Реакторные топливные элементы и их блоки, выбор вещества для использования в качестве реакторных топливных элементов: ..с твердым делящимся или воспроизводящим веществом внутри неактивного кожуха – G21C 3/28

Группа изобретений относится к ядерной энергетике, а именно к тепловыделяющим элементам стержневого типа, и может быть использована в ядерных реакторах различного типа. Тепловыделяющий элемент ядерного реактора содержит трубку из оболочечного материала с герметично приваренными концевыми заглушками, во внутренней полости которой с зазором размещен топливный сердечник, собранный из соосных таблеток. Таблетки содержат спрессованный и спеченный порошок смеси однородных по плотности и эффективному размеру частиц соединения урана и углеродных каркасных структур. Вариантом является тепловыделяющий элемент с зонированными таблетками. В этом случае центральная цилиндрическая зона таблетки имеет более низкое, а внешняя кольцевая зона - более высокое объемное содержание углеродных каркасных структур. В частных случаях исполнения содержание углеродных каркасных структур в виде фуллеренов, углеродных нанотрубок, нановолокон в порошке смеси составляет 1,5-12,5% об. для смеси с UO₂ и 1,2-10,4% об. для смеси с UN. Таблетка может иметь осевое отверстие и фаски. Зазор между топливным сердечником и оболочкой твэла может быть заполнен материалом с высокой теплопроводностью. Технический результат - снижение вероятности разрушения оболочки твэла. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 2 пр.

Группа изобретений относится к ядерной энергетике, а именно к тепловыделяющим элементам стержневого типа, и может быть использована в ядерных реакторах, предпочтительно на быстрых нейтронах. Тепловыделяющий элемент ядерного реактора содержит трубку из оболочечного материала с герметично приваренными концевыми заглушками, во внутреннюю полость которой с зазором помещен топливный сердечник из соосных таблеток. Таблетка содержит спрессованный и спеченный порошок смеси однородных по эффективному размеру частиц соединения (U,Pu) и углеродных каркасных структур. Вариантом является тепловыделяющий элемент с зонированными таблетками. В этом случае центральная цилиндрическая зона таблетки имеет более низкое, а внешняя кольцевая зона - более высокое объемное содержание углеродных каркасных структур. В частных случаях исполнения содержание углеродных каркасных структур в виде фуллеренов, углеродных нанотрубок, нановолокон в порошке смеси составляет 1,8-15,6 об.% для смеси с (U, Pu)O₂ и 1,5-13,0 об.% для смеси с (U, Pu)N. Таблетка может иметь осевое отверстие и фаски. Зазор между топливным сердечником и оболочкой твэла может быть заполнен материалом с высокой теплопроводностью. Технический результат - снижение вероятности разрушения оболочки твэла. 2 н. и 20 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к устройству для изготовления дисперсионного тепловыделяющего элемента ядерного реактора. Для упрощения конструкции и обеспечения надежности устройство содержит вакуумированный корпус с термоизоляцией, съемный бункер для дисперсионного делящегося материала, электрический нагреватель и два токоподвода, при этом электрический нагреватель выполнен трубчатым и соединен одним концом с изолированным от корпуса токоподводом, а на нижнем конце нагревателя закреплена спираль, свободный конец которой подсоединен к стакану, причем второй токоподвод подключен к корпусу, а токовая цепь замкнута заготовкой оболочки для дисперсионного тепловыделяющего элемента, которая размещена внутри. 1 ил.

Изобретение относится к области атомной энергетики, в частности к микросферическому ядерному топливу с защитным покрытием. Микротвэл легководного ядерного реактора включает топливную микросферу и трехслойное защитное покрытие. Первый от топливной микросферы слой выполнен из матричной композиции углерод-карбид кремния, в которую введены армирующие композицию нанотрубки карбида кремния. Второй слой выполнен в виде композиции карбид кремния - нанотрубки карбида кремния. Третий, наружный, слой выполнен в виде композиции карбид кремния - углерод-нитрид титана. Использование изобретения обеспечивает повышение радиационно-химической стойкости всего покрытия, т.е. увеличивает ресурс эксплуатации микротвэла.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к микротвэлам ядерного реактора. Микротвэл ядерного реактора содержит топливную микросферу из диоксида урана, или оксида тория, или из смеси оксидов урана и тория и трехслойное защитное покрытие. Первый от топливной микросферы слой выполнен из низкоплотного пироуглерода. Второй слой выполнен из высокоплотного изотропного низкотемпературного пироуглерода с плотностью, лежащей в пределах 2,0-2,1 г/см³, причем плотность этого слоя на его внутренней границе составляет 2,1 г/см³, а на внешней границе - 2,0 г/см³. Третий слой выполнен из изотропного высокотемпературного пироуглерода с плотностью 1,80-1,85 г/см³. Изобретение обеспечивает повышение ресурса эксплуатации микротвэла (глубины выгорания топлива) ядерного реактора за счет снижения повреждаемости защитных покрытий. 1 табл.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к микросферическому топливу с керамическими защитными покрытиями для реакторов на быстрых нейтронах. Микротвэл ядерного реактора на быстрых нейтронах состоит из топливной микросферы на основе РuO₂ и четырехслойного защитного покрытия. Третий от топливной микросферы слой выполнен из карбида кремния или карбида циркония, второй и четвертый слои выполнены из титано-кремнистого карбида состава Тi₃SiС₂. Первый слой нанесен на микросферу и выполнен из композиции углерод -карбид кремния с содержанием кремниевой фазы в определенных пределах. Содержание кремниевой фазы в приповерхностной зоне внешней границы этого слоя составляет 35-45 мас.% при глубине зоны 0,03-0,05 от толщины слоя. Изобретение направлено на повышение ресурса эксплуатации за счет высокой радиационно-химической стабильности Ti₃ SiС₂ покрытий. 1 табл.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к микротвэлам ядерного реактора. Сущность изобретения: микротвэл ядерного реактора содержит топливную микросферу из делящегося материала и четырехслойное защитное покрытие, включающее слои пироуглерода и слой карбида металла, выбранного из группы кремний, цирконий, ниобий, в котором наружный слой микротвэла выполнен из титанокремнистого карбида Тi₃SiС₂ . Наружный слой из титанокремнистого карбида Тi₃SiС ₂ защищает хрупкий карбидный слой от внешних механических повреждений, а также коррозионных воздействий примесей из матрицы твэла и выполняет бандажные функции по отношению к внутренним слоям защитного покрытия микротвэла. Технический результат изобретения: конструкция микротвэла обеспечивает повышение ресурса эксплуатации (глубины выгорания топлива) за счет повышения коррозионной стойкости и термомеханической стабильности силовых карбидных слоев.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к микротвэлам ядерного реактора. Микротвэл ядерного реактора содержит топливную микросферу и многослойное защитное покрытие. Это покрытие состоит из последовательно нанесенных на топливную микросферу слоев из пироуглерода низкой плотности, высокоплотного изотропного пироуглерода, карбида циркония, карбида кремния и наружного слоя из высокоплотного изотропного пироуглерода. Микротвэл дополнительно содержит слой из пироуглерода плотностью 1,40-1,60 г/см³. Этот слой расположен между слоями карбидов. Изобретение направлено на уменьшение повреждаемости слоя из карбида кремния и карбида циркония за счет уменьшения его коррозионного повреждения при воздействии угарного газа и твердых продуктов деления в условиях радиационного распухания и термоциклирования. 1 табл.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к микротвэлам ядерного реактора с двухслойными защитными покрытиями. Микротвэл ядерного реактора с двухслойным защитным покрытием топливной микросферы содержит два слоя защитного покрытия. Первый от топливной микросферы слой выполнен из низкоплотного пироуглерода. Второй слой защитного покрытия выполнен из титанокремнистого карбида Ti₃SiC₂. Изобретение направлено на уменьшение повреждаемости слоя по механизму образования сквозных трещин.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к микротвэлам ядерного реактора. Способ изготовления микротвэлов ядерного реактора заключается в последовательном осаждении на топливную микросферу в кипящем слое покрытий из низкоплотного пироуглерода, высокоплотного изотропного пироуглерода, карбида кремния и высокоплотного изотропного пироуглерода. Последнее является наружным покрытием. Карбидное покрытие наносят пиролизом метилтрихлорсилана в смеси с водородом при температуре 1650±25°С. При формировании карбидного покрытия сначала наносят слой карбида толщиной 0,1-0,01 от требуемой толщины карбидного покрытия. Затем снижают температуру до 600-1200°С. Обрабатывают микросферы смесью Cl₂-H₂-Ar. После возобновляют пиролиз. Доводят толщину карбидного покрытия до требуемой толщины. Снижают температуру до 600-1200°С и обрабатывают микросферы смесью Cl₂-H₂-Ar. Изобретение направлено на повышение ресурса эксплуатации ядерного реактора. 1 табл.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к микротвэлам ядерного реактора. Микротвэл ядерного реактора содержит топливную микросферу из делящегося материала и многослойное защитное покрытие. Защитное покрытие состоит из последовательно нанесенных на микросферу слоев низкоплотного пироуглерода, высокоплотного изотропного пироуглерода, карбида кремния и внешнего слоя высокоплотного изотропного пироуглерода. Между слоем высокоплотного изотропного пироуглерода и слоем карбида кремния размещен слой нитрида титана состава TiN.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к микротвэлам ядерного реактора. Микротвэл ядерного реактора содержит топливную микросферу и многослойное защитное покрытие. Защитное покрытие состоит из последовательно нанесенных на топливную микросферу слоев из пироуглерода низкой плотности, высокоплотного изотропного пироуглерода, карбида циркония, карбида кремния и наружного слоя из высокоплотного изотропного пироуглерода. Между слоями карбидов микротвэл дополнительно содержит слой из нитрида алюминия. Изобретение направлено на уменьшение повреждаемости слоя из карбида кремния в условиях различной кинетики распухания слоев карбида кремния и карбида циркония. 1 табл.

Тепловыделяющий элемент предназначен для использования в активной зоне ядерных реакторов на быстрых нейтронах. Тепловыделяющий элемент содержит две соединенные между собой в осевом направлении части. Каждая из частей тепловыделяющего элемента включает оболочку (5) с топливом (7), торцевым экраном (8) и концевой деталью (4). Оболочки (5) низкотемпературной и высокотемпературной частей тепловыделяющего элемента выполнены соответственно из аустенитной стали и молибденового сплава. В каждой из оболочек (5) установлено по одной вставке (1), изготовленной из материала соответствующей оболочки (5). Вставки (1) соединены между собой припоем (6). В частных случаях исполнения тепловыделяющего элемента в обеих частях тепловыделяющего элемента выполнены компенсационные объемы (3), по меньшей мере, в одном компенсационном объеме (3) установлена компенсационная пружина (2). В качестве аустенитной стали использована сталь марки 06Х16Н15М2Г2ТФР, в качестве молибденового сплава - сплав марки ЦМ-10, а в качестве припоя (6) - припой марки ПЖГ-20. Изобретение позволяет расширить функциональные возможности тепловыделяющего элемента и повысить уровень безопасности работы ядерного реактора. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к ядерному топливу с высокой плотностью расщепляющего материала и способу его изготовления. Ядерное топливо представляет собой сборку из элементарных нитей, большая часть которых образована из расщепляющегося материала. Сборка помещена в пластичную и не окисляющуюся оболочку, при этом элементарные нити уплотнены в результате деформирования оболочки. Способ получения ядерного топлива состоит из изготовления элементарных нитей, изготовления сборки вышеупомянутых нитей, помещение сборки в оболочку и придание оболочке формы. Изобретение направлено на получение ядерного топлива с высокой плотностью расщепляющегося материала, имеющего хорошую стабильность геометрических размеров и хорошую передачу тепла в условиях радиации, и обеспечивающее хороший отвод газообразных продуктов распада. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к микротвэлам ядерного реактора. Микротвэл ядерного реактора содержит топливную микросферу на основе UO и многослойное защитное покрытие. Защитное покрытие состоит из последовательно нанесенных на топливную микросферу слоев из пироуглерода низкой плотности, внутреннего слоя из высокоплотного изотропного пироуглерода, слоя карбида титана состава TiC_0,62-TiC _0,96 и пористостью 3-10%, слоя из карбида циркония или карбида кремния, наружного слоя из высокоплотного изотропного пироуглерода. Изобретение позволяет решить проблему уменьшения суммарного давления газообразных продуктов деления и моноокиси углерода по крайнем мере на 20% и подавить коррозионное воздействие СО на силовые слои (ZrC или SiC). Это позволяет повысить ресурс эксплуатации (глубину выгорания топлива) микротвэла с 10-15% тяжелых атомов до 20% т.ат. и более при температурах облучения топлива 1100-1250°С.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к микротвэлам ядерного реактора. Микротвэл ядерного реактора содержит топливную микросферу и многослойное защитное покрытие, состоящее из последовательно нанесенных на топливную микросферу слоев из пироуглерода низкой плотности, высокоплотного изотропного пироуглерода, карбида циркония, титанокремнистого карбида состава Ti₃SiC₂, карбида кремния и наружного слоя из высокоплотного изотропного пироуглерода. Изобретение позволяет уменьшить коррозионную повреждаемость слоя карбида кремния при воздействии на него моноокиси углерода и твердых продуктов деления в условиях термоциклирования. 1 табл.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к микротвэлам ядерного реактора. Микротвэл ядерного реактора с трехслойным защитным покрытием топливной микросферы, в котором первый от топливной микросферы слой выполнен из композиции углерод-карбид кремния с содержанием кремниевой фазы 30-35 мас.% в приповерхностной зоне внешней границы слоя глубиной 0,05-0,10 от толщины слоя и содержанием кремниевой фазы в остальной части первого слоя 1-15 мас.%, второй слой выполнен из карбида кремния, третий от топливной микросферы слой выполнен из композиции углерод-карбид кремния, третий слой выполнен с содержанием кремниевой фазы 5-10 мас.% в приповерхностной зоне внешней границы слоя глубиной 0,1-0,2 от толщины слоя и содержанием кремниевой фазы в остальной части третьего слоя 15-30 мас.%. Изобретение обеспечивает повышение ресурса эксплуатации (глубины выгорания топлива) за счет снижения внутреннего давления СО и повышения коррозионной стойкости карбидного слоя.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к сверхвысокотемпературным реакторам космического применения. Микротвэл для сверхвысокотемпературного ядерного реактора содержит топливную микросферу на основе UC-ZrC и четырехслойное покрытие. Первый от топливной микросферы слой выполнен из карбида титана с плотностью 3,3-4,5 г/см³, второй слой - из нитрида титана, третий от топливной микросферы слой выполнен из карбида циркония или из карбида ниобия, а четвертый слой - из нитрида циркония. Изобретение существенным образом снижает силовую коррозионную нагрузку на слой ZrC (NbC) и, в конечном итоге, позволяет повысить ресурс эксплуатации микротвэлов при сверхвысокотемпературном облучении.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к микросферическому топливу с керамическими покрытиями. Микротвэл ядерного реактора содержит топливную микросферу из UO ₂ и многослойное покрытие, состоящее из последовательно нанесенных на топливную микросферу слоев из низкоплотного пироуглерода, из изотропного высокоплотного пироуглерода, слой из нитрида карбидного материала, силового слоя из карбидного материала и наружного слоя из изотропного высокоплотного пироуглерода. Изобретение обладает повышенной коррозионной стойкостью силовых карбидных слоев, что обеспечивает повышение ресурса его эксплуатации (глубины выгорания топлива). 3 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к микросферическому топливу с керамическими защитными покрытиями. Микротвэл ядерного реактора, содержащий топливную микросферу из делящегося материала и многослойное защитное покрытие, состоящее из последовательно нанесенных на микросферу слоя из низкоплотного пироуглерода, слоя из высокоплотного изотропного пироуглерода, слоя из карбида титана, слоя из нитрида титана, слоя из нитрида циркония, толщиной 0,01-0,1 от толщины слоя карбида кремния или циркония, слоя из карбида кремния или циркония, слоя из нитрида циркония, слоя нитрида титана и слоя карбида титана, толщиной 0,01-0,1 от толщины слоя карбида кремния или циркония, и наружного слоя из высокоплотного изотропного пироуглерода. Изобретение обеспечивает повышенный ресурс эксплуатации (температуру и глубину выгорания топлива) за счет большей коррозионной стойкости покрытий. 1 табл.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к микросферическому топливу с керамическими защитными покрытиями. Микротвэл ядерного реактора содержит топливную микросферу из (U,Th)O₂ и многослойное защитное покрытие, в котором первый от топливной микросферы слой выполнен из низкоплотного пироуглерода, второй слой - из высокоплотного изотропного пироуглерода, третий слой - из сиалона состава Si₃Al ₃O₃N₅. Способ получения микротвэла ядерного реактора с трехслойным защитным покрытием включает последовательное осаждение на топливные микросферы слоев покрытий в кипящем слое, в котором первый слой низкоплотного пироуглерода осаждают пиролизом ацетилена с концентрацией в смеси с аргоном 50 об.% при температуре 1450°С, 95-97% второго слоя из высокоплотного изотропного пироуглерода осаждают пиролизом смеси ацетилена с концентрацией в смеси с аргоном 40,0-43,0 об.% и пропилена с концентрацией в смеси с аргоном 30,0-27,0 об.% при температуре 1300°С, а 5-3% покрытия второго слоя осаждают пиролизом пропилена с концентрацией в смеси с аргоном 20,0 об.% с добавкой 1,0-2,0 об.% кислорода, осаждение третьего слоя Si ₃Al₃O₃N ₅ осуществляют пиролизом SiCl₄-NH ₃-AlCl₃-O₂ в мольном соотношении (2,5-3,0):(3,0-4,0):(2,5-3,5):(1,5-3,0). Изобретение обеспечивает повышение ресурса эксплуатации микротвэла ядерного реактора за счет повышения коррозионной стойкости покрытий. 2 н.п. ф-лы.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к микросферическому топливу тепловыделяющих элементов ядерных реакторов. Микротвэл ядерного реактора содержит топливную микросферу и многослойное защитное покрытие, состоящее из последовательно нанесенных на микросферу слоев низкоплотного пироуглерода, высокоплотного изотропного пироуглерода, слоя карбида кремния и слоя состава Si₃Al₃0 ₃N₅. Изобретение обеспечивает повышение эксплуатационного ресурса ядерного реактора. 1 табл.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к микротвэлам ядерного реактора. Микротвэл ядерного реактора содержит топливную микросферу из диоксида плутония и многослойное защитное покрытие, состоящее из последовательно нанесенных на микросферу слоев низкоплотного пироуглерода, высокоплотного изотропного пироуглерода, нитрида алюминия, карбида кремния и внешнего слоя высокоплотного изотропного пироуглерода. Изобретение обеспечивает увеличение глубины выгорания топлива и, следовательно, временной ресурс реактора.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к микротвэлам ядерного реактора. Микротвэл ядерного реактора содержит топливную микросферу и защитное покрытие, включающее слой карбида циркония, нанесенный непосредственно на топливную микросферу, и выбранный достехиометрического состава в диапазоне ZrC_0,75-ZrC_0,96, на который последовательно нанесены слой низкоплотного пироуглерода, слой высокоплотного изотропного пироуглерода, слой карбида кремния и наружный слой высокоплотного изотропного пироуглерода. Изобретение обеспечивает улучшение эксплуатационных характеристик реактора за счет повышения коррозионной стойкости силового карбидокремниевого слоя и снижения парциального давления оксида углерода в микротвэле.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к микротвэлам ядерного реактора. Микротвэл ядерного реактора содержит топливную микросферу и многослойное защитное покрытие, состоящее из последовательно нанесенных на микросферу слоев низкоплотного пироуглерода, высокоплотного изотропного пироуглерода, карбида циркония, слоя из композиции пироуглерод - карбид кремния с содержанием кремниевой фазы 20-45 мас.%., карбида кремния и внешнего слоя высокоплотного изотропного пироуглерода. Изобретение позволяет уменьшить повреждаемость карбидных слоев.

Изобретение относится к области ядерной энергии, в частности к микротвэлам ядерного реактора. Первый слой микротвэла с шестислойным покрытием выполнен из пироуглерода низкой плотности, второй - из высокоплотного изотропного пироуглерода, третий - из титана-кремнистого карбида состава Ti₃SiC₂ , четвертый - из карбида кремния, пятый - из титана-кремнистого карбида состава Ti₃SiC₂ , шестой - из высокоплотного изотропного пироуглерода. Изобретение позволяет повысить ресурс эксплуатации (глубины выгорания топлива) за счет уменьшения повреждаемости карбидокремниевого слоя на стадии его эксплуатации. 1 табл.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к микротвэлам ядерного реактора. Предлагаемый имитатор микротвэла ядерного реактора состоит из микросферы, выполненной из пористого углерода, и пироуглеродного покрытия с плотностью 1,0-1,6 г/см ³, нанесенного на микросферу. В материал микросферы введены Ca₂P₂O ₇, Са₃(РО₄) ₂ и стабильные изотопы продуктов деления. Изобретение позволяет обеспечивать контролируемое содержание стабильных изотопов в имитаторе микротвэла и удерживать их в составе микросферы при температуре не менее 1500°С в течение 5-20 минут, что достаточно для осаждения покрытий.

Изобретение относится к области ядерной энергии, в частности к микротвэлам ядерного реактора. Сущность изобретения заключается в том, что первый слой микротвэла с четырехслойным защитным покрытием выполнен из SiC-PyC композиции с содержанием 1,0-10,0 мас.% карбида кремния при толщине слоя 0,02-0,2 диаметра топливной микросферы, второй слой выполнен из SiC-PyC композиции с содержанием 20,0-45,0 мас.% карбида кремния при толщине слоя 0,02-0,40 диаметра топливной микросферы, третий слой выполнен из карбида кремния, а четвертый слой выполнен из нитрида титана толщиной 0,01-0,08 диаметра топливной микросферы. Изобретение позволяет повысить ресурс эксплуатации ядерного реактора за счет повышения коррозионной стойкости и радиационной стабильности. 3 ил., 1 табл.

Изобретение применяется в ядерной энергетике, в особенности в области активной зоны ядерного реактора. Тепловыделяющий элемент ядерного реактора состоит из оболочки с концевыми деталями, внутри которой расположены таблетки из расщепляющегося материала и выгорающий поглотитель. В тепловыделяющем элементе предусмотрен компенсационный объем, расположенный в верхней части оболочки. Зазор между внутренней поверхностью оболочки и боковой поверхностью таблеток из расщепляющегося материала заполнен виброуплотненной крупкой из выгорающего поглотителя, в частности оксида гадолиния. Размер фракций крупки составляет не более 30% от ширины зазора между внутренней поверхностью оболочки и боковой поверхностью таблеток из расщепляющегося материала. Виброуплотненная крупка из выгорающего поглотителя пропитана материалом с высокой теплопроводностью - натрием. В качестве расщепляющего материала таблеток используют оксид плутония, карбид плутония, нитрид плутония, оксид урана, карбид урана, нитрид урана. 8 з.п. ф-лы.