31 мая 2022
Страна Росатом

Во ВНИИНМ разработали технологию изготовления топливных таблеток из дисилицида триурана

Во ВНИИНМ всего за год разработали технологию изготовления топливных таблеток из дисилицида триурана. Это один из вариантов толерантного топлива для тепловых реакторов. Мы прошлись по цепочке производства инновационной таблетки.

Дисилицид триурана (U3Si2) — ​соединение урана с кремнием. При производстве ядерного топлива расчетное обогащение урана необходимо выдержать с точностью до сотой доли процента. Инженер-­технолог Александр Муханов и главный специалист Елисей Кудряшов следят за сплавлением в индукционной печи слитков урана с разным обогащением, чтобы получить расчетное обогащение и гомогенизировать состав.

Ведущий инженер-­технолог Марина Медкова и инженер-технолог 1‑й категории Дмитрий Поляков у дуговой печи. В печи — ​измельченный и перемешанный уран и кремний. В инертной среде компоненты сплавляются, образуя U3Si2.

Ведущий научный сотрудник Александр Титов контролирует процесс плавления. Для получения слитка однородной структуры проводят пять-шесть циклов плавки с промежуточными измельчением и перемешиванием.

Из слитков получают порошок дисилицида триурана. Поскольку он пирофорен (на воздухе может самовоспламениться), необходимо исключить контакт с кислородом. Операция проходит в вакуумном бескислородном перчаточном боксе в инертной атмосфере. Слитки измельчают в агатовой ступке, размалывают, просеивают порошок через сито, отбирая нужную фракцию.

Начальник отдела технологии уранового топлива Евгений Михеев и инженер-технолог 1‑й категории Никита Рысев прессуют из порошка таблетки.

Ведущий научный сотрудник Роман Сивов проводит спекание прессованных таблеток дисилицида триурана в вакуумной электропечи.

Опытные образцы из каждой партии проходят тщательный контроль качества. Старший научный сотрудник Олег Бахтеев делает снимки таблеток на электронном сканирующем микроскопе и анализирует пористость, зеренную структуру, другие параметры.

Таблетки получились правильной цилиндрической формы и отвечают всем техническим требованиям.

Ведущий эксперт Андрей Федотов руководит комплексом исследований теплофизических свойств топлива. Здесь изучают основные свойства инновационного ядерного топлива: коэффициент термического расширения, теплоемкость, температуропроводность и т. д

Толерантное топливо (от англ. accident tolerant fuel, ATF) — ​новый тип ядерного топлива, которое поможет исключить тяжелые аварии на тепловых реакторах. После инцидента на АЭС «Фукусима» в 2011 году основные мировые производители активно развивают это направление.

Теплоемкость у дисилицида триурана ниже, чем у диоксида урана: меньшее количество запасенного тепла дает возможность быстро снижать температуру в активной зоне, чтобы предотвратить пароциркониевую реакцию. Более высокие по сравнению с диоксидом урана плотность и ураноемкость дисилицида триурана позволят продлить топливную кампанию, что положительно скажется на экономических показателях.

Технологию изготовления таблеток ученые ВНИИНМ разработали всего за год. По ней из выплавленных во ВНИИНМ 25 кг слитков на МСЗ в Электростали сделали таблетки с дисилицидом триурана для экспериментальных твэлов и сборок типов ВВЭР и PWR (ТВС-Квадрат). В начале этого года экспериментальные твэлы были загружены в исследовательский реактор МИР в НИИАР.