Способ получения уранграфитового твэла

Результат выполнения научно-исследовательской разработки. Способ получения уранграфитового твэла предназначен для снижения брака при изготовлении цилиндрических уран-графитовых твэлов с объемной долей микротвэлов более 20% за счет предотвращения трещинообразования и искривлений. Относится к области технологии ядерного топлива и может быть использовано при получении уранграфитовых тепловыделяющих элементов для высокотемпературных газоохлаждаемых ядерных реакторов в атомной энергетике. Способе включает в себя получение шихты путем смешивания порошка графита, МТ и фенолформальдегидной смолы, формование заготовок путем прессования, температурную обработку в пресс-форме, извлечение заготовки из пресс-формы, карбонизацию смолы и высокотемпературную термообработку, перед приготовлением шихты МТ предварительно покрывают слоем порошка графита толщиной не менее 0,25 диаметра МТ, температурную обработку в пресс-форме осуществляют под давлением 10-15 МПа, которое снимают по достижении температуры 250-300°С перед извлечением заготовок из пресс-форм. В частных случаях осуществления изобретения: - в качестве графитового порошка для приготовления шихты, а также для получения покрытия на МТ может быть использована смесь порошков природного и синтетического графита в соотношении 1:(2-4), поскольку введение природного графита улучшает прессуемость заготовок и увеличивает теплопроводность в готовом изделии; - перед прессованием заготовки пресс-форму с шихтой прогревают до температуры 70-100°С для размягчения связующего и снижения усилия прессования. Полимеризацию связующего (фенолформальдегидной смолы) осуществляют в пресс-форме под давлением в диапазоне 10-15 МПа при нагревании до температуры 250-300°С. Давление снимают по достижении температуры 250-300°С перед извлечением заготовок из пресс-форм. В отличие от прототипа, где полимеризацию связующего в заготовках заканчивают при 130-150°С, увеличение температуры полимеризации в заявляемом способе и проведение ее под давлением 10-15 МПа способствует релаксации напряжений в заготовках и позволяет существенно снизить трещинообразование в них при осуществлении процесса карбонизации. Кроме того, покрытие МТ слоем графита обеспечивает равномерное распределение МТ в пресс-форме и получаемой заготовке, что обуславливает одинаковую усадку углеграфитовой матрицы и, тем самым, минимизирует возникновение напряжений в ней и способствует уменьшению трещинообразования и искривления заготовок при карбонизации. Нанесение слоя графитового порошка на МТ толщиной не менее 0,25 их диаметра позволяет исключить контакты МТ между собой в процессе прессования заготовок, что позволяет получать углеграфитовые твэлы с МТ 30-35% мас.(25-30% об.) без дефектов поверхности. После извлечения заготовки из пресс-формы проводят ее термообработку (осуществляют карбонизацию) в инертной среде (аргон) при нагревании до 800°С. Высокотемпературную обработку проводят в вакууме нагреванием до температуры 1800°С. Техническим результатом является снижение брака за счет предотвращения трещинообразования и искривлений при изготовлении цилиндрического уранграфитового твэла для высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов с увеличенной объемной долей МТ (более 20% об.). Разработка защищена патентом РФ № 2787077.