Моделирование и исследование процесса плазмохимического синтеза оксидных композиций для дисперсионного уран-ториевого ядерного топлива
Керамическое ядерное топливо из диоксида урана, обогащенное по изотопу уран-235, наряду с несомненными достоинствами имеет и существенные недостатки: хрупкость, низкая теплопроводность, которая по температуре плавления ограничивает удельную мощность реактора, короткий период использования (до 3-5 лет), невозможность создания энергетических установок сверхмалой и малой мощности, ограниченный ресурс изотопа уран-235, большие расходы на переработку отработавшего ЯТ.
Одним из перспективных направлений дальнейшего развития атомной энергетики является использование дисперсионного ЯТ, в котором включения из делящихся металлов (уран, торий, плутоний) в виде гранулированных оксидных композиций размещают в матрице, имеющей высокий коэффициент теплопроводности.
В настоящее время перспективность научного исследования
определяется не столько масштабом открытия, оценить которое на первых
этапах жизненного цикла высокотехнологического и ресурсоэффективного
продукта бывает достаточно трудно, сколько коммерческой ценностью
разработки. Оценка коммерческой ценности разработки является
необходимым условием при поиске источников финансирования для
проведения научного исследования и коммерциализации его результатов. Это
важно для разработчиков, которые должны представлять состояние и
перспективы проводимых научных исследований.
Необходимо понимать, что коммерческая привлекательность научного
исследования определяется не только превышением технических параметров
над предыдущими разработками, но и тем, насколько быстро разработчик
сумеет найти ответы на такие вопросы – будет ли продукт востребован
рынком, какова будет его цена, каков бюджет научного проекта, какой срок
потребуется для выхода на рынок и т.д.
Таким образом, целью раздела «Финансовый менеджмент,
ресурсоэффективность и ресурсосбережение» является проектирование и
создание конкурентоспособных разработок, технологий, отвечающих
современным требованиям в области ресурсоэффективности и
ресурсосбережения. Достижение цели обеспечивается решением задач:
• оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
научных исследований;
• планирование научно-исследовательских работ;
• расчет бюджета научно-технического исследования;
• определение ресурсной, финансовой, бюджетной эффективности
исследования.
Цель работы – расчет и оптимизация процесса прямого синтеза в
воздушной плазме топливных оксидных композиций «UO2–ThO2–MgO» для
уран-ториевого дисперсионного ядерного топлива из водно-органических
нитратных растворов, включающих водные нитратные растворы делящихся
металлов (уран, торий) и металл матрицы (магний), а также органический
компонент.
В разделе «Социальная ответственность» были рассмотрены правовые
и организационные вопросы обеспечения безопасности при работе на
установке ВЧФ-плазмотрона, проведен анализ вредных и опасных
производственных факторов. К таковым относятся отклонение показателей
микроклимата, недостаточная освещенность, повышенный уровень шума,
повышенный уровень электромагнитных излучений, поражение
электрическим током. Обоснованы мероприятия по снижению уровней
воздействия вредных и опасных факторов на исследователя. Рассмотрены
вопросы экологической безопасности и безопасности в чрезвычайных
ситуациях. Наиболее вероятной чрезвычайной ситуацией является
возникновение пожара вследствие короткого замыкания токоведущих частей.
Разработан порядок действия в результате возникновения чрезвычайной
ситуации и меры по ликвидации её последствий.
Грамотное соблюдение норм и правил, приведенных в нормативных
документах, позволяет снизить воздействие вредных и опасных факторов на
окружающую среду и организм человека при работе над научно-
исследовательским проектом.
ВЫВОДЫ
1. С учетом результатов проведенного обзора литературы и анализа
методов раздельного и совместного получения оксидных композиций
рекомендован их плазмохимический синтез из диспергированных водно-
органических нитратных растворов металлов, включающих делящиеся
металлы, металл матрицы и органический компонент.
2. По результатам проведенных теплотехнических расчетов
установлены закономерности влияния органического компонента (ацетон) на
показатели горючести водно-органических нитратных растворов и
определены составы растворов ВОНР, обеспечивающие энергоэффективный
синтез оксидных композиций «UO2-ThO2-MgO» заданного состава.
3. В результате проведенного термодинамического моделирования
процесса плазменной переработки растворов ВОНР в широком диапазоне
температур (300÷4000) К установлены закономерности влияния массовой
доли воздушного теплоносителя на состав образующихся продуктов,
проведена оценка энергозатрат на процесс и определены условия,
обеспечивающие в воздушной плазме плазмохимический синтез оксидных
композиций «UO2-ThO2-MgO» заданного состава.
4. Проведены экспериментальные исследования процесса синтеза
оксидных композиций «UO2-ThO2-MgO» в воздушно-плазменном потоке из
диспергированных растворов ВОНР, включающих неодим (вместо урана) и
церий (вместо тория) и исследованы физико-химические и технологические
свойства полученных образцов порошков. Установлены закономерности
влияния массовой доли матрицы (оксид магния) на размер образующихся
кристаллитов в составе оксидных композиций «Nd2O3-Ce2O3-MgO». Показано,
что плазменная переработка диспергированных растворов ВОНР в воздушно-
плазменном потоке позволяет осуществлять плазмохимический синтез
наноразмерных порошков оксидных композиций с высокими физико-
химическими и технологическими свойствами.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Результаты проведенных исследований могут быть использованы для
создания энергоэффективной технологии плазмохимического синтеза из
диспергированных водно-органических нитратных растворов наноразмерных
оксидных композиций для уран-ториевого и других типов дисперсионного
ядерного топлива.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.9 (522 отзыва)
4.1 (20 отзывов)
4.8 (2878 отзывов)
4.5 (330 отзывов)
4.2 (13 отзывов)
4.6 (522 отзыва)
4.7 (82 отзыва)
4.4 (93 отзыва)
5 (49 отзывов)
