В статье представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований по разработке оксидного ядерного топлива с низким сопротивлением деформированию. Поставленная проблема может быть решена путем легирования топлива. Анализ показал, что к уменьшению сопротивления деформированию приводит легирование муллитом (3Al2O32SiO2), который образует межзеренную фазу, и оксидом ниобия, образующего твердый раствор в матрице. В лабораторных условиях и в процессе облучения при разных температурах проведены исследования влияния оксидов железа, алюминия, кремния, ниобия и их комбинаций на скорость ползучести диоксида урана. Исследования показали, что сопротивление деформированию диоксида урана с указанными добавками существенно ниже по сравнению с диоксидом урана штатной технологии без добавок.
This paper is presented the theoretical and experimental results for developing and produced low-strain resistant oxide nuclear fuel. This problem can be solved via the alloying of uranium dioxide fuel. The subsequent comparative analysis proved that the most promising approach to the resolution of the problem relevant to lowering down the strain resistance is to alloy uranium dioxide with mullite (3Al2O32SiO2) which forms intergranular precipitates of low shear resistance strength phases and niobium oxide as a solid solution. Under laboratory and irradiation conditions at different temperatures the influence was studied that is produced by various additives, namely, oxides of iron, niobium, silicon, aluminum and their combinations, on creep. The investigations have demonstrated that the strain resistance of modified uranium dioxide is much lower compared that of the fuel having the standard composition.
1. Бородин В.А., Рязанов А.И. Физические механизмы радиационной ползучести металлов // Радиационное материаловедение (Труды Международной конференции, Алушта, 22–25 мая 1990 г.). Харьков, 1990. Т. 3. С. 3.
2. Влияние легирования на характеристики ползучести диоксида урана / А.В. Кулешов, В.Б. Малыгин, О.В. Милованов, Е.Н. Михеев // Научная сессия МИФИ-99: Сборник научных трудов. М.: МИФИ. Т. 5. С. 64.
3. Лемехов С.Е. Диффузионно-трековая модель доспекания диоксида урана в реакторных условиях // Препринт ИАЭ-4553/11, М., 1988.
4. Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. М.: Машиностроение, 1975.
5. Пантелеев Л.Д., Малыгин В.Б., Коновалов И.И. и др. //Атомная энергия. Т.77. С.123.
6. Патент РФ № 2193242. Таблетка ядерного топлива // Бибилашвили Ю.К., Милованов О.В., Молчанов В.Л., Малыгин В.Б. и др. // Бюл. № 32, 20.11.2002.
7. Пуарье Ж.П. Высокотемпературная пластичность кристаллических тел. М.: Металлургия, 1982.
8. Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. М.: Наука, 1979.
9. B.Barton and G.L.Reynolds // Acta Metall., V.23, December, 1973, p.1641
10. J.H.Davies, S.Vaidyanathan and R.A. Rand Modified UO2 Fuel for High Burnups / Top Fuel 99, Proc. of the Conf., Avignon, France 13–15 September 1999.
11. Fuel of low resistance to strain / Bibilashvili, Yu.K., Malygin V.B., Kuznetsov, V.I., Medvedev, A.V., Pimenov Y.V., Novikov, V.V. et. a. // Proc. Conf. on IAEA: Technical Committee Meeting on Improved Fuel Pellet Material and Designs, Brussels, 20–24 October 2003.
12. D.R.Olander Fundamental Aspects of Nuclear Reactor Fuel Elements // US Department of Energy, New York, 1976.
13. R.Raj, M.F.Ashby // Metal. Trans. V.2, 1971, pp.1113–1127.
14. Speight M.V. Acta Metal. V.24, no. 8, 1996, pp. 725–729.