Birlikte çöktürme yöntemi ile (Th,U) (C2 O4)2 nH2O tozlarının elde edilmesi ve (Th 0,8, U0,2) O2 yakıt paletlerinin hazırlanması /
Yazar: YÜKSEL ALTAŞ
Danışman: DOÇ.DR. MERAL ERAL
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nükleer Bilimler Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 1995
Konu: Nükleer Mühendislik = Nuclear Engineering
Dizin: Nükleer enerji = Nuclear energy ; Pelet = Pellet ; Toryum = Thorium ; Çöktürme = Percipitation

Özet:
VI.ÖZET Toryum ve uranyum dioksitler, her oranda birbirleri içerisinde çözünerek kati çözeltiler oluşturabilirler.Tek tek oksitlerden kati çözelti oluşumu ancak etkin bir öğütme ve yüksek sıcaklıkta reaksiyon ile mümkündür. Bu çalışmada, tek tek oksitlerin klasik toz metalürjisi yöntemleri ile hazırlanması yerine, nitrik asitli çözeltilerden toryum ve uranyum okzalatm birlikte çöktürülmesi yolu ile, %80 ThO2 ve %20 UCb içeren bileşik oksitler hazırlanmıştır. Nitrat çözeltisi hazırlamada, uranil iyonunun indirgenmesi için sülfürik asit ortamı uygun ortam olarak seçilmiştir. U(IV) sülfat, Ij4+ ve SO^- iyonları arasındaki güçlü kompleks oluşumu nedeni ile oldukça kararlıdır. Çekmece Nükleer Araştırma ve Eğitim Merkezinde üretilen ADU sülfürik asit ile çözülmüş ve indirgeme metalik çinko kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Hidrate U(IV) oksit bu çözeltiden 3 M amonyum hidroksidin aşınsı ile çöktürülmüş ve çinko, çinko-amonyak kompleksi oluşumu ile uzaklaştırılmıştır. UO2-2H2O çökeleği, hızla İM nitrik asit ve stabilizan olarak 0.5M sülfamik asit içeren İM toryum nitrat çözeltisi ile çözülmüştür. Karışık okzalatlar, Th,U(IV) nitrat çözeltilerinden okzalik asitin aşınsı ile çöktürülmüştür. Çöktürmede toz özelliklerini etkiliyebilecek olan, okzalik asit ve toryum konsantrasyonları, okzalik asit miktarı, sıcaklık ve karıştırma türü gibi parametreler incelenmiştir. Karışık okzalat ve türetilen oksit tozlarının özgül yüzey alanları ölçülmüştür. En yüksek yüzey alam değeri, 10°C sıcaklıkta, mekanik karıştırma ile yapılan çöktürmede elde edilmiştir. Bu tozların farklı dekompozisyon ve kalsinasyon koşullarındaki davranışları incelenmiştir. Katışık okzalat tozlarının indirgen atmosferde dekompozisyon ve kalsinasyonu, bu işlem sırasında önemli miktarda karbon kaldığını göstermiştir. Oksitlerin karbon kalıntısı içermesi sinterlenebilirliği olumsuz yönde etkilemektedir. Bu nedenle dekompozisyon ve kalsinasyon ısı çevrimi yeterli sıcaklık ve sürede olmalı ve hava atmosferinde yapılmalıdır. Birlikte çöktürülmüş Th,U(IV) okzalat tozlan 24'er saat süre ile hava atmosferinde 350°C 'de dekompose, 900°C 'de kalsine edilmiş ve hidrojen atmosferinde 650°C 'de 2 saat süresince indirgenmiştir. 97X-Işınlan Kırınımı analizleri, bileşik oksitlerde tek faz katı çözelti oluştuğunu göstermektedir. Bileşik oksitlerden hazırlanan peletlerin yeşil yoğunlukları %37 TD olarak bulunmuştur. Peletler 1100°C 'de CO- akışında, yarım saat süre ile sinterlenmiş ve %81 TD 'ye erişilmiştir.

Abstract:
VILSUMMARY Thorium and Uranium dioxides form solid solutions dissolving in each other,in all ratios. But the formation of solid solution from the individual oxides can be performed only with extensive co-milling and with the reaction at high temperature. In this study, instead of conventional metallurgical preparation stages of individual oxides, we prepared the mixed oxide including 80% TI1O2 and 20% UO2 via coprecipitation of the mixed oxalates from nitrate solutions. For the preparation of nitrate solutions, sulphuric acid was chosen as a suitable medium for the reduction of uranyl ion. U(TV) sulphate is rather stable to the oxidation due to the strong complex formation between Ij4+ and SO^-ions. ADU produced at Çekmece Nuclear Research and Training Center was dissolved in H2SO4. and the reduction was performed by using zinc. The hydrated U(IV) oxide was precipitated from this solution with an excess of 3 M ammonium hydroxide, therefore zinc was eliminated by forming the zinc-ammonia complex. The precipitated UO2.2H2O has been dissolved rapidly in 1M thorium solution including İM HNO3 and 0.5 M sulphamic acid which is used as stabilizer. The precipitation of mixed oxalates was performed from Th,U(IV) nitrate solutions by using an excess of oxalic acid. The parameters which may effect the powder properties such as the oxalic acid and thorium concentration, the amount of oxalic acid, temperature, type of agitation were investigated. The specific surface area of the oxalates and their derived oxides were also measured. Among the precipitation parameters, 10 °C temperature and mechanical stirring were found to give the highest surface area. The behaviour of these powders, at the different decomposition and calcination conditions was investigated. The decomposition and calcination of mixed oxalate powders in a reducing atmosphere have shown that a considerable amount of carbon was retained during this process. The presence of the residual carbon in the oxide effects strongly and negatively the sinterability. For this reason, the decomposition and calcination must be realized in the air atmosphere and heat cycle must have enough time and temperature. The coprecipitated Th,U(rV) oxalate powders were decomposed at 99350°C, calcinated at 900 °C each for 24 hours in the air atmosphere and reduced during 2 hours at 650 °C in the hydrogen atmosphere. X-Ray Diffraction analysis showed that a single phase solid solution is formed in the mixed oxide. The green densities of the pellets made from this mixed oxides were found as 37% TD. Pellets were sintered in CO2 flow at 1 100 °C for half an hour and achieved 81% TD. 100