Композитное плотное ЯТ, оксид+металл - что мешает? Опции

[Татарин]

Разговором о плотном топливе и его недостатках навеяло.

Почему нельзя взять оксид урана(плутония) и смешать его с чистым металлом а виде того же порошка?
Плавления металла можно будет не бояться, если его достаточно мало, чтобы он полностью удерживался б в матрице из диоксида капиллярными силами.

Ураноёмкость при этом, ессно, повышается.
Включения чистого металла повышают теплопроводность (то есть, можно убирать центральное отверстие и повышать температуру)

При этом с точки зрения фабрикации и переработки такое топливо не должно ничем отличаться от оксида. Нет?

[Vaklin Hristov]

Темпервтурное расширение урана 13.9 µm·m−1·K−1 (at 25 °C)
Расширение линейное и одинаковое как в центре, так и в периферий.
Каждой таблетке нужно обеспечить устойчивый рабочий диапазон в порядке 3000 и больше Кельвин. Сами считайте...

[Didro]

Почему нельзя взять оксид урана(плутония) и смешать его с чистым металлом а виде того же порошка?

Первые реакторы работали на металлическом уране, от которого ушли из-за проблем разбухания не только от температуры, но и по мере накопления продуктов деления.
Металл хоть и самый плотный вариант, что несколько повышает КВ, но указанная проблема не дает эксплуатировать при выгораниях более 3-3,5 ГВт*сут/тн.

[alex_bykov]

На самом деле, об особенностях использования композитного топлива нас здорово просветить могли бы лодочники - оно у них вполне себе применяется (нужны быстрые маневры мощности, что невозможно с керамикой). И, подозреваю, что выгорания там уже не такие детские, как пишет Didro...
Татарин, естественно, там в качестве "матрицы" совсем не чистый уран/плутоний - для этого есть противопоказания, так что с повышением ураноёмкости этот путь не связан, а вот с повышением безопасности - вполне.

[VBVB]

На самом деле, об особенностях использования композитного топлива нас здорово просветить могли бы лодочники - оно у них вполне себе применяется (нужны быстрые маневры мощности, что невозможно с керамикой). И, подозреваю, что выгорания там уже не такие детские, как пишет Didro...
Татарин, естественно, там в качестве "матрицы" совсем не чистый уран/плутоний - для этого есть противопоказания, так что с повышением ураноёмкости этот путь не связан, а вот с повышением безопасности - вполне.

В композитном металлокерамическом так называемом дисперсионном ядерном топливе оксид урана или плутония находится в неделящейся матрице из высокотеплопроводящего металла (Al, Zr, Mg) или сплава (Al-Mg, Mo-Zr или нержавеющая сталь).
Есть вариант когда сплав урана или плутония по составу близкий к интерметаллидному соединению находится в неделящейся матрице из высокотеплопроводящего металла или сплава.

Вариант когда оксидные частицы делящегося материала будут растворены в самом металле делящегося материала практически не работоспособен из-за причины газового распухания металлической матрицы и требованию работы на низкой мощности при высокой циркуляции теплоносителя, чтобы температура в центре композитного твэла не превышала 600С (иначе фазовые переходы с увеличением объема).

Для урановых сплавов (не чистых интерметаллидов) максимальное допустимое выгорание при распухании не более 10% вроде как не более 10-11 ГВт*сут/тонну.

[Didro]

Для РБМКП-2400 вроде так и рассматривали в варианте на металле довести до 11-13 ГВт*сут/тн.

http://www.iaea.org/inis/collection/NCLCol...303/8303611.pdf

[VBVB]

Для РБМКП-2400 вроде так и рассматривали в варианте на металле довести до 11-13 ГВт*сут/тн.

Спасибо за интересную ссылку.

Тоже попадались цифры, что металлическое топливо на основе урановых сплавов может выгорание до 12-13 ГВт*сут/тонну иметь, но без практических подтверждений.
Величину выгорания около 10-10,5 ГВт*сут/тонну имели, если не ошибаюсь, некоторые твэлы советского газоохлаждаемого тяжеловодника КС-150.

Впечатлило в документе

При достижимом для металлического урана выгорании 11-13 МВт.сут/кг, топливная составляющая приведенных затрат снижается примерно на 6% при одновременном снижении удельного расхода природного урана на 10%.

Необходимо отметить, что при переходе на металлический уран почти в два раза увеличивается производство плутония, что позволяет использовать реакторы типа РБМ-К для наработки этого вторичного делящегося материала, столь необходимого для быстрых реакторов.

Не очень понятно про увеличения КВ по плутонию вдвое.
Допустим, что при выгорании оксидного топлива 18-19,4 ГВт*сут/тонну имеется КВ=0,3-0,35. Тогда получается что на металлическом топливе при выгорании 11-13 ГВт*сут/тонну для РБМК КВ должен быть 0,6-0,7?
Что-то очень много кажется мне. Склоняюсь к мысли, что двукратное увеличение КВ по плутонию при переходе на металлическое топливо для РБМК не для проектного уровня выгорания металлического топлива рассматривалось, а для более низкой величины вроде 3,0-3,2 ГВт*сут/тонну подразумевалось.

Сообщение отредактировал VBVB - 27.10.2015, 9:07

[VBVB]

Довольно интересная статья по западным и отечественным исследовательским направлениям создания плотных и безопасных от пароциркониевых процессов топлив для водо-водяных и кипящих реакторов.

Идея композитного плотного топлива, обсуждаемая топикстартером тоже упомянута.

На базе композитного МЕТМЕТ топлива возможна разработка композитного U(Th)-PuO2 топлива, альтернативного МОХ топливу для реакторов PWR, ВВЭР, CANDU. Основной подход к разработке твэла - разделение операций изготовления твэла с урановым сердечником и введения в него порошка из диоксида плутония, что приводит к минимизации пылеобразующих операций изготовления твэла.

В практическом аспекте этой идеи очевидно в качестве матрицы металлической выгорающей нужно применять урановые сплавы с низким распуханием типа U-9%Mo или U-1.5%Mo-1%Zr и микросферы топливного материала PuO2 или ThO2.

[AtomInfo.Ru]

Довольно интересная статья

Да, статья хорошая, и видно, что автор - человек из Девятки. Вполне рекомендуема к прочтению.

[VBVB]

Да, статья хорошая, и видно, что автор - человек из Девятки. Вполне рекомендуема к прочтению.

Картина не очень радостная остается после прочтения этой статьи в отношении отечественной стратегии в разработки плотных и более безопасных топлив для легководников.
Вроде какие-то отечественные наработки в этом направлении есть еще из тематики топлив для ЯЭУ ледоколов, что-то вроде пытались делать при Иванове. Что дальше будет не ясно даже самому автору, хотя он по этой теме работает.
Ощущение вообще складывается, что для ТВЭЛа вообще неинтересны и не нужны какие-либо работы в отношении изменения состава топлив для ВВЭРов.

По сути же, в одном комментариев автора к другой его статье написано, что нынешних менеджеров ТВЭЛа все абсолютно удовлетворяет с составами отечественных топлив и оболочек и ничего менять они не собираются.

[alex_bykov]

Самое не смешное состоит в том, что технические отделы ТВЭЛа находятся как раз в "девятке"...

С моей "кочки зрения" топливо высокой плотности для ТВЭЛа сейчас не актуально от слова совсем - нет запроса от заказчиков, необходимые заказчикам параметры достигаются с гораздо меньшими затратами за счёт "дырки", обогащения, "подъедания" допусков и т.п., а плотное топливо для ВВЭР - это не только серьёзный НИОКР, но и серьёзный геморрой с обоснованиями. Так что к "плотному топливу" именно для ВВЭР они подойдут не скоро, если вообще подойдут.

А вот на перспективы движения в сторону нового материала для оболочек твэлов я смотрю с большим оптимизмом. Во-первых, из-за некоего виртуального пинка от Фукусимы, показавшего роль пароциркониевой реакции. Во-вторых, с заделами тут всё-таки получше, а значит затраты у ТВЭЛа будут меньше.

[VBVB]

Так что к "плотному топливу" именно для ВВЭР они подойдут не скоро, если вообще подойдут.

Если среднемощную региональную атомную энергетику действительно в РФ станут развивать, то уход от UO2-керамики с циркониевой оболочкой к плотным металлокерамическим топливам в стальных оболочках, обеспечивающим возможность перезагружать активную зону раз в несколько лет - нужная вещь.

А вот на перспективы движения в сторону нового материала для оболочек твэлов я смотрю с большим оптимизмом. Во-первых, из-за некоего виртуального пинка от Фукусимы, показавшего роль пароциркониевой реакции. Во-вторых, с заделами тут всё-таки получше, а значит затраты у ТВЭЛа будут меньше.

Тут зарубежники, которые в эту плотно внедрились, сами не могут определиться в каком направлении модификации оболочек твэлов идти нужно.
То различные стали стали предлагают, то разные жаропрочные металлы и их композиции, то керамические оболочки на основе SiC, то легированные Zr-основанные сплавы с поиниженной активностью по отношению к пару водяному, то разной степени сложности защитные покрытия на циркониевых оболочках твэлов.

[волк полярный]

Эти технологии у нас освоены пичём весьма и весьма, мы тут когда один пароход грузили с с ребятами из окбм африкантов плотно пообщались, так вот, с 2000 года ни одна зона на пароходах 3 поколения не потекла, сам кое-чего по 4 ому поколению глядел чистенько как слеза можно сказать за 4 года... конкретики давать не буду но в целом думаю всё понятно

[волк полярный]

хотя грелись так это бодренько 100 градусов в час, а можно и ещё бодрее,но это когда прижмёт у военных

[pappadeux]

Тут зарубежники, которые в эту плотно внедрились, сами не могут определиться в каком направлении модификации оболочек твэлов идти нужно.
То различные стали стали предлагают, то разные жаропрочные металлы и их композиции, то керамические оболочки на основе SiC, то легированные Zr-основанные сплавы с поиниженной активностью по отношению к пару водяному, то разной степени сложности защитные покрытия на циркониевых оболочках твэлов.

следует сказать, что компании это не спешат оплачивать и внедрять, потому и не могут определиться. Деятельность типа SiC поддерживается, в основном, деньгами государства (грантами DoE)

[alex_bykov]

следует сказать, что компании это не спешат оплачивать и внедрять, потому и не могут определиться. Деятельность типа SiC поддерживается, в основном, деньгами государства (грантами DoE)

Именно!.. Поскольку ТВЭЛ - это, всё-таки, коммерсанты, оплачивать столь удалённую перспективу они не будут, увы...

[asv363]

Пара ссылок на действия и заявления Вестингауза.

1. Короткий текст с перечнем заявленных технологий (направлений) работ по созданию ATF, с перечнем соучастников. Управляющим (или координатором) проекта, Вест назвал себя самого. Потому вопрос: действительно ли в конкурсе на получение денег от DoE был выбран только Вест, и, соответственно какой объём финансирования был запланирован?

На данный момент фигурируют сроки: в 2016 году выпуск первых ТВЭЛов для исследования в ИР, 2022 год - опытная экплуатация на энергоблоках.

http://www.westinghousenuclear.com/About/N...t-tolerant-Fuel

2. Отчёты Вестингауза:

http://www.westinghousenuclear.com/Reports

Все прочесть не успел, однако некоторая деятельность (или имитация оной) в направлении оболочек ATF ведётся.

Стоит ли рассматривать всё вышеизложенное (по ссылкам на Вест) как стопроцентную истину, - лично я не уверен.

[alex_bykov]

Немного от МИФИ по теме: http://ria.ru/science/20160202/1368891138.html

[asv363]

2. Отчёты Вестингауза:

http://www.westinghousenuclear.com/Reports

Все прочесть не успел, однако некоторая деятельность (или имитация оной) в направлении оболочек ATF ведётся.

Наверное, стоит слегка разъяснить. Несколько дней тому назад, Вест сообщал о своих торопливых опытах с SiC. Их анализ был основан на МААР и MNCP 4.0. Особую заботу посвятили Циркаллою-2, при этом, они же не давали данных по всему температурному диапазону для SiC (строго говоря, их не было и в источнике, на который сослались). В итоге, температуру оболочки ТВЭЛ постулировали ниже 500 гр. С, этот параметр по оксидации (один из механизмов, влияющих на прочность) в МААР обнулили. Обосновано было просто - влияние на керамику значительно меньше, нежели чем Циркаллои 2 и 4, и на Цирло 1 и 2. При этом, как-то скромно умолчали, что собирались тестировать до 1800 гр.С.

Такими маленькими ступеньками - нет информации, значит можно подкручивать коды для анализа Вест и делал своё ATF. Интересно, однако, много ли ещё у них такой информации (неподтверждённой). Отчёт был за 2012-й год, сейчас я его найти не могу.

Итоговый вывод был таков: при LLOCA новая оболочка дает лишних 20 минут до плавления.

[Smith]

на всякий случай, в копилку.

[AtomInfo.Ru]

на всякий случай, в копилку.

«Мне удалось также заинтересовать ЯЭА при ОЭСР нашими разработками, и они предложили включить ­ВНИИНМ в их программу», — рассказывает А. Савченко. «Дело за малым. Наша номинация затерялась где-то в недрах международного отдела Росатома, а без этой формальной бумаги на одной странице с указанием наших реквизитов, которая делается за один день, они не имеют права заключать с нами контракты», — добавляет он.

Наверное, затерялась, потому что:
http://www.oecd.org/newsroom/statement-by-...ith-ukraine.htm

То есть, международники не дали добро на сотрудничество с организацией, с которой у России фактически заморожены отношения, но виноваты всё равно международники.


Не для срача или обсуждения. Просто для сведения.

[Татарин]

http://bochvar.ru/press_center/news/Ucheny...ersionnogotipa/

УЧЕНЫЕ ВНИИНМ ЗАПАТЕНТОВАЛИ НОВОЕ ТОПЛИВО ДИСПЕРСИОННОГО ТИПА
16.10.2018
Ученые ВНИИНМ запатентовали новое топливо дисперсионного типа
Специалисты АО «ВНИИНМ» (входит в Топливную компанию Росатома «ТВЭЛ») запатентовали новую модификацию композитного ядерного топлива - дисперсионный топливный сердечник. Композиционный материал состоит из частиц урана, распределенных в металлической матрице.

Дисперсионные твэлы имеют высокую теплопроводность топливной матрицы, у них существенно снижен температурный уровень сердечника и перепад температур, что позволяет успешно эксплуатировать топливо в маневренных режимах, и делает его более безопасным. Данные твэлы также обладают равномерно распределенной пористостью для компенсации распухания топлива при облучении. Кроме того, в новый топливный композит добавлены оксиды плутония, что позволяет топливу одновременно выступать в качестве активной зоны и зоны воспроизводства. Данные свойства топлива позволяют использовать его и в тепловых реакторах, и в реакторах на быстрых нейтронах с замыканием топливного цикла.

Использование топливной композиции предусмотрено в сочетании с оболочками твэла из типовых циркониевых сплавов.

«Замыкание топливного цикла является необходимым условием конкурентоспособного развития атомной энергетики и наиболее оптимальным с точки зрения природопользования. Применение композитов, сочетающих лучшие качества металлического и керамического топлива, и представляющих одновременно активную зону и зону воспроизводства с возможностью последующего механического разделения делящихся изотопов без химической переработки топлива может стать одним из решений данной задачи», - отметил генеральный директор АО «ВНИИНМ» Леонид Карпюк.

[Татарин]

Вариант когда оксидные частицы делящегося материала будут растворены в самом металле делящегося материала практически не работоспособен из-за причины газового распухания металлической матрицы и требованию работы на низкой мощности при высокой циркуляции теплоносителя, чтобы температура в центре композитного твэла не превышала 600С (иначе фазовые переходы с увеличением объема).

См. выше - варианты есть.

То есть, МОКС заливается ураном, МОКС горит, уран - проводит тепло и нарабатывает чистый плутоний.
И получается дико красиво: выгоревшее топливо с осколками - в оксиде, а наработаный плутоний (с небольшим количеством осколков) - в металле.
И это помимо плюсов снижения градиента, повышения мощности, выгорания и плотности топлива.

[VBVB]

http://bochvar.ru/press_center/news/Ucheny...ersionnogotipa/

УЧЕНЫЕ ВНИИНМ ЗАПАТЕНТОВАЛИ НОВОЕ ТОПЛИВО ДИСПЕРСИОННОГО ТИПА
16.10.2018
Ученые ВНИИНМ запатентовали новое топливо дисперсионного типа
Специалисты АО «ВНИИНМ» (входит в Топливную компанию Росатома «ТВЭЛ») запатентовали новую модификацию композитного ядерного топлива - дисперсионный топливный сердечник. Композиционный материал состоит из частиц урана, распределенных в металлической матрице.

...

«Замыкание топливного цикла является необходимым условием конкурентоспособного развития атомной энергетики и наиболее оптимальным с точки зрения природопользования. Применение композитов, сочетающих лучшие качества металлического и керамического топлива, и представляющих одновременно активную зону и зону воспроизводства с возможностью последующего механического разделения делящихся изотопов без химической переработки топлива может стать одним из решений данной задачи», - отметил генеральный директор АО «ВНИИНМ» Леонид Карпюк.

К сожалению, запатентовать в РФ можно сколь угодно бредовую идею, правильно завуалировав бредовость в тексте умными и многообещающими фразами.
Где практические доказательства работоспособности этого запатентованного подхода?

[AtomInfo.Ru]

К сожалению, запатентовать в РФ можно сколь угодно бредовую идею, правильно завуалировав бредовость в тексте умными и многообещающими фразами.
Где практические доказательства работоспособности этого запатентованного подхода?

Это отсюда идёт
http://www.proatom.ru/modules.php?name=New...nt&sid=4199
Определённый набор экспериментальных данных у них есть.

[Dobryak]

К сожалению, запатентовать в РФ можно сколь угодно бредовую идею, правильно завуалировав бредовость в тексте умными и многообещающими фразами.
Где практические доказательства работоспособности этого запатентованного подхода?

Уберите "в РФ" --- все сказанное верно без всякой географической привязки.