В настоящее время ведется большое количество работ по совершенствованию технологии тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) для обеспечения надежной работы в условиях повышенных выго-раний. Важным параметром таблеток с этих позиций является микроструктура. Увеличение размера зерна уменьшает разветвленность границ и снижает скорость миграции газонаполненных пор к границам зерен, являющихся путями ускоренной диффузии. На решение этой задачи направлено введение наноразмерных добавок к диоксиду урана исходя из влияния малых легирующих добавок (МЛД) на активацию роста зерна и эволюцию микроструктуры. Введение наноразмерных частиц различных порошков должно активизировать процесс спекания. Актива-ция процесса спекания за счет нанодобавок является одним из направлений при разработке технологии новых видов материалов для атомных реакторов на быстрых нейтронах. В рамках представленной работы механическое активирование с одновременным измельчением порошков оксидов гадолиния и гидрооксидов алюминия и гадолиния (Gd2O3 №1, Gd2O3 №2, Al(OH)3 и Gd(OH)3) проводили в планетарной центробежной мельнице "Pulverisette 5" компании Fritsch GmbH (Германия). Технология получения ядерного горючего на основе UO2 разработана в нескольких вариантах, среди которых спекание с предварительным прессованием или мундштучным формованием, изостатическое и горячее прессование, ротационная ковка, вибрационное уплотнение, шликерное литье, экструзия и др. Учитывая простоту и доступность, особого внимания заслуживают холодное прессование и спекание, которые на сегодня являются основными для получения ТВЭЛ из UO2. Рассмотрены и установлены некоторые отличительные особенности структуры исходных добавок TiO2, Al(OH)3, Gd2O3, Gd(OH)3 и определены их основные свойства. Разработаны оптимальные режимы получения высокодисперсных добавок и предложен оптимальный метод введения их в смеси с UO2. Предложены возможные механизмы влияния высокодисперсных добавок на технологию изготовления таблеток.
Today there are numerous research works meant to improve nuclear fuel element performance in order to ensure reliable operation under increased burn-up conditions. In this context the pellet microstructure seems to be a very important parameter. An increase in the grain size diminishes the branching of boundaries and reduces the migration speed of gas-filled pores to the grain boundaries which are the routes of accelerated diffusion. The problem can be solved by introducing nano additives to uranium dioxide considering the influence of small addition agents upon the grain growth activation and microstructure evolution. The addition of nano particles of different powders should stimulate agglomeration process. This is one of modern tendencies in the development of new material technologies for fast reactors. In the research process the mechanical activation with simultaneous size reduction of gadolinium oxide and aluminum and gadolinium hydroxide powders (Gd2O3 №1, Gd2O3 №2, Al(OH)3 and Gd(OH)3) was done in planetary centrifugal mill "Pulverisette 5" made by Fritsch GmbH company (Germany). The technology of UO2 nuclear fuel manufacture has been developed in several variants including the agglomeration with pre-pressing or extruding, isostatic and hot pressing, rotary swaging, vibratory compacting, slip casting, etc. Today the main UO2 fuel element manufacturing technologies are cold pressing and agglomeration considering their simplicity and affordability. The conducted research permitted to ascertain some specific features of initial TiO2, Al(OH)3, Gd2O3, and Gd(OH)3 additives and determine their basic properties. The authors determined the most optimal modes of fine-grained additives production and proposed and optimal method of their introduction into UO2 mixtures. The paper also considers possible mechanisms of fine-grained additives influence on the fuel pellet production.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.