Влияние малых добавок на свойства ядерного топлива

Национальный исследовательский
ядерный университет «МИФИ»
Использование добавок для топлива
ядерных реакторов - обзор
Автор: Иван Сальдиков
Научный руководитель: Г.В.Тихомиров, к.ф.-м.н., доцент
Введение
Цель обзора: анализ работ по использованию добавок,
которые улучшают свойства керамического ядерного
топлива.
Цели использования добавок:
• Повышение глубины выгорания;
• Повышение эффективности топливоиспользования;
• Уменьшение выхода ГПД под оболочку;
• Уменьшение взаимодействия топлива и оболочки;
• Уменьшение выхода топлива при разрушении
(разгерметизации) твэла;
• Повышение топливной надежности;
• Повышение устойчивости топлива в случае дефектных
твэлов и уменьшение негативных последствий (выхода
продуктов деления) при загрязнении теплоносителя LWR.
Критерии выбора добавок
Физические свойства:
Теплопроводность;
Размер зерна;
Твёрдость;
и др.
Нейтронно-физические свойства;
Технологическая возможность создания таблетки с
такой добавкой (таких добавок);
Экономическая целесообразность использования
добавки.
Выгорающие поглотители
эрбий (Er) и гадолиний (Gd)
Коэффициент размножения
• Повышение глубины выгорания.
• Преодоление «5%-го барьера» (МАГАТЭ)
Источник:
M. Yamasaki, H. Unesaki, A. Yamamoto,
T. Takeda, M. Mori. Current Status of the
Development Project on Erbia Credit
Super High Burnup Fuel. Advanced Fuel
Pellet Materials and Fuel Rod Design
for Water Cooled Reactors. IAEATECDOC-1654, 2010
Выгорание, ГВт*сут/т
Al, Cr (1)
Выход Xe, %
Al-Si-Fe-O, Al-Si-O, Al2O3+Cr2O3
Радиус, отн. ед.
Источники:
• F. N. Kryukov, S. V. Kuz’min, G. D. Lyadov, O. N. Nikitin, V. P. Smirnov. Investigation of fuel structure and
composition after irradiation in VVÉR-440 to burnup 70 MW·days/kg. Atomic Energy, Vol. 101, No. 4, 2006
• K. Backman, L. Hallstadius, G. Rönnberg. Westinghouse Advanced Doped Pellet — Characteristics and
Irradiation Behaviour. Advanced Fuel Pellet Materials and Fuel Rod Design for Water Cooled Reactors.
IAEA-TECDOC-1654, 2010
Al, Cr (2)
Al-Si-Fe-O, Al-Si-O, Al2O3+Cr2O3
• Уменьшение выхода ГПД под оболочку;
Источник:
• K. Backman, L. Hallstadius, G.
Rönnberg. Westinghouse Advanced
Doped Pellet — Characteristics and
Irradiation Behaviour. Advanced
Fuel Pellet Materials and Fuel Rod
Design for Water Cooled Reactors.
IAEA-TECDOC-1654, 2010
• Повышение устойчивости топлива в случае дефектных твэлов и
снижение негативных последствий для загрязнения
теплоносителя LWR;
• Уменьшение выхода топлива при разрушении
(разгерметизации) твэла.
TiO2, SnO2
• Повышение теплопроводности (уменьшение Tц)
___
UO2
___
UO2 + 0.1%SnO2
___
UO2 + 0.05%TiO2
___
UO2 + 0.1%Er2O3
• Микротвёрдость, кгс/мм2:
UO2: 730
UO2 + 0.1%SnO2: 900
UO2 + 0.05%TiO2 : 430
Источник:
• Курина И.С., Попов В.В., Румянцев В.Н. Исследование свойств модифицированного диоксида
урана. Aатомная энергия, Т. 101, вып. 4, 2006
Вопросы
• Какие добавки улучшают свойства топлива
(дальнейший поиск)?
• Не ухудшают ли рассмотренные добавки различные
свойства топлива?
• Целесообразно ли (экономически) вводить в
производство найденные добавки?
• Влияет ли размер гранул порошка добавки на
свойства топлива (микро- и нано- размеры)?
Спасибо за внимание!