Коррозийностойкий металл поглотитель нейтронов

Обновлено: 16.05.2024

вещество, поглощающее нейтроны п активной зоне ядерного реактора для поддержания цепной ядерной реакции на пост. уровне либо для сё быстрого прекращения. Для тепловых нейтронов поглотителями являются В, Cd, Sm, Eu и др., для резонансных 238 U.

Естествознание. Энциклопедический словарь .

Смотреть что такое "ПОГЛОТИТЕЛЬ НЕЙТРОНОВ" в других словарях:

поглотитель (нейтронов) — Вещество, используемое для снижения реактивности активной зоны реактора благодаря высокому значению сечения поглощения нейтронов, которым оно обладает. [выгорающий поглотитель (нейтронов)] <[burnable poison]>Поглотитель, который становится менее … Справочник технического переводчика

ПОГЛОТИТЕЛЬ НЕЙТРОНОВ — вещество, поглощающее нейтроны в активной зоне ядерного реактора для поддержания цепной ядерной реакции на постоянном уровне либо для ее быстрого прекращения. Для тепловых нейтронов поглотителями являются B, Cd, Sm, Eu и др., для резонансных 238U … Большой Энциклопедический словарь

Поглотитель нейтронов — Neutron absorber материал, с которым нейтроны интенсивно взаимодействуют посредством реакций, приводящих к исчезновению нейтронов как свободных частиц. Термины атомной энергетики. Концерн Росэнергоатом, 2010 … Термины атомной энергетики

Поглотитель нейтронов — неделящийся материал, который поглощает нейтроны. Источник: ПОСТАНОВЛЕНИЕ Ростехнадзора от 20.12.2005 N 15 ОБ УТВЕРЖДЕНИИ И ВВЕДЕНИИ В ДЕЙСТВИЕ ФЕДЕРАЛЬНЫХ НОРМ И ПРАВИЛ В ОБЛАСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ ПРАВИЛА ЯДЕРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ДЛЯ… … Официальная терминология

Поглотитель нейтронов — неделящийся материал, который поглощает нейтроны. Источник: НП 063 05: Правила ядерной безопасности для объектов ядерного топливного цикла … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

поглотитель нейтронов — вещество, поглощающее нейтроны в активной зоне ядерного реактора для поддержания цепной ядерной реакции на постоянном уровне либо для её быстрого прекращения. Для тепловых нейтронов поглотителями являются В, Cd, Sm, Eu и др., для резонансных … … Энциклопедический словарь

поглотитель нейтронов — neutronų sugėriklis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. neutron absorber vok. Neutronenabsorber, m rus. поглотитель нейтронов, m pranc. absorbeur de neutrons, m … Fizikos terminų žodynas

поглотитель нейтронов — neutronų absorbentas statusas T sritis Energetika apibrėžtis Medžiaga, sugerianti neutronus branduolinio reaktoriaus aktyviojoje zonoje. Reguliuoja grandininę reakciją, prireikus greitai stabdo reakciją. atitikmenys: angl. neutron absorbent vok.… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

поглотитель нейтронов в замедлителе — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN moderator neutron poisonmoderator poisonMP … Справочник технического переводчика

поглотитель нейтронов ядерного реактора — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN neutron absorber … Справочник технического переводчика

Поглотитель нейтронов для ядерных реакторов

Изобретение относится к материалам для стержней регулирования водо-водяных реакторов. Изобретение позволяет улучшить коррозионную стойкость поглотителя. Для этого поглотитель содержит оксид гафния, оксид диспрозия и оксид ниобия при следующих соотношениях: оксид диспрозия 12-85%, оксид гафния 0,5-87%, оксид ниобия 0,5-20%. 1 табл.

Изобретение относится к области атомной энергетики, а именно к материалам для стержней регулирования водо-водяных реакторов.

Наиболее важными требованиями, предъявляемыми к поглощающим материалам стержней регулирования, являются высокая устойчивость к радиационным повреждениям и коррозионная стойкость в воде высоких параметров (при температуре до 300 - 350 o C и давлении до 200 - 250 МПа).

Из поглощающих нейтроны материалов для изготовления сердечников водоохлаждаемых стержней регулирования наиболее широко используются сплавы на основе серебра (сплавы серебро-индий-кадмий) "Поглощающие материалы для регулирования ядерных реакторов". Недостатками сплавов на основе серебра является их относительно низкая коррозионная стойкость в воде, содержащей даже небольшие количества кислорода, в результате чего в реакторную систему теплоносителя могут попадать высокоактивные ядра серебра. Кроме того, материал после облучения в ядерном реакторе представляет высокую экологическую опасность вследствие образования долгоживущих высокоактивных радионуклидов серебра 110 с периодом полураспада 270 дней. Большую экологическую опасность представляет также применяемый в этих сплавах кадмий.

В качестве прототипа, наиболее близкого к настоящему изобретению, рассматривается патент США (N 4992225 от 19.10.89), согласно которому в качестве поглощающего материала стержней системы регулирования ядерных реакторов используются керамические композиции на основе оксидов редкоземельных элементов (европия, эрбия, самария, гадолиния, диспрозия), изготавливаемые методом спекания при температурах от 1500 до 2000 o C, и содержащие от 10 до 25% по массе диоксида гафния.

Недостатками данных материалов являются: - наличие непрореагировавших исходных компонентов, в основном, редкоземельных оксидов вследствие того, что взаимодействие между диоксидом гафния и оксидами соответствующих редкоземельных элементов происходит по твердофазной реакции при температурах, далеких от температуры плавления синтезируемого материала, что снижает его коррозионную стойкость; - многофазность синтезируемого материала вследствие диффузионного переноса реагирующих ионов через границу контакта частиц взаимодействующих оксидов, что отрицательно влияет на устойчивость структуры материала и его радиационную стойкость; - пористость и мелкодисперсность синтезированного материала и, соответственно, высокоразвитая поверхность, что способствуют снижению коррозионной стойкости и загрязнению примесями при изготовлении изделий; - загрязнение синтезированного материала посторонними примесями вследствие использования большого числа керамических операций (смещение исходных компонентов, измельчение, брикетирование, дробление и т.д.); - ограниченный диапазон составов (от 10 до 25 мас.% диоксида гафния) не в полной мере удовлетворяет требование к поглотителям нейтронов в ядерных реакторах, имеющих различающиеся энергетические спектры нейтронов.

Целью данного изобретения являлось создание поглотителя нейтронов с улучшенными характеристиками, а именно, более высокой коррозионной стойкостью в воде высоких параметров, повышенной радиационной стойкостью, возможностью широкого варьирования состава с сохранением радиационно стойкой кубической структуры материала при любых температурах вплоть до плавления.

Поставленная цель достигается тем, что в поглотитель нейтронов, содержащий диоксид гафния и оксид диспрозия (самария, европия, гадолиния, эрбия) дополнительно вводят оксид ниобия и материал синтезируют методом высокочастотного индукционного плавления смеси исходных оксидов при следующих соотношениях компонентов, мас.%: Оксид диспрозия - 12 - 85 Оксид гафния - 0,5 - 87 Оксид ниобия - 0,5 - 20 При содержании оксида диспрозия выше 78%, содержание оксида ниобия должно быть не менее 5 мас.%.

Предлагаемый поглотитель нейтронов представляет собою однофазную керамическую композицию на основе твердых растворов оксидов диспрозия, гафния и ниобия, имеющую гранецентрированную кубическую структуру типа флюарита, что, как известно, гарантирует ее высокую радиационную стойкость.

Нижний предел содержания добавляемого оксида ниобия (0,5 мас.%) определяется отсутствием его положительного влияния на кристаллическую структуру получаемого материала и на технологические параметры процесса синтеза методом высокочастотного индукционного плавления смеси оксидов. Верхний предел содержания оксида ниобия (20 мас.%) определяется необходимостью получения твердого раствора в системе оксидов диспрозия, гафния и ниобия, имеющего гранецентрированную кубическую структуру типа флюорита. При содержании оксида ниобия более 20% в синтезируемом материале при любых соотношениях остальных компонентов образуется самостоятельная фаза ортониобата диспрозия, кристаллизирующегося в моноклинной структуре, которая под воздействием реакторного облучения претерпевает полиморфные превращения, вследствие чего значительно снижается его радиационная и коррозионная стойкость.

Верхний предел содержания оксида диспрозия (85 мас.%) лимитируется появлением второй фазы - оксида диспрозия и резким снижением, вследствие этого, коррозионной стойкости предлагаемого материала в воде высоких параметров.

При содержании оксида диспрозия менее 12 мас.% образуется вторая фаза с моноклинной структурой на основе диоксида гафния, которая под воздействием реакторного облучения претерпевает полиморфные превращения с увеличением объема (7), вследствие чего снижается радиационная стойкость материла.

Материал синтезируют методом высокочастотного индукционного плавления смеси исходных оксидов диспрозия, гафния и ниобия в холодном тигле, что обеспечивает достижение высокой плотности, максимально близкой к теоретической. Вследствие того, что процесс синтеза происходит в жидкой фазе (расплаве) обеспечивается высокая однородность распределения всех компонентов в объеме материала, а так как отсутствие в готовом материале непрореагировавших исходных оксидов. Процесс синтеза происходит очень быстро. Быстрое охлаждение синтезированного материала от температуры расплава (свыше 2300 o C) способствует сохранению наиболее радиационно устойчивой кристаллической структуры (ГЦК типа флюорита) во всем диапазоне составов материала.

Существенной особенностью предлагаемого поглощающего нейтроны материала является возможность изготовления с высокой точностью поглотителя с любым, наперед заданным, составом компонент в пределах заявляемого диапазона содержаний. Свойства предлагаемого материала при различном содержании входящих в него компонент приведены в таблице.

Автоклавные испытания материала в виде компактных образцов и порошков с крупностью частиц менее 0,1 мм, проведенные в пароводяной смеси при температуре 35015 o C и давлении 20010 МПа, показали высокую коррозионную стойкость.

При петлевых испытаниях в ядерном реакторе макетов СВП с предлагаемым поглотителем не выявлено изменений размеров макетов вплоть до интегральных потоков нейтронов порядка 3 - 10 25 н/см 2 , что свидетельствует о высокой размерной стабильности материала под облучением. Реакторные испытания продолжаются.

Готовят смесь оксидов диспрозия, гафния и ниобия. Перемешивают в шаровой мельнице при соотношении масс шихты и шаров 2:1 в течение 20 минут. Полученную смесь засыпают в водоохлаждаемый медный тигель установки "Кристалл-401" слоем 100 мл. В слой шихты вводят стружку металлического гафния в виде компактного комка. При пуске установки стружка металлического гафния сгорает до оксида, образуя первичную ванну расплава. После расплавления введенной порции в шихту добавляют порциями 1 - 2,5 кг с перерывами 3 - 5 минут для качественного проплавления каждой последующей порции - до полного израсходования заготовленной шихты (30 - 40 кг). Как видно из приведенных в таблице данных, предлагаемый поглотитель обладает перед прототипом следующими преимуществами:
1. Материал представляет собою твердый раствор на основе оксидов диспрозия и гафния, легированный оксидом ниобия, имеющий гранецентрированную кубическую структуру типа флюорита, наиболее устойчивую к воздействию реакторного облучения.

2. Материал обладает высокой коррозионной стойкостью в воде высоких параметров, что подтверждается актом испытаний.

3. Материал является однофазным в широком диапазоне концентраций составляющих компонент.

4. Материал синтезируется методом прямого плавления смеси исходных оксидов.

Поглотитель нейтронов для стержней регулирования ядерных реакторов, содержащий оксиды диспрозия и гафния, отличающийся тем, что материал дополнительно содержит оксид ниобия и синтезируется путем прямого плавления смеси составляющих исходных оксидов при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Оксид диспрозия - 12 - 85
Оксид гафния - 0,5 - 87
Оксид ниобия - 0,5 - 20
причем при содержании оксида диспрозия свыше 78% содержание оксида ниобия должно быть не менее 5 мас.%.

Нейтронопоглощающий материал

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к поглощающим нейтроны материалам на основе редкоземельных элементов и может быть использовано в стержнях регулирования водоохлаждаемых реакторов. Нейтронопоглощающий материал содержит диспрозиевую основу, оксид титана, оксид ниобия и оксид циркония. В качестве диспрозиевой основы использован оксид диспрозия при следующем соотношении компонентов, мас. %: оксид диспрозия 70 - 85, оксид титана остальное, оксид ниобия 2 - 7, оксид циркония 0,5 - 2. При содержании оксида диспрозия свыше 78 мас.% содержание оксида ниобия составляет не менее 5 мас.%. В результате повышается эффективность поглощения нейтронов и снижается возможность фазовых превращений материала.

Одним из основных требований, предъявляемых к поглощающим нейтроны материалам, особенно используемым в органах регулирования, является высокая устойчивость к радиационным повреждениям и коррозионная стойкость в воде - условиях их эксплуатации при температуре до (300 - 500) o C и давлении до (200 - 250) МПа, а также способность в течение длительного времени сохранять достаточную стабильность поглощения нейтронов.

Из известных материалов, являющихся поглотителями нейтронов, в настоящее время наиболее перспективными являются оксиды редкоземельных элементов - самария, европия, гадолиния, диспрозия, эрбия (см. Поглощающие материалы для регулирования ядерных реакторов. Под ред. Б.Г. Арабея и В.В.Чепкунова, М., Атомиздат, 1965 г.).

Использование в качестве основы нейтронопоглощающего материала диспрозия имеет следующие преимущества по сравнению с другими редкоземельными элементами. Природная смесь изотопов диспрозия обладает высокой эффективностью поглощения нейтронов (сечение захвата порядка 1200 барн), а в результате поглощения нейтронов образуется длинная цепочка изотопов диспрозия, также имеющих достаточно высокое сечение захвата нейтронов (от 130 до 2780 барн), что обеспечивает длительный срок службы с сохранением нейтронопоглощающих свойств. При полном выгорании диспрозия образуются короткоживущие изотопы (Dy-166 и Но-166 с периодом полураспада 82 ч и 27 ч, соответственно), что упрощает хранение и переработку отработавших органов регулирования. Кроме того, в результате поглощения нейтронов диспрозием не образуются газообразные продукты деления.

Известно использование в качестве поглощающего нейтроны материала титаната диспрозия (см. В.М. Пастухов, Поглощающие материалы для систем управления атомных реакторов, М. , Атомиздат, 1968 г.). Титанат диспрозия стехиометрически реализуется соединениями двух типов: Dy₂O₃ 2TiO₂ и Dy₂O₃ TiO₂, которые имеют узкие области гомогенности. Вне данных областей составы системы оксидов диспрозия и титана представляют собой многофазные структуры, имеющие низкую коррозионную стойкость и радиационную устойчивость вследствие наличия несвязанных свободных оксидов диспрозия, титана или смежного титаната диспрозия.

Наиболее близким к описываемому материалу по технической сущности является нейтронопоглощающий материал, содержащий диспрозиевую основу, оксид титана, оксид ниобия и оксид циркония (см. патент РФ N 2080667, кл. G 21 F 5/00, 1997 г.). В качестве диспрозиевой основы использован диспрозиевый концентрат, получаемый, например при разделении редкоземельных элементов. Данный материал имеет повышенную устойчивость к радиационному воздействию поскольку имеет кубическую кристаллическую структуру, что обусловлено наличием легирующих добавок оксидов ниобия и циркония.

Однако содержание диспрозия в диспрозиевом концентрате недостаточно для широкого применения в органах регулирования ядерного реактора, а процентное содержание в диспрозиевом концентрате элементов с большим сечением захвата незначительно.

Задачей настоящего изобретения является создание нейтронопоглощающего материала, особенно для органов регулирования, обладающего повышенными нейтронопоглощающими свойствами, радиационной устойчивостью и коррозионной стойкостью.

При решении данной задачи возможно получение нового технического результата, заключающегося в повышении эффективности поглощения нейтронов при одновременном предотвращении возможности фазовых превращений при эксплуатации в органах регулирования ядерных реакторов.

Указанный технический результат достигается тем, что в нейтронопоглощающем материале, преимущественно для органов регулирования ядерного реактора, содержащем диспрозиевую основу, оксид титана, оксид ниобия и оксид циркония, в качестве диспрозиевой основы использован оксид диспрозия при следующем соотношении компонентов, мас.%: Оксид диспрозия - 70-85 Оксид титана - Остальное Оксид ниобия - 2-7 Оксид циркония - 0,5-2 причем при содержании оксида диспрозия свыше 78 мас.%, содержание оксида ниобия составляет не менее 5 мас.%.

Отличительной особенностью описываемого материала является использование в качестве диспрозиевой основы оксида диспрозия, а также выбор массового содержания добавок для диапазона содержания оксида диспрозия. Повышение содержания оксида диспрозия выше 85 мас.% снижает коррозионную стойкость в воде при рабочих температурах и давлении в условиях эксплуатации. Уменьшение содержания оксида диспрозия менее 70% может привести к образованию свободной фазы окиси титана, что снижает радиационную стойкость нейтронопоглощающего материала.

Нижний предел содержания оксида ниобия (2 мас.%) определен исходя из отсутствия его положительного влияния на кристаллическую структуру получаемого материала, а также на технологические параметры процесса синтеза материала методом высокочастотного индукционного плавления смеси исходных оксидов в холодном тигле. Верхний предел содержания оксида ниобия (7 мас.%) определен из необходимости получения однофазного материала, т.к. при более высоком содержании оксида ниобия в синтезируемом материале при любых соотношениях остальных компонентов образуется самостоятельная фаза ортониобата диспрозия, кристаллизующегося в моноклинной структуре, претерпевающей под воздействием радиационного облучения полиморфные превращения, вследствие чего радиационная и коррозионная стойкость снижаются ниже заданного значения.

При содержании оксида диспрозия более 78 мас.% содержание оксида ниобия не должно быть менее 5 мас.% поскольку введение оксида ниобия в этом случае способствует расширению границ областей гомогенности (твердых растворов) и диктуется необходимостью получения однофазного материала при повышенных величинах содержания оксида диспрозия.

При содержании в материале оксида циркония менее 0,5 мас.% отсутствует его влияние на коррозионную стойкость в условиях эксплуатации нейтронопоглощающего материала. При увеличении содержания оксида циркония более 2 мас.% возможно образование самостоятельной фазы цирконата диспрозия, имеющей кубическую структуру.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Нейтронопоглощающий материал синтезируют методом высокочастотного индукционного плавления смеси оксидов диспрозия, титана, ниобия и циркония в холодном тигле. Поскольку синтез материала происходит в расплаве, обеспечивается высокая однородность распределения в нем всех составляющих, а также практическое отсутствие непрореагировавших оксидов. Расплав после завершения синтеза охлаждают с высокой скоростью, что способствует сохранению гранецентрированной кубической структуры типа флюорита.

Ниже приведены примеры конкретного получения нейтронопоглощающего материала.

Пример 1. Готовят шихту из оксидов диспрозия (82 мас.%), титана (10 мас. %), ниобия (6 мас.%) и циркония (2 мас.%) в количестве 1 кг, которую перемешивают в течение 20 мин в шаровой мельнице при соотношении масс шаров и шихты 1: 2. Затем полученную смесь оксидов загружают в водоохлаждаемый медный тигель емкостью 2,5 л высокочастотной индукционной установки, например типа "Кристалл-401". Для стартового нагрева шихты используют стружку металлического титана, циркония или, что предпочтительнее, ниобия, т.к. при сгорании стружки металлического ниобия образуется более легкоплавкий оксид, что облегчает образование первичной ванны расплава. Стружку в количестве около 5% от массы шихты вводят в виде компактного комка в слой шихты. При включении установки металлическая стружка сгорает до оксида, образуя первичную ванную расплава, обладающего достаточно высокой электропроводностью. После расплавления введенной первоначально порции шихты исходных материалов постепенно вводят оставшуюся шихту. Получив окончательный расплав всей массы загруженной шихты, установку выключают и расплав начинает кристаллизоваться. В заключение полностью охлажденный слиток очищают от гарнисажного слоя и подвергают измельчению до порошка требуемой дисперсности.

Пример 2. Готовят шихту из оксидов диспрозия (80 мас.%), титана (13 мас. %), ниобия (5 мас.%) и циркония (2 мас.%) в количестве 2-3 кг, которую перемешивают в течение 20 мин в шаровой мельнице при соотношении масс шаров и шихты 1:2. Затем полученную смесь засыпают толщиной около 100 мм в холодный тигель емкостью 5 л. В слой шихты вводят стружку металлического ниобия в виде компактного комка. После пуска установки и образования первичной ванны расплава добавляют шихту порциями от 1 кг до 2 кг с перерывами от 3-х до 5-и мин для качественного проплавления всей массы шихты. Далее процесс завершают как в примере 1.

Таким образом, изготовленный вышеприведенным способом нейтронопоглощающий материал с указанными интервалами содержания его компонентов представляет собой однофазную керамическую композицию, имеющую кубическую структуру типа флюорита, которая обладает повышенной коррозионной стойкостью и устойчивостью к радиационному воздействию. Материал не претерпевает полиморфных превращений под воздействием радиационного облучения, имеет повышенное содержание диспрозия и не имеет легколетучих компонент.

Нейтронопоглощающий материал, преимущественно для органов регулирования ядерного реактора, содержащий диспрозиевую основу, оксид титана, оксид ниобия и оксид циркония, отличающийся тем, что в качестве диспрозиевой основы использован оксид диспрозия при следующем соотношении компонентов, мас.%: Оксид диспрозия - 70 - 85 Оксид титана - Остальное Оксид ниобия - 2 - 7
Оксид циркония - 0,5 - 2
причем при содержании оксида диспрозия свыше 78 мас.% содержание оксида ниобия составляет не менее 5 мас.%.

Поглотитель нейтронов для стержней регулирования ядерных реакторов

Использование: в области атомной энергетики для разработки материалов для стержней регулирования водо-водяных реакторов. Сущность изобретения: выгорающий поглотитель нейтронов для ядерных реакторов, обладающий повышенной коррозионной и радиационной стойкостью в воде высоких параметров (температура 350 o C, давление 200 МПа) и сохраняющий наиболее радиационно-стойкую гранецентрированную структуру типа флюорита в широком диапазоне составов. Для сохранения гранецентрированной кубической структуры материала дополнительно содержит оксид ниобия и синтезируется прямым плавлением смеси составляющих исходных оксидов при следующих соотношениях компонентов, мас.%: оксид диспрозия 12. . . 82;оксид гафния 0,5 . 85; оксид ниобия 0,5 . 20, причем при содержании оксида диспрозия свыше 78% содержание оксида ниобия не должно быть менее 5 мас.%. 1 табл.

Из поглощающих нейтроны материалов для изготовления сердечников водоохлаждаемых стержней регулирования наиболее широко используются сплавы на основе серебра (сплавы серебро-индий-кадмий). Недостатком сплавов на основе серебра является их относительно низкая коррозионная стойкость в воде, содержащей даже небольшое количество кислорода, в результате чего в реакторную систему теплоносителя могут попадать высокоактивные ядра серебра. Кроме того, материал после облучения в ядерном реакторе представляет собой высокую экологическую опасность вследствие образования долгоживущих высокоактивных радионуклидов серебра 110 с периодом полураспада 270 дней. Большую экологическую опасность представляют также применяемый в этих сплавах кадмий.

В качестве прототипа, наиболее близкого к настоящему изобретению, рассматривается патент США N 4992225 от 19.10.89, согласно которому в качестве поглощающего материала стержней системы регулирования ядерных реакторов используются керамические композиции на основе оксидов редкоземельных элементов (европия, эрбия, самария, гадолиния, диспрозия), изготавливаемые методом спекания при температурах от 1500 до 2000 o C, и содержащие от 10 до 25 мас. диоксида гафния.

Недостатками данных материалов являются: наличие непрореагировавших исходных компонентов, в основном редкоземельных оксидов, вследствие того, что взаимодействие между диоксидом гафния и оксидами соответствующих редкоземельных элементов происходит по твердофазной реакции при температурах, далеких от температуры плавления синтезируемого материала, что снижает его коррозионную стойкость; многофазность синтезируемого материала вследствие диффузионного переноса реагирующих ионов через границу контакта частиц взаимодействующих оксидов, что отрицательно влияет на устойчивость структуры материала и его радиационную стойкость; пористость и мелкодисперсность синтезированного материала и соответственно высокоразвитая поверхность, что способствуют снижению коррозионной стойкости и загрязнению примесями при изготовлении изделий; -загрязнение синтезированного материала посторонними примесями вследствие использования большого числа керамических операций (смещение исходных компонентов, измельчение, брикетирование, дробление и т.д.); -ограниченный диапазон составов (от 10 до 25 мас. диоксида гафния) не в полной мере удовлетворяет требование к поглотителям нейтронов в ядерных реакторах, имеющих различающиеся энергетические спектры нейтронов.

Целью изобретения являлось создание поглотителя нейтронов с улучшенными характеристиками, а именно более высокой коррозионной стойкостью в воде высоких параметров, повышенной радиационной стойкостью, возможностью широкого варьирования состава с сохранением радиационностойкой кубической структуры материала при любых температурах,вплоть до плавления.

Поставленная цель достигается тем, что в поглотитель нейтронов, содержащий диоксид гафния и оксид диспрозия (самария, европия, гадолиния, эрбия), дополнительно вводят оксид ниобия и материал синтезируют методом высокочастотного индукционного плавления смеси исходных оксидов при следующих соотношениях компонентов, мас.

Оксид диспрозия 12-85; Оксид гафния 0,5-87; Оксид ниобия 0,5-20 При содержании оксида диспрозия выше 78 мас. содержание оксида ниобия должно быть не менее 5 мас.

Предлагаемый поглотитель нейтронов представляет собою однофазную керамическую композицию на основе твердых растворов оксидов диспрозия, гафния и ниобия, имеющую гранецентрированную кубическую структуру типа флюорита, что, как известно, гарантирует ее высокую радиационную стойкость.

Нижний предел содержания добавляемого оксида ниобия (0,5 мас.) определяется отсутствием его положительного влияния на кристаллическую структуру получаемого материала и на технологические параметры процесса синтеза методом высокочастотного индукционного плавления смеси оксидов. Верхний предел содержания оксида ниобия (20 мас.) определяется необходимостью получения твердого раствора в системе оксидов диспрозия, гафния и ниобия, имеющего гранецентрированную кубическую структуру типа флюорита. При содержании оксида ниобия более 20% в синтезируемом материале при любых соотношениях остальных компонентов образуется самостоятельная фаза ортониобата диспрозия, кристаллизирующегося в моноклинной структуре, которая под воздействием реакторного облучения претерпевает полиморфные превращения, вследствие чего значительно снижается его радиационная и коррозийная стойкость.

Верхний предел содержания диспрозия (85 мас.) лимитируется появлением второй фазы оксида диспрозия и резким снижением, вследствие этого коррозионной стойкости предлагаемого материала в воде высоких параметров.

При содержании оксида диспрозия менее 12 мас. образуется вторая фаза с моноклинной структурой на основе диоксида гафния, которая под воздействием реакторного облучения претерпевает полиморфные превращения с увеличением объема (7), вследствие чего снижается радиационная стойкость материала.

Материал синтезируют методом высокочастотного индукционного плавления смеси исходных оксидов диспрозия, гафния и ниобия в холодном тигле, что обеспечивает достижение высокой плотности, максимально близкой к теоретической. Вследствие того, что процесс синтеза происходит в жидкой фазе (расплаве), обеспечивается высокая однородность распределения всех компонентов в объеме материала, а так же отсутствие в готовом материале непрореагировавших исходных оксидов. Процесс синтеза происходит очень быстро. Быстрое охлаждение синтезированного материала от температуры расплава (свыше 2300 o C) способствует сохранению наиболее радиационно устойчивой кристаллической структуры (ГЦК типа флюорита) во всем диапазоне составов материала.

Существенной особенностью предлагаемого поглощающего нейтроны материала является возможность изготовления с высокой точностью поглотителя с любым, наперед заданным составом компонент в пределах заявляемого диапазона содержаний. Свойства предлагаемого материала при различном содержании входящих в него компонент приведены в таблице.

Автоклавные испытания материала в виде компактных образцов и порошков с крупностью частиц менее 0,1 мм, приведенные в пароводяной смеси при температуре 35015 o C и давлении 20010 МПа, показали высокую коррозионную стойкость.

При петлевых испытаниях в ядерном реакторе макетов СВП с предлагаемым поглотителем не выявлено изменений размеров макетов,вплоть до интегральных потоков нейтронов порядка 310 25 н/см 2 , что свидетельствует о высокой размерной стабильности материала под облучением. Реакторные испытания продолжаются.

Готовят смесь оксидов диспрозия, гафния и ниобия. Перемешивают в шаровой мельнице при соотношении масс шихты и шаров 2:1 в течение 20 мин. Полученную смесь засыпают в водоохлаждаемый медный тигель установки типа "Кристалл-401" слоем 100 мм. В слой шихты вводят стружку металлического гафния в виде компактного комка. При пуске установки стружка металлического гафния сгорает до оксида, образуя первичную ванну расплава. После расплавления введенной порции в шихту добавляют порциями 1-2,5 кг с перерывами 3-5 мин для качественного проплавления каждой последующей порции до полного израсходования заготовленной шихты (30-40 кг). Как видно из приведенных в таблице данных, предлагаемый выгорающий поглотитель обладает перед прототипом следующими преимуществами: Материал представляет собой твердый раствор на основе оксидов диспрозия и гафния, легированный оксидом ниобия, имеющий гранецентрированную кубическую структуру типа флюорита, наиболее устойчивую к воздействию реакторного облучения;
Материал обладает высокой коррозионной стойкостью в воде высоких параметров, что подтверждается актом испытаний;
Материал является однофазным в широком диапазоне концентраций составляющих компонент;
Материал синтезируется методом прямого плавления смеси исходных оксидов.

Поглотитель нейтронов для стержней регулирования ядерных реакторов, содержащий оксиды диспрозия и гафния, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксид ниобия при следующем соотношении компонентов, мас.

Оксид диспрозия 12 85
Оксид гафния 0,5 87
Оксид ниобия 0,5 20
причем при содержании оксида диспрозия свыше 78% содержание оксида ниобия должно быть не менее 5 мас.

ПОГЛОТИТЕЛЬ НЕЙТРОНОВ

в-во, поглощающее нейтроны в активной зоне ядерного реактора для поддержания цепной ядерной реакции на постоянном уровне, а также для быстрого прекращения её в случае необходимости. Большинство конст-рукц. материалов активной зоны не обладают св-вом поглощать нейтроны. Поглотителями для тепловых нейтронов являются бор, кадмий, кюрий, европий и др.; для резонансных - уран 235 U. В активную зону реактора поглотитель вводится обычно в виде стержней; при введении их в активную зону и выведении из неё соответственно уменьшается или увеличивается реактивность ядерного реактора. Иногда для тех же целей применяют поглотитель (напр.. борную кислоту), растворённый в теплоносителе.

Большой энциклопедический политехнический словарь . 2004 .

Читайте также: