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 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.