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!
5 (20 отзывов)
4.9 (66 отзывов)
4.2 (6 отзывов)
4.2 (25 отзывов)
5 (44 отзыва)
4.7 (96 отзывов)
5 (188 отзывов)
4.4 (93 отзыва)
5 (145 отзывов)
