Разработка пэлов дисперсионного типа с выгорающим поглотитетелем
Поглотители дисперсионного типа обладают повышенными технико-экономическими показателями по сравнению с применяемыми в данное время в реакторах ВВЭР. В данной работе рассмотрена технология производства ПЭЛов дисперсионного типа на основе Gd₂O₃ методами порошковой металлургии. Поглиначі дисперсій...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Дата: | 2006 |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2006
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81439 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Разработка пэлов дисперсионного типа с выгорающим поглотитетелем / Н.П. Одейчук, С.А. Сиренко, А.И. Большак, Е.А. Слабоспицкая // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 1. — С. 176-178. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859617514240081920 |
|---|---|
| citation_txt | Разработка пэлов дисперсионного типа с выгорающим поглотитетелем / Н.П. Одейчук, С.А. Сиренко, А.И. Большак, Е.А. Слабоспицкая // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 1. — С. 176-178. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | Поглотители дисперсионного типа обладают повышенными технико-экономическими показателями по
сравнению с применяемыми в данное время в реакторах ВВЭР. В данной работе рассмотрена технология
производства ПЭЛов дисперсионного типа на основе Gd₂O₃ методами порошковой металлургии.
Поглиначі дисперсійного типу володіють підвищеними техніко-економічними показниками у порівнянні з
вживаними зараз в реакторах ВВЕР. У даній роботі досліджено процес виготовлення ПЕЛів дисперсійного
типу на основі Gd₂O₃ методами порошкової металургії.
The dispersion type absorbers have increased technical and economic parameters in comparison with used in the
given time in WWER type reactors. Dispersion type absorber elements manufacturing technology on Gd₂O₃ base by
methods of powder metallurgy in the given article is considered.
|
| first_indexed | 2025-11-28T23:40:23Z |
| format | Article |
| fulltext |
РАЗРАБОТКА ПЭЛОВ ДИСПЕРСИОННОГО ТИПА
С ВЫГОРАЮЩИМ ПОГЛОТИТЕЛЕМ
Н.П. Одейчук, С.А. Сиренко, А.И. Большак, Е.А. Слабоспицкая
Институт физики твердого тела, материаловедения и технологий
Национального научного центра «Харьковский физико-технический
институт»;
г. Харьков, Украина
Поглотители дисперсионного типа обладают повышенными технико-экономическими показателями по
сравнению с применяемыми в данное время в реакторах ВВЭР. В данной работе рассмотрена технология
производства ПЭЛов дисперсионного типа на основе Gd2O3 методами порошковой металлургии.
ВВЕДЕНИЕ
Повышение технико-экономических показателей
АЭС связано с увеличением выгорания ядерного
топлива. Увеличение компании эксплуатации топ-
ливной загрузки ядерного реактора от 12 до 18 меся-
цев (и даже до 24) требует использования топлива с
обогащением не менее 4,5%. Для подавления высо-
кой начальной реактивности в активную зону водо-
водяных реакторов предлагается вводить выгораю-
щий поглотитель нейтронов. Данный поглотитель
нейтронов должен обладать высоким сечением за-
хвата нейтронов и не образовывать нежелательных
дочерних продуктов деления [1].
Поглощающий элемент (ПЭЛ) дисперсионного
типа представляет собой заключенный в оболочку
сердечник, в котором частицы выгорающего погло-
тителя равномерно распределены в непрерывной
матрице. Основным преимуществом ПЭЛов диспер-
сионного типа является повышенная коррозионная
стойкость при длительной эксплуатации в реакторе,
так как частицы поглотителя (окислы РЗМ) допол-
нительно защищены от гидратации коррозионно-
стойкой матрицей [2].
Особенно перспективно применение ПЭЛов дис-
персионного типа в исследовательских, транспорт-
ных и других специальных типах ядерных реакто-
ров.
Преимуществами ПЭЛов дисперсионного типа
являются более широкие технологические возмож-
ности, позволяющие изготавливать ПЭЛы самой
разнообразной конфигурации: в виде изделий из
лент и пластин сложной конфигурации, цилиндри-
ческих и крестообразных стержней, колец и т.д. [3].
В настоящее время большинство работ по изуче-
нию редких земель в целях их применения в ПЭЛах
для регулирования реактора направлено на исполь-
зование дисперсий редких земель в металлической
матрице. При этом главное внимание сосредоточено
на использовании редких земель в виде окислов, а
не в виде металла, поскольку стоимость получения
металла относительно высокая [4].
Особый интерес представляет Gd2O3, поскольку
Gd имеет уникальные свойства, связанные с высо-
ким сечением поглощения нейтронов и скоростью
выгорания, близкой (при оптимальном составе) к
скорости выгорания 235U. Эти свойства в сочетании с
тем, что при его облучении не возникают дочерние
продукты с высоким сечением захвата тепловых
нейтронов, делают Gd идеальным выгорающим
поглотителем [5].
В технологии дисперсионных элементов широкое
распространение получили методы порошковой ме-
таллургии. Их отличают простота, дешевизна и уни-
версальность, возможность изготовления ПЭЛов
самой разнообразной конфигурации. Чаще всего они
применяются в сочетании с рядом других методов
(электродуговое распыление, золь-гель, химическая
диссоциация и др.) [6].
В данной работе описан метод изготовления
ПЭЛов дисперсионного типа основаны на методах
порошковой металлургии.
ПРОИЗВОДСТВО МИКРОСФЕР
Исследования по отработке операций и режимов
изготовления ПЭЛов дисперсионного типа проводи-
ли с использованием порошка оксида гадолиния и
порошка молибдена.
Для получения равномерной по составу смеси, ко-
торая бы не расслаивалась и не рассыпалась при
дальнейших операциях, широко используют различ-
ные связующие вещества, добавляемые в шихту.
Эффективным связующим веществом для порошка
Gd2O3 является оригинальное разработанное поли-
мерное связующее, состоящее из смеси парафина и
петролатума в пропорции 2:1, растворенных в бен-
зине. Исходный порошок Gd2O3 перемешивают со
связующим, сушат, после чего проводятся операции
усреднения и измельчения полученной массы.
Порошок Gd2O3 пропускают через экструдер, по-
лучая таким образом цилиндрические гранулы необ-
ходимых размеров.
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 1.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (15), с.176 – 178.
176
Разработанный процесс формирования микро-
сфер включает операцию обработки исходных гра-
нул из Gd2O3 со связующим во вращающихся чашах
сфероидизатора (модернизированной планетарной
мельницы). Сфероидизатор состоит из стальной ста-
нины, на которой установлена плита с размещенны-
ми на ней четырьмя металлическими чашами. На
верхней крышке сфероидизатора установлены дат-
чики (тахометры) скорости вращения плиты и чаш.
В результате происходит накатка гранул в сфериче-
ские микросферы и их уплотнение. Сферическую
форму гранулам придают в сфероидизаторе в тече-
ние 1,5 ч. Затем сферические “сырые” микросферы
Gd2O3 поступают на операции отгонки связующего
и спекания.
Процесс спекания проводили в вакууме
10-3 мм рт. ст. при температуре 1600 оС в течение 2 ч.
Плотность спеченных микросфер из Gd2O3 состав-
ляла 7,44 г/см3 ( 97,4 % ТП).
НАНЕСЕНИЕ ПОКРЫТИЙ
Исходный порошок молибдена смешивался с раз-
работанным полимерным связующим в универсаль-
ном лопастном смесителе в течение 1 чзатем сушил-
ся.
Для нанесения металлического покрытия из по-
рошка Мо на сферические гранулы из Gd2O3 разра-
ботан метод механического нанесения (накатыва-
ния) покрытия в сфероидизаторе. Данный метод
прост, надежен и технологичен.
Покрытия на сферических частицах ПЭЛов улуч-
шают их свойства, предохраняют от взаимодействия
с теплоносителем первого контура реактора при ги-
потетическом появлении во время работы сквозных
дефектов в оболочке. Таким образом, создается ре-
альная возможность повышения живучести
ПЭЛов дисперсионного типа.
Полученные микросферы на основе Gd2O3 (∼
50 мас.%) помещают в чашу сфероидизатора и туда
же засыпают порошок из молибдена (∼ 50 мас.%) со
связующим для нанесения покрытия на микросфе-
ры. Скорость вращения плиты составляет 75 об/мин,
а скорость вращения чаши – 25 об/мин. Время обра-
ботки операции по нанесению покрытия при данных
условиях работы сфероидизатора составляет 1,5 ч.
Толщина «сырого» покрытия Mo на микросферах на
основе Gd2O3 составляет ∼ 40 мкм.
ПРОИЗВОДСТВО ДИСПЕРСИОННЫХ
КОМПОЗИЦИЙ
Прессование микросфер с нанесенным «сырым»
покрытием из Мо в готовые изделия производили
двухсторонним прессованием в стальных прессфор-
мах на гидравлическом прессе П 6320 при удельном
давлении 130 МПа. Затем спрессованные изделия
проходили контроль качества (на наличие сколов и
трещин) и передавались на операции отгонки связу-
ющего и спекания.
Процесс спекания представляет собой основной
этап в консолидации частиц порошкообразного ма-
териала в твердом состоянии и упрочнении заготов-
ки.
Полученные после прессования изделия помеща-
ли в графитовые тигли, футерованные молибдено-
вым прокатом. Процесс отгонки связующего прово-
дили в вакууме при медленном подъеме температу-
ры. Атмосфера термообработки на стадии отгонки
связующего выбиралась таким образом, чтобы ис-
ключить появления окислов на поверхности изде-
лий. Тигель сопрессования изделиями после извле-
чения из печи отгонки связующего помещали в вы-
сокотемпературную печь с графитовым нагрева-
телем, изготовленную на базе вакуумной установки
ВУМ-10. Процесс спекания проводили в вакууме
10-3 мм рт. ст. при температуре 1750 оС в течение
2 ч.
Плотность спеченных изделий составляла
9,5 г/см3 ( 93 % ТП).
|------|
500 мкм
Рис.1. Структура готового (спеченного) изделия
Спрессованные и спеченные готовые изделия
имели ровную, гладкую без сколов и трещин по-
верхность. Металлографический анализ (рис.1) по-
казал, что микросферы из Gd2O3 имеют правильную
округлую форму и равномерно распределены в ме-
таллической матрице. На спеченной молибденовой
матрице не наблюдается следов потемнения (окис-
ления), на шлифе виден характерный металлический
блеск. В самой металлической матрице не наблюда-
ются раковины и дополнительные включения.
Определяющим фактором для плотности сформо-
ванных изделий является давление прессования. За-
висимость плотности готовых изделий от давления
прессования показана на рис.2.
ВЫВОДЫ
1. При массовом производстве заготовок ПЭЛов
прессованием в пресс-формах весьма важно полу-
чать хорошую воспроизводимость плотности от из-
делия к изделию, изготовленных при одинаковом
давлении прессования. Практически эта величина
укладывается в пределе ±0,5% среднего значения
плотности, что отвечает установленным требовани-
ям по регламенту изготовления.
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 1.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (15), с.176 – 178.
177
100 105 110 115 120 125 130
84
86
88
90
92
94
П
ло
тн
ос
ть
т
ео
ре
ти
че
ск
ая
, %
Давление прессования, МПа
Рис.2. Зависимость плотности готовых изделий
от давления прессования
2. Исследованный метод изготовления изделий
поглотителя дисперсионного типа характеризуется
хорошей воспроизводимостью и экономичностью.
3. Получаемые изделия отличаются высоким ка-
чеством (в готовых изделиях не выявлены следы де-
фектов и трещин).
ЛИТЕРАТУРА
1. R. Holzer et al. Progress in the design of fuel as-
semblies for LWR // Proc. of Symp. on Improve-
ments in Water Reactor Fuel Technology and Uti-
lization, Stockholm, 15-19 Sep. 1986. Vienna:
IAEA, 1987, p.43-56.
2. И.Д. Родомысельский. Порошковая металлур-
гия, 1966, № 4, с.45.
3. Reactor Mater,1962, №.2, р.11.
4. M.K. Meyer, T.C. Wiencek, S.L. Hayes, G.L. Hof-
man // J. Nucl. Mater. 2000, v. 278, р. 358.
5. В.В. Горский. Применение гадолиния в легко-
водных реакторах // Атомная техника за рубе-
жом. 1987, № 3, с. 3-11.
6. K. Bhanumurty, R.V. Patil, D. Strivatsava,
P.S. Gawde, G.B. Kale // J. Nucl. Mater. 2000,
v. 297, р.220.
РОЗРОБКА ПЕЛІВ ДИСПЕРСІЙНОГО ТИПУ З ВИГОРАЮЧИМ ПОГЛИНАЧЕМ
М.П. Одейчук , С.А. Сіренко, О.І. Большак, О.О. Слабоспицька
Поглиначі дисперсійного типу володіють підвищеними техніко-економічними показниками у порівнянні з
вживаними зараз в реакторах ВВЕР. У даній роботі досліджено процес виготовлення ПЕЛів дисперсійного
типу на основі Gd 2O 3 методами порошкової металургії.
DEVELOPMENT OF DISPERSION TYPE ABSORBERS
WITH BURNABLE ABSORBER
M.P. Odeychuk, S.A. Sirenko, A.I.Bolshak, Е.A. Slabospitskaya
The dispersion type absorbers have increased technical and economic parameters in comparison with used in the
given time in WWER type reactors. Dispersion type absorber elements manufacturing technology on Gd2O3 base by
methods of powder metallurgy in the given article is considered.
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 1.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (15), с.176 – 178.
178
Н.П. Одейчук, С.А. Сиренко, А.И. Большак, Е.А. Слабоспицкая
М.П. Одейчук , С.А. Сіренко, О.І. Большак, О.О. Слабоспицька
M.P. Odeychuk, S.A. Sirenko, A.I.Bolshak, Е.A. Slabospitskaya
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-81439 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-28T23:40:23Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | 2015-05-15T17:02:27Z 2015-05-15T17:02:27Z 2006 Разработка пэлов дисперсионного типа с выгорающим поглотитетелем / Н.П. Одейчук, С.А. Сиренко, А.И. Большак, Е.А. Слабоспицкая // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 1. — С. 176-178. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81439 Поглотители дисперсионного типа обладают повышенными технико-экономическими показателями по сравнению с применяемыми в данное время в реакторах ВВЭР. В данной работе рассмотрена технология производства ПЭЛов дисперсионного типа на основе Gd₂O₃ методами порошковой металлургии. Поглиначі дисперсійного типу володіють підвищеними техніко-економічними показниками у порівнянні з вживаними зараз в реакторах ВВЕР. У даній роботі досліджено процес виготовлення ПЕЛів дисперсійного типу на основі Gd₂O₃ методами порошкової металургії. The dispersion type absorbers have increased technical and economic parameters in comparison with used in the given time in WWER type reactors. Dispersion type absorber elements manufacturing technology on Gd₂O₃ base by methods of powder metallurgy in the given article is considered. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Работы молодых ученых института физики твердого тела, материаловедения и технологий ННЦ ХФТИ Разработка пэлов дисперсионного типа с выгорающим поглотитетелем Розробка пелів дисперсійного типу з вигораючим поглиначем Development of dispersion type absorbers with burnable absorber Article published earlier |
| spellingShingle | Разработка пэлов дисперсионного типа с выгорающим поглотитетелем Работы молодых ученых института физики твердого тела, материаловедения и технологий ННЦ ХФТИ |
| title | Разработка пэлов дисперсионного типа с выгорающим поглотитетелем |
| title_alt | Розробка пелів дисперсійного типу з вигораючим поглиначем Development of dispersion type absorbers with burnable absorber |
| title_full | Разработка пэлов дисперсионного типа с выгорающим поглотитетелем |
| title_fullStr | Разработка пэлов дисперсионного типа с выгорающим поглотитетелем |
| title_full_unstemmed | Разработка пэлов дисперсионного типа с выгорающим поглотитетелем |
| title_short | Разработка пэлов дисперсионного типа с выгорающим поглотитетелем |
| title_sort | разработка пэлов дисперсионного типа с выгорающим поглотитетелем |
| topic | Работы молодых ученых института физики твердого тела, материаловедения и технологий ННЦ ХФТИ |
| topic_facet | Работы молодых ученых института физики твердого тела, материаловедения и технологий ННЦ ХФТИ |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81439 |