Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» Использование добавок для топлива ядерных реакторов - обзор Автор: Иван Сальдиков Научный руководитель: - презентация

1 Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» Использование добавок для топлива ядерных реакторов - обзор Автор: Иван Сальдиков Научный руководитель: Г.В.Тихомиров, к.ф.-м.н., доцент

2 Введение Цель обзора: анализ работ по использованию добавок, которые улучшают свойства керамического ядерного топлива. Цели использования добавок: Повышение глубины выгорания; Повышение эффективности топливоиспользования; Уменьшение выхода ГПД под оболочку; Уменьшение взаимодействия топлива и оболочки; Уменьшение выхода топлива при разрушении (разгерметизации) твэла; Повышение топливной надежности; Повышение устойчивости топлива в случае дефектных твэлов и уменьшение негативных последствий (выхода продуктов деления) при загрязнении теплоносителя LWR.

3 Критерии выбора добавок Физические свойства: Теплопроводность; Размер зерна; Твёрдость; и др. Нейтронно-физические свойства; Технологическая возможность создания таблетки с такой добавкой (таких добавок); Экономическая целесообразность использования добавки.

4 Выгорающие поглотители эрбий (Er) и гадолиний (Gd) Повышение глубины выгорания. Преодоление «5%-го барьера» (МАГАТЭ) Коэффициент размножения Выгорание, ГВт*сут/т Источник: M. Yamasaki, H. Unesaki, A. Yamamoto, T. Takeda, M. Mori. Current Status of the Development Project on Erbia Credit Super High Burnup Fuel. Advanced Fuel Pellet Materials and Fuel Rod Design for Water Cooled Reactors. IAEA- TECDOC-1654, 2010

5 Al, Cr (1) Al-Si-Fe-O, Al-Si-O, Al 2 O 3 +Cr 2 O 3 Радиус, отн. ед. Выход Xe, % Источники: F. N. Kryukov, S. V. Kuzmin, G. D. Lyadov, O. N. Nikitin, V. P. Smirnov. Investigation of fuel structure and composition after irradiation in VVÉR-440 to burnup 70 MW·days/kg. Atomic Energy, Vol. 101, No. 4, 2006 K. Backman, L. Hallstadius, G. Rönnberg. Westinghouse Advanced Doped Pellet Characteristics and Irradiation Behaviour. Advanced Fuel Pellet Materials and Fuel Rod Design for Water Cooled Reactors. IAEA-TECDOC-1654, 2010

6 Al, Cr (2) Al-Si-Fe-O, Al-Si-O, Al 2 O 3 +Cr 2 O 3 Уменьшение выхода ГПД под оболочку; Повышение устойчивости топлива в случае дефектных твэлов и снижение негативных последствий для загрязнения теплоносителя LWR; Уменьшение выхода топлива при разрушении (разгерметизации) твэла. Источник: K. Backman, L. Hallstadius, G. Rönnberg. Westinghouse Advanced Doped Pellet Characteristics and Irradiation Behaviour. Advanced Fuel Pellet Materials and Fuel Rod Design for Water Cooled Reactors. IAEA-TECDOC-1654, 2010

7 TiO 2, SnO 2 UO %SnO 2 ___ UO 2 ___ UO %TiO2 ___ UO %Er 2 O 3 _ _ _ Повышение теплопроводности (уменьшение T ц ) Микротвёрдость, кгс/мм 2 : UO %SnO 2 : 900 UO 2 : 730 UO %TiO2 : 430 Источник: Курина И.С., Попов В.В., Румянцев В.Н. Исследование свойств модифицированного диоксида урана. Aатомная энергия, Т. 101, вып. 4, 2006

8 Вопросы Какие добавки улучшают свойства топлива (дальнейший поиск)? Не ухудшают ли рассмотренные добавки различные свойства топлива? Целесообразно ли (экономически) вводить в производство найденные добавки? Влияет ли размер гранул порошка добавки на свойства топлива (микро- и нано- размеры)?

9 Спасибо за внимание!