної енергетики гостро постає проблема підвищення техніко-експлуатаційних
характеристик твелів на основі таблеткового палива. Тому велика увага приділяється удосконалюванню технології
виготовлення таблеток з UO2.
IMPROVEMENT OF URANIUM DIOXIDE PELLETS MANUFACTURING PROCESS
M.P. Odeychuk, S.A. Sirenko, A.I. Bol’shak
The development of fuel elements on the large burn-up and, consequently, lengthening of campaign are required of solutions
of several problems. The problem of increase of fuel element technique-operational characteristics on fuel pellet basis stands
sharply at the present stage of atomic engineering development. Therefore large attention is paid to improvement of UO2 pellets
manufacturing technology.
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2007. № 4.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (16), с.149 - 151 .
151
ВВЕДЕНИЕ
1. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
2. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-110874 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:44:48Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Одейчук, Н.П. Сиренко, С.А. Большак, А.И. 2017-01-06T16:16:15Z 2017-01-06T16:16:15Z 2007 Совершенствование процесса изготовления таблеток из диоксида урана / Н.П. Одейчук, С.А. Сиренко, А.И. Большак // Вопросы атомной науки и техники. — 2007. — № 4. — С. 149-151. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110874 621. 039. 540 Разработка твэлов на большие выгорания и, следовательно, удлинение кампании требует решения ряда проблем. На современном этапе развития атомной энергетики остро стоит проблема повышения технико-эксплуатационных характеристик твэлов на основе таблеточного топлива. Поэтому большое внимание уделяется совершенствованию технологии изготовления таблеток из UO₂. Розробка твелів на великі вигоряння і, відповідно, подовження кампанії вимагають вирішення ряду проблем. На сучасному етапі розвитку атомної енергетики гостро постає проблема підвищення техніко-експлуатаційних характеристик твелів на основі таблеткового палива. Тому велика увага приділяється удосконалюванню технології виготовлення таблеток з UO₂. The development of fuel elements on the large burn-up and, consequently, lengthening of campaign are required of solutions of several problems. The problem of increase of fuel element technique-operational characteristics on fuel pellet basis stands sharply at the present stage of atomic engineering development. Therefore large attention is paid to improvement of UO₂ pellets manufacturing technology. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Физика и технология конструкционных материалов Совершенствование процесса изготовления таблеток из диоксида урана Удосконалення процеса виготовлення таблеток з діоксиду урана Improvement of uranium dioxide pellets manufacturing process Article published earlier |
| spellingShingle | Совершенствование процесса изготовления таблеток из диоксида урана Одейчук, Н.П. Сиренко, С.А. Большак, А.И. Физика и технология конструкционных материалов |
| title | Совершенствование процесса изготовления таблеток из диоксида урана |
| title_alt | Удосконалення процеса виготовлення таблеток з діоксиду урана Improvement of uranium dioxide pellets manufacturing process |
| title_full | Совершенствование процесса изготовления таблеток из диоксида урана |
| title_fullStr | Совершенствование процесса изготовления таблеток из диоксида урана |
| title_full_unstemmed | Совершенствование процесса изготовления таблеток из диоксида урана |
| title_short | Совершенствование процесса изготовления таблеток из диоксида урана |
| title_sort | совершенствование процесса изготовления таблеток из диоксида урана |
| topic | Физика и технология конструкционных материалов |
| topic_facet | Физика и технология конструкционных материалов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110874 |
| work_keys_str_mv | AT odeičuknp soveršenstvovanieprocessaizgotovleniâtabletokizdioksidaurana AT sirenkosa soveršenstvovanieprocessaizgotovleniâtabletokizdioksidaurana AT bolʹšakai soveršenstvovanieprocessaizgotovleniâtabletokizdioksidaurana AT odeičuknp udoskonalennâprocesavigotovlennâtabletokzdíoksiduurana AT sirenkosa udoskonalennâprocesavigotovlennâtabletokzdíoksiduurana AT bolʹšakai udoskonalennâprocesavigotovlennâtabletokzdíoksiduurana AT odeičuknp improvementofuraniumdioxidepelletsmanufacturingprocess AT sirenkosa improvementofuraniumdioxidepelletsmanufacturingprocess AT bolʹšakai improvementofuraniumdioxidepelletsmanufacturingprocess |