Урановые таблетки — за несколько минут

Безопасность и эффективность работы атомных электростанций во многом зависят от качеств используемого топлива.

Безопасность и эффективность работы атомных электростанций во многом зависят от качеств используемого топлива: оно должно быть максимально компактным и устойчивым к воздействию внешних факторов. Не случайно ядерное топливо чаще всего выпускается в виде керамических таблеток, которые укладывают в герметичную упаковку — тепловыделяющие элементы*, удобные для транспортировки и погружения в активную зону реактора. Энергоёмкость этого продукта впечатляет: по данным Института проблем безопасного развития атомной энергетики РАН, одна топливная таблетка из диоксида урана массой 4,5 г выделяет энергию, эквивалентную сжиганию 500 м³ природного газа или 500 кг нефти. Однако технология производства таблеток керамического качества пока далека от совершенства — это довольно сложный, многостадийный процесс, включающий грануляцию, прессование, удаление пластификатора, спекание. На каждом этапе на результат влияет множество факторов, включая ошибки персонала. В таких условиях неминуем определённый процент брака. Для решения этих проблем группа исследователей из Дальневосточного федерального университета и Института химии дальневосточного отделения РАН (оба — г. Владивосток) предложила одностадийный метод электроимпульсного спекания под давлением, или метод искрового плазменного спекания.

Таблетки спечённого диоксида урана, полученного методом искрового плазменного спекания, — топливо для атомного реактора. Фото: ДВФУ РАН.

Суть нового метода в том, что порошок диоксида урана засыпают в специальную пресс-форму, через которую пропускают электрический ток с мощным импульсным разрядом. Под его действием порошок разогревается до температуры выше 1000^оС, одновременно на него оказывается механическое давление. В результате в течение нескольких минут образуются таблетки керамического качества из диоксида урана с высокой плотностью. Полная автоматизация процесса и его простота гарантируют качество продукта. При этом сырьём может выступать порошок любой дисперсности, в то время как классическое спекание предъявляет жёсткие требования к размеру частиц. Полученные опытные образцы таблеток уже продемонстрировали превосходство над топливом, выпускаемым по стандартным технологиям.

Как таковой метод электроимпульсного спекания был известен и ранее, но идея и приоритет его использования для производства ядерного топлива принадлежат ДВФУ и Институту химии ДВО РАН.

Разработанную технологию спекания исследователи из Владивостока также используют при изготовлении активных зон для источников ионизирующего излучения на основе цезия-137, применяемых в медицинском оборудовании и ядерной медицине. Недавно был получен первый опытный образец такого источника. Электроимпульсное спекание даёт возможность изготовлять устройство также в одну стадию; полученный таким методом источник имеет точную дозировку по радиоактивности.

Ближайшие задачи исследовательской группы из Приморья — вывести технологию на уровень, подходящий для массового выпуска таблеток диоксида урана. Также новый метод представляется перспективным для производства смешанного уран-плутониевого топлива, используемого в реакторах на быстрых нейтронах, поскольку он обеспечивает полную гомогенизацию исходного вещества.

Комментарии к статье

* Тепловыделяющие элементы (ТВЭЛ) — главное конструктивное составляющее активной зоны реактора. Представляют собой герметично уплотнённые трубки, которые заполняют топливными таблетками.

Читайте в любое время

Купить PDF за 120 р

Обложка журнала «Наука и жизнь» №08 за 2017 г.

№8, 2017

Товар добавлен в корзину