Ядерное топливо из двуокиси урана широко используется в реакторах с водой под давлением атомной электростанции. Оно имеет высокую температуру плавления, изотропные характеристики расширения и хорошее поведение облучения и механические свойства, но имеет такие проблемы, как низкая теплопроводность и легкое охрупчивание. Ядерные топлива из урана (UC) имеют чрезвычайно высокую твердость и не подвергаются фазовым переходам в широком температурном диапазоне и, следовательно, могут выдерживать более высокие эксплуатационные температуры. Теплопроводность карбида урана составляет 21,7 Вт / (м · К) ( 1237K), плотность составляет 13,63 г / см 3Содержание урана составляет 95,2%, что выше, чем у диоксида урана. Ядерное топливо из карбида урана считается идеальным ядерным топливом для реактора четвертого поколения. Основываясь на исследовании замкнутого топливного цикла в передовой ядерной энергетической системе, приводимой в действие ускорителем, карбид урана можно также комбинировать со стронцием. (Pu), а некоторые вторичные нуклиды (MAs) образуют бинарную смешанную эвтектическую систему, поэтому исследователи выбирают карбид урана как форму регенерирующего ядерного топлива.
В последнее время исследователи из Института современной физики Китайской академии наук, исследователи отдела изменений и исследований, успешно подготовили гранулы керамического ядерного топлива UC методом золь-гель, сочетая мгновенное охлаждение и микроволновое нагревание, и успешно подготовили материал путем хелатирования полимеризации типа Печини. Одиночный порошок UC.
Исследователи и Швейцарский Институт Пола Шеррера (PSI) совместно разработали операционную золь-гель-технологическую платформу, сочетающую смешивание температуры без мгновенного охлаждения в помещении с микроволновым нагревом и успешно использовали платформу для подготовки топливных гранул из карбида урана ( Рисунок 1). Сначала сажу однородно диспергируют в гелевом растворе (HMUR) на нанометровом уровне с помощью ультразвуковой дисперсии, а затем гелевую сферу C-UO32H2O, содержащую сажу, получают золь-гель-методом. Наконец, он преобразуется в фазово-однородный керамический осадок UC с помощью реакции карботермического восстановления. Полученный UC-керамический осадок имеет размер частиц 675 ± 10 мкм и плотность 92% или более от теоретической плотности. Платформа будет применена непосредственно. Пакетная подготовка гранул ядерного топлива из карбида в замкнутом топливном цикле. Исследователи также использовали хелатирование полимеризации Печини для хелатных ионов уранила (UO22 +) с лимонной кислотой (CA) с образованием стабильного комплекса UO22 + -CA; При испарении растворителя и реакции поперечной сшивки полимеризации между комплексом и маннитом получается пористый пористый материал-предшественник, затем нанокомпозит UO2 / C получается путем карбонизации in-situ; UC (показан на рисунке 2). Этот метод уменьшает расстояние миграции реагентов путем равномерного смешивания U и C на атомном уровне и обеспечивает получение порошка UC при относительно низкой температуре (1400 ° C). У работы есть определенная перспектива применения низкотемпературного синтеза карбидных топлив, содержащих Pu и MAs.
Исследование было поддержано Проектом «Стратегическая экспериментальная научная и технологическая экспериментальная научная и технологическая пилотируемая наука и технология» (класс A) «Будущая усовершенствованная ядерная энергия деления - ADS Transmutation System» и Национальный фонд естественных наук Китая («Продвинутый дизайн, подготовка и исследование метаморфических компонентов топлива»). Опубликовано в международных журналах Ceramics International и Journal of the America Ceramic Society, первыми авторами статьи являются Тянь Вэй и Го Хангсу.
Рисунок 1: Мгновенный метод нейтрализации без охлаждения для микроволнового нагрева золь-гель для приготовления гранул ядерного топливного цикла UC: а) керамические ядерные топливные гранулы UC; b: SEM-фотография гранул ядерного топливного цикла UC; c: керамические ядерные топливные гранулы UC Микроскопический внешний вид
Рисунок 2: Получение порошка UC с помощью хелатирования полимеризации типа Печини. Сначала лимонная кислота (CA) хелатируется ионами уранила с образованием стабильного комплекса UO22 + -CA, когда растворитель испаряется и комплекс полимеризуется маннитом. Реакция сшивания происходит с получением пористого пористого материала-предшественника, затем нанокомпозит UO2 / C получают путем карбонизации in-situ, наконец, порошок UC получают путем карботермического восстановления.
