izvestswsuИзвестия Юго-Западного государственного университетаProceedings of the Southwest State University2223-15602686-6757ЮЗГУizvestswsu-79Research ArticleТехнические наукиМЕТОДЫ ПОДГОТОВКИ И ПОЛУЧЕНИЕ ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ГРАНУЛ ОКСИДА ГАДОЛИНИЯ ДЛЯ ТВЭЛMETHODS FOR PREPARATION AND PRODUCTION OF INITIAL MATERIALS FOR GADOLINIUM OXIDE GRAINS PREPARATION FOR TVELАлдажаровТ. М.AldayarovT. M.aldazharov-timur@yandex.ruРусинЮ. Г.RusinJ. G.rusin.yurij@mail.ruЕремееваЖ. В.EremeevaJ. V.eremeeva-shanna@yandex.ruРыспаевТ. А.RyspaevT. A.talant.ryspaev@gmail.comАгеевЕ. В.AgeevE. V.ageev_ev@mail.ruВКГТУVKGTUНациональный исследовательский технологический университет (МИСИС)National Research Technological UniversityТехнический университет КлаустальTechnical University of ClausthalФГБОУ ВО «Юго-Западный государственный университет»Southwest State University20162808201604818Copyright © Алдажаров Т.М., Русин Ю.Г., Еремеева Ж.В., Рыспаев Т.А., Агеев Е.В., 20162016Алдажаров Т.М., Русин Ю.Г., Еремеева Ж.В., Рыспаев Т.А., Агеев Е.В.Aldayarov T.M., Rusin J.G., Eremeeva J.V., Ryspaev T.A., Ageev E.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestswsu.elpub.ru/jour/article/view/79

Целью работы являлись разработка в лабораторных условиях и обоснование способа получения эффективного композитного уран-гадолиниевого топлива, применение которого позволит улучшить технико-экономические показатели АЭС. Объектом исследования являлось высокоэффективное композитное уран-гадолиниевое топливо, обладающее повышенной теплопроводностью по сравнению со стандартным УГТ, предназначенным для использования в атомной энергетике. Плотность спеченных таблеток композитного УГТ авторы оценивали гидростатическим методом по ГОСТ 95.882-81 с точностью ± 0,01 г/см3. При этом использовался метод гидростатического взвешивания без проникновения воды в поры. Он основан на определении объема таблетки путем нахождения ее «сухой» массы и последующего взвешивания ее в воде. Анализ параметров микроструктуры топливных таблеток проводили на установке ПЭВМ 8 IBM с установленным в ней адаптером micro VIDEO DC 20 для ввода изображения с видеокамеры типа Sharp CCD HS-135, которая монтируется на оптическом микроскопе МЕТАМ ЛВ-31. Исходя из результатов проведенных авторами экспериментов были сформулированы следующие окончательные требования, предъявляемые к таблеткам УГТ: - теплопроводность должна быть на уровне или выше теплопроводности таблеток UO2; - плотность должна лежать в диапазоне 10,35-10,70 г/см3; - размер частиц (гранул) (U1-x,Gd1-x)O2 или Gd2O3 должен составлять 100-200 мкм; - гранулы (U1-x,Gd1-x)O2 или Gd2O3 должны иметь геометрическую и химическую стабильность, гарантирующую невозможность их растворения в матрице и образование вне гранул твердого раствора (U1-x,Gd1-x)O2, для чего необходимо создание антидиффузионного барьера вокруг гадолинийсодержащих гранул; - содержание Gd2O3 в таблетках не должно быть меньше 10 мас.%.

The objective of the research is to develop and substantiate under laboratory conditions a method for production of an efficient composite uranium-gadolinium fuel, which application allows improving NPS technical and economic parameters. The subject of the research is a high-efficient composite uranium-gadolinium fuel with enhanced thermal conductivity in comparison with standard UGF intended to be use in NPP. The density of sintered composite UGF pellets was estimated according to the hydrostatic method as per GOST 95.88-81 to ± 0, 01 g/cm3 accuracy. The sinker method without water penetration to pores was applied. The method is based on determination of the volume of a pellet by means of its “dry” mass determination and further water weighing. The analysis of fuel pellet microstructure parameters was performed using PC 8 IBM with installed adapter micro VIDEO DC 20 for the input of images from camera Sharp CCD HS-135, which is mounted on optical microscope МЕТАМ ЛВ-31. Based on the outcome of the experiments the following final requirements to UGF pellets were specified: - thermal conductivity shall be the same or higher than that of UO2 pellets; - density within 10,35-10,70 g/cm3; - particle (grains) size (U1-x,Gd1-x)O2 or Gd2O3 shall be 100-200 µm; - grains (U1-x,Gd1-x)O2 or Gd2O3 shall be dimensionally and chemically stable, which ensures impossibility of their dissolving in the matrix and (U1-x,Gd1-x)O2 solid-solution formation outside the grains, for which it is necessary to create an anti-diffusion barrier around gadolinium pellets; - Gd2O3 content in pellets shall be at least 10 % wt.

ядерное топливокомпозитное уран-гадолиниевое топливовыгорающий поглоти-тельдиоксид уранаоксид гадолиниятеплопроводностьтвердый растворnuclear fuelcomposite uranium-gadolinium fuelburnable absorberuranium dioxidegadolinium oxidethermal conductivitysolid solutionReferencesПроизводство топливных таблеток с выгорающими поглотителями / А.А. Кучковский, А.А. Маныч, Ю.Г. Русин, Б.А. Карманов // Актуальные проблемы урановой промышленности: сб. докл. II Междунар. науч.-практ. конф.» (Алматы, 10-13 июля 2002 г.). - Алматы: Бастау, 2003. - С. 133-135.Производство топливных таблеток с выгорающими поглотителями / А.А. Кучковский, А.А. Маныч, Ю.Г. Русин, Б.А. Карманов // Актуальные проблемы урановой промышленности: сб. докл. II Междунар. науч.-практ. конф.» (Алматы, 10-13 июля 2002 г.). - Алматы: Бастау, 2003. - С. 133-135.Jeffrey R. Secker, Baard J. Johansen, David L. Stucker, Odelli Ozer, Kostadin Ivanov, Serkan Yilmaz, E. H. Young. Optimum Discharge Burn-up, Cycle Length for BWRs // Nucl. Technol. - 2005. - Vol. 151. - Nо. 2. - P. 109-119.Jeffrey R. Secker, Baard J. Johansen, David L. Stucker, Odelli Ozer, Kostadin Ivanov, Serkan Yilmaz, E. H. Young. Optimum Discharge Burn-up, Cycle Length for BWRs // Nucl. Technol. - 2005. - Vol. 151. - Nо. 2. - P. 109-119.Горский В.В. Уран-гадолиниевое оксидное топливо. Ч. 2. Теплофизические свойства UO2-Cd2O3 и методы их измерения // Атомная техника за рубежом. - 1989. - No. 3. - С. 5-15.Горский В.В. Уран-гадолиниевое оксидное топливо. Ч. 2. Теплофизические свойства UO2-Cd2O3 и методы их измерения // Атомная техника за рубежом. - 1989. - No. 3. - С. 5-15.Hirai M., Ishimoto S. Thermal diffusivities and Thermal conductivities of UO2-Gd2O3 // J. Nucl. Sci. Technol. - 1991. - Vol. 28. Nо. 11. - P. 995-1000.Hirai M., Ishimoto S. Thermal diffusivities and Thermal conductivities of UO2-Gd2O3 // J. Nucl. Sci. Technol. - 1991. - Vol. 28. Nо. 11. - P. 995-1000.Investigation of Thermal-Physical and Mechanical Properties of Uranium-Gadolinium Oxide Fuel, Advanced fuel pellet materials and designs for water cooled reactors / Yu.K. Bibilashvili, A.V. Kuleshov, O.V. Milovanov, E.N. Mikheev, V.V. Novikov, S.G. Popov, V.N. Proselkov, Yu.V. Pimenov, Yu.G. Godin // Proceedings of a technical committee Brussels, 20-24 oct. 2003). IAEA-TECDOC-1416. - 2003. - P. 85-99.Investigation of Thermal-Physical and Mechanical Properties of Uranium-Gadolinium Oxide Fuel, Advanced fuel pellet materials and designs for water cooled reactors / Yu.K. Bibilashvili, A.V. Kuleshov, O.V. Milovanov, E.N. Mikheev, V.V. Novikov, S.G. Popov, V.N. Proselkov, Yu.V. Pimenov, Yu.G. Godin // Proceedings of a technical committee Brussels, 20-24 oct. 2003). IAEA-TECDOC-1416. - 2003. - P. 85-99.Gregg R., Worral A. Effect of Highly Enriched/Highly Burnt UO2 Fuels on Fuel Cycle Costs, Radiotoxicity and Nuclear Design Parametrs // Nucl. Technol. - 2005. - Vol. 151. - P. 126-132.Gregg R., Worral A. Effect of Highly Enriched/Highly Burnt UO2 Fuels on Fuel Cycle Costs, Radiotoxicity and Nuclear Design Parametrs // Nucl. Technol. - 2005. - Vol. 151. - P. 126-132.Альдавахра С., Савандер В.И., Белоусов. Н.И. Методика расчета и анализ применения гранулированных поглотителей в ВВЭР // Атомная энергия. - 2006. - No. 1. - С. 8-13.Альдавахра С., Савандер В.И., Белоусов. Н.И. Методика расчета и анализ применения гранулированных поглотителей в ВВЭР // Атомная энергия. - 2006. - No. 1. - С. 8-13.Изучение физики легководных решеток с уран-гадолиниевым топливом, содержащим Gd2O3-гранулы / А.А. Поляков, Ю.В. Стогов, В.И. Савандер, Н.И. Белоусов, В.Н. Проселков // Научная сессия МИФИ-2000. Ч. 8. Молекулярно-се-лективные и нелинейные явления и процессы. Физико-технические проблемы ядерной энергетики. Ультрадисперсные (нано) материалы. - М., 2000. - С. 90-91.Изучение физики легководных решеток с уран-гадолиниевым топливом, содержащим Gd2O3-гранулы / А.А. Поляков, Ю.В. Стогов, В.И. Савандер, Н.И. Белоусов, В.Н. Проселков // Научная сессия МИФИ-2000. Ч. 8. Молекулярно-се-лективные и нелинейные явления и процессы. Физико-технические проблемы ядерной энергетики. Ультрадисперсные (нано) материалы. - М., 2000. - С. 90-91.Klemens P.G. Effect of crystal lattice defects on thermal conductivity // Phys. Rev. - 1960. - Vol. 119. - P. 507.Klemens P.G. Effect of crystal lattice defects on thermal conductivity // Phys. Rev. - 1960. - Vol. 119. - P. 507.Ohmichi T., Fukushima S., Maeda A. Watanabe H. Effect of Gd2O3 dope on UO2 thermal conductivity // J. Nucl. Mater. - 1981. - Vol. 102. - P. 40-46.Ohmichi T., Fukushima S., Maeda A. Watanabe H. Effect of Gd2O3 dope on UO2 thermal conductivity // J. Nucl. Mater. - 1981. - Vol. 102. - P. 40-46.Кингери У.Д. Введение в керамику. - М.: Стройиздат, 1967.Кингери У.Д. Введение в керамику. - М.: Стройиздат, 1967.Горский В.В. Уран-гадолиниевое оксидное топливо. Ч. 1. Основные свойства Gd2O3 и UO2-Gd2O3 // Атомная техника за рубежом. - 1989. - No. 2. - С. 3-10.Горский В.В. Уран-гадолиниевое оксидное топливо. Ч. 1. Основные свойства Gd2O3 и UO2-Gd2O3 // Атомная техника за рубежом. - 1989. - No. 2. - С. 3-10.Yuda R., Une K. Effect of sintering atmosphere on the densification of UO2-Gd2O3 compacts // J. Nucl. Vat. - 1991. - Vol. 178. - P. 195-203.Yuda R., Une K. Effect of sintering atmosphere on the densification of UO2-Gd2O3 compacts // J. Nucl. Vat. - 1991. - Vol. 178. - P. 195-203.Boccaccini A.R. Glass and glass-ceramic matrix composite materials // J. Ceram. Soc. Japan. - 2001. - Vol.109. - No. 7. - P. 99-109.Boccaccini A.R. Glass and glass-ceramic matrix composite materials // J. Ceram. Soc. Japan. - 2001. - Vol.109. - No. 7. - P. 99-109.Исследование процесса получения наноструктурированного титаната диспрозия механохимической обработкой оксидов титана и диспрозия / Е.В. Агеев, В.С. Панов, Ж.В. Еремеева, Е.В. Агеев, Л.В. Мякишева, А.А. Лизунов // Известия Юго-Западного государственного университета. - 2015. - №. 5 (62). - С. 21-27.Исследование процесса получения наноструктурированного титаната диспрозия механохимической обработкой оксидов титана и диспрозия / Е.В. Агеев, В.С. Панов, Ж.В. Еремеева, Е.В. Агеев, Л.В. Мякишева, А.А. Лизунов // Известия Юго-Западного государственного университета. - 2015. - №. 5 (62). - С. 21-27.Дементьев Б.А. Ядерные энергетические реакторы. - 2-е изд. - М.: Энергоатомиздат, 1990.Дементьев Б.А. Ядерные энергетические реакторы. - 2-е изд. - М.: Энергоатомиздат, 1990.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.