Моделирование процесса синтеза в воздушной плазме оксидных композиций для дисперсионного плутоний-ториевого ядерного топлива
Целью работы являлось исследование процесса плазмохимического синтеза наноразмерных оксидных композиций для дисперсионного плутоний-ториевого ядерного топлива из водно-органических нитратных растворов (ВОНР). В результате было 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.
Реферат ……………………………………………………………………………………………………… 8
Определения ………………………………………………………………………………………………. 9
Обозначения и сокращения ……………………………………………………………………….. 10
Введение ………………………………………………………………………………………………….. 15
1 Обзор литературы…………………………………………………………………………………… 17
1.1 Свойства тория и его соединений …………………………………………………………. 17
1.1.1 Диоксид тория ………………………………………………………………………………….. 19
1.1.2 Нитраты тория ………………………………………………………………………………….. 20
1.2 Свойства плутония и его соединений ……………………………………………………. 21
1.2.1 Диоксид плутония …………………………………………………………………………….. 22
1.3 Топливо для «сжигания» плутония ……………………………………………………….. 23
1.4 Основные требования к материалам матрицы дисперсионного ядерного
топлива …………………………………………………………………………………………………….. 24
1.4.1 Материал инертной матрицы на основе оксида магния ………………………… 25
1.5 Реактор ВВЭР с топливом PuO2–ThO2 …………………………………………………… 26
1.6 Методы получения нанопорошков: достоинства и недостатки ………………… 27
1.6.1 Золь-гель метод ………………………………………………………………………………… 27
1.6.2 Плазменный метод ……………………………………………………………………………. 30
2 Расчетная часть ………………………………………………………………………………………. 34
2.1 Расчет показателей горючести водно-органических нитратных растворов . 34
2.2 Термодинамическое моделирование процесса плазмохимической
переработки водно-органических нитратных растворов на основе ацетона …… 34
3 Экспериментальная часть ……………………………………………………………………….. 41
3.1 Лабораторный стенд для проведения исследований ……………………………….. 41
3.2 Определение расхода плазмообразующего газа через разрядную камеру
ВЧФ-плазмотрона …………………………………………………………………………………….. 42
3.3 Расчет расхода газа через реактор …………………………………………………………. 45
3.4 Расчет основных технологических параметров установки ………………………. 46
3.5 Плазмохимическая переработка модельных растворов …………………………… 47
3.6 Анализ полученных результатов …………………………………………………………… 48
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ……. 55
4.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научных
исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения …………. 55
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования ………………………. 55
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения ……………………………………………… 56
4.1.3 SWOT-анализ ……………………………………………………………………………………. 57
4.2 Планирование научно-исследовательских работ ……………………………………. 58
4.2.1 Структура работ в рамках научного исследования ………………………………. 58
4.2.2 Определение трудоемкости выполнения работ ……………………………………. 59
4.2.3. Разработка графика проведения научного исследования …………………….. 60
4.3 Бюджет научно-технического исследования (НТИ) ……………………………….. 61
4.3.1 Расчет материальных затрат НТИ ………………………………………………………. 62
4.3.2 Расчет затрат на специальное оборудование для научных
(экспериментальных) работ ……………………………………………………………………….. 62
4.3.3 Основная заработная плата исполнителей темы ………………………………….. 63
4.3.4 Дополнительная заработная плата исполнителей темы ………………………… 65
4.3.5 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) …………….. 65
4.3.6 Накладные расходы …………………………………………………………………………… 66
4.3.7 Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта ……. 67
4.4 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной
эффективности исследования …………………………………………………………………….. 67
Выводы по разделу……………………………………………………………………………………. 69
5 Социальная ответственность …………………………………………………………………… 71
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности …………. 71
5.1.1 Специальные (характерные для рабочей зоны исследователя) правовые
нормы трудового законодательства ……………………………………………………………. 71
5.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны
исследователя …………………………………………………………………………………………… 73
5.2 Производственная безопасность …………………………………………………………… 74
5.2.1 Анализ вредных и опасных факторов, которые может создать объект
исследования ……………………………………………………………………………………………. 74
5.2.2 Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть на
рабочем месте при проведении исследований …………………………………………….. 75
5.2.3 Обоснование мероприятий по защите исследователя от действия опасных
и вредных факторов ………………………………………………………………………………….. 79
5.3 Экологическая безопасность ………………………………………………………………… 82
5.3.1 Анализ возможного влияния объекта исследования на окружающую среду
………………………………………………………………………………………………………………… 82
5.3.2 Анализ влияния процесса исследования на окружающую среду …………… 83
5.3.3 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды …………………… 84
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ………………………………………………. 85
5.4.1 Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект исследований
………………………………………………………………………………………………………………… 86
5.4.2 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть на рабочем месте при
проведении исследований………………………………………………………………………….. 87
5.4.3 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка порядка
действия в случае возникновения ЧС …………………………………………………………. 87
Выводы по разделу……………………………………………………………………………………. 88
Выводы ……………………………………………………………………………………………………. 89
Заключение ………………………………………………………………………………………………. 90
Список публикаций студента …………………………………………………………………….. 91
Список использованных источников ………………………………………………………….. 93
Приложение А ………………………………………………………………………………………….. 99
Приложение Б …………………………………………………………………………………………. 111
Приложение В ………………………………………………………………………………………… 112
Приложение Г …………………………………………………………………………………………. 113
Приложение Д ………………………………………………………………………………………… 114
Приложение Е …………………………………………………………………………………………. 117
Приложение Ж ……………………………………………………………………………………….. 119
Приложение И ………………………………………………………………………………………… 120
В качестве ядерного топлива в активных зонах некоторых видов
реакторов используется топливо дисперсионного типа. В таком топливе
делящиеся материалы (U233, U235, Pu239) в виде гранулированных оксидных
композиций (микросфер) размещаются в матрице из неделящихся материалов
(металл, сплав, керамика, графит). В качестве матрицы также могут быть
использованы U238 и Th232, их сплавы и соединения. Главное преимущество
дисперсионного ядерного топлива по сравнению с однородным ядерным
топливом – это повышенная радиационная стойкость при длительной
эксплуатации твэлов. Высокая радиационная стойкость дисперсионного
топлива обеспечивается его структурой, в которой продукты деления
локализуются в топливных частицах или около них. Каждая частица ядерного
топлива, диспергированная в топливной композиции, представляет собой
микротвэл, в котором роль оболочки, сдерживающей объемные изменения
сердечника, выполняет матрица. Разобщенность продуктов деления и
непрерывность матрицы предотвращают повреждение сердечника твэла [1].
Дисперсионное ядерное топливо при длительном использовании в
реакторах отличает высокая радиационная стойкость. В связи с этим
дисперсионное топливо нашло широкое применение в исследовательских и
материаловедческих реакторах, а также в ядерных установках специального
назначения, для которых характерны повышенные плотности делений,
мощности энерговыделения и температуры. В последнее время возник еще
один стимул для разработки и применения топлива дисперсионного типа. Это
связано с необходимостью снижения накопленных запасов оружейного и
энергетического плутония.
Целью данной работы является исследование процесса
плазмохимического синтеза наноразмерных оксидных композиций для
дисперсионного плутоний-ториевого ядерного топлива из ВОНР.
Поставленная цель требовала решения следующих задач:
провести обзор основных методов получения нанопорошков;
провести расчет показателей горючести и составов ВОНР, содержащих
растворы делящихся металлов (плутоний, торий) и металл матрицы (магний), а
также органический компонент (ацетон);
провести термодинамическое моделирование процесса получения
оксидных композиций в воздушной плазме и определить режимы,
обеспечивающие их получение;
подготовить плазменный стенд для проведения экспериментальных
исследований, получить опытные партии образцов порошков;
исследовать основные физико-химические свойства полученных
порошков.
1 Обзор литературы
1.1 Свойства тория и его соединений
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.8 (17 отзывов)
5 (158 отзывов)
4.8 (13 отзывов)
4.9 (35 отзывов)
4.8 (211 отзывов)
4.2 (6 отзывов)
4.5 (80 отзывов)
4.8 (30 отзывов)
4.6 (522 отзыва)
