ПЕЧЬ ДЛЯ СПЕКАНИЯ И СИНТЕЗА ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА

Полезная модель относится к атомной энергетике, и предназначена для производства спрессованного таблетированного нитридного ядерного топлива.
Известна печь вертикальная садочная печь по патенту JR 2008241076(А)-2008-10-09. В центре печи по вертикали установлены полки, на которые помещается термообрабатываемый материал. Газовый поток циркулирует через нагревательные элементы и шлюзы в вертикальных перегородках, которые разделяют печное пространство на две части. В первой части идет нагрев газа, а во второй - происходит передача газового потока термообрабатываемому материалу, находящемуся на вертикально расположенных полках. Движение газового потока регулируется скоростью вращения вентилятора в верхней части печи и регулирующими вентилями, перекрывающими сечение соединительных патрубок частей печного пространства.
Недостатком настоящей конструкции печи является накопление газообразных продуктов термообработки материала в газовом потоке, что неизбежно сказывается на составе конечного керамического продукта и его свойствах, что недопустимо при спекании и синтезе ядерного топлива. Исключается также возможность принудительной фильтрации газового потока через слой керамического материала, что уменьшает скорость твердофазных взаимодействий и снижает производительность печи.
Известна конструкция вертикальной садочной печи согласно патента WO 200401391 (А2)-2004-02-12, предназначенная для изотермической термообработки полупроводниковых материалов. Печь имеет термоизолированный корпус, внутри которого помещаются вертикально расположенные полки, на которые устанавливаются полупроводниковые материалы для последующей термообработки. Изотермичность печи обеспечивается объемной циркуляцией газового потока, который предварительно нагревается, и подается в верхнюю часть печи через падающую трубку. Выход газового потока осуществляется через патрубок, установленный в нижней части печи.
Недостатком данной конструкции печи, как и приведенной конструкции в предыдущем патенте, является циркуляция газового потока в объеме печи, что исключает принудительную фильтрацию газового потока через слой термообрабатываемого материала и накопление продуктов термолиза в газовом потоке. Отмеченные недостатки сказываются на составе и свойствах конечного керамического продукта, что недопустимо при получении ядерного топлива. Дополнительно уменьшается производительность печи.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству является печь согласно патенту РФ №2439454, дата приоритета 15.01.2010, опубл. 10.01.2012, кл. МПК F27B 3/04, F27B 5/04, С04В 35/64.
Печь для термообработки содержит термоизолированный объем с высокотемпературной зоной, средства нагрева и поддержания и/или изменения температуры по заданной программе, одну или несколько съемных, помещаемых в высокотемпературную зону герметичных кассет для обрабатываемого материала или изделия и средства для независимой загрузки-выгрузки кассет. Кассеты могут быть соединены с разными внешними устройствами: источниками паров материала, системой откачки, системой подачи газа, измерительными приборами и т.д. Обеспечивается возможность термообработки в одной печи изделий, требующих разных или сдвинутых по времени программ обработки, исключая влияние окружающей среды, снижения энергозатрат на термообработку и потерь времени.
Недостатком данной печи является следующее. Материал для термообработки помещается в изолированную герметичную кассету, которая индивидуально помещается в термоизолированный печной объем, где для каждой кассеты организована система нагрева и регулировки температуры. Необходимость использования герметичных кассет для загрузки материала с индивидуальным подводом внешних коммуникаций для подачи инертного газа, систем нагрева и регулирования температуры усложняет конструкцию печи.
Заявляемая полезная модель «Печь для спекания и синтеза ядерного топлива» состоит из термоизолированного корпуса с высокотемпературной зоной, нагревательных элементов, одной или несколько съемных, помещаемых в высокотемпературную зону кассет для обрабатываемого материала, с системами подачи газа, отличается от прототипа тем, что кассеты установлены на различных по высоте полках высокотемпературной зоны термоизолированного корпуса, и подача реакционного газа, осуществляется к каждой кассете с помощью патрубков, связанных с общим газораспределительным коллектором, расположенном внутри термоизолированного корпуса, а также тем, что обрабатываемый материал помещается в кассеты, изготовленные в виде молибденовых лодочек
Технической задачей является интенсификация процесса спекания таблетированного ядерного топлива за счет интенсификации удаления продуктов термолиза из керамического ядерного топлива.
Для подтверждения указанного выше представляем описание конкретного конструктивного выполнения заявленного устройства и его работы.
Полезная модель иллюстрируется чертежами. На фиг. 1 показан поперечный разрез предлагаемой печи.
Печь для спекания или синтеза состоит из герметичного термоизолированного водоохлаждаемого корпуса 1 с нагревательными элементами, установленных на разной высоте полок 2 для помещения молибденовых лодочек 3 с таблетками керамического ядерного топлива, газораспределительного коллектора 4 с подогревом, на котором закреплены патрубки 5 для подачи реакционного газа к каждой молибденовой лодочке. Патрубки подачи газа 6 и выхода газа 7.
Заявляемая печь работает следующим образом. При поднятом термоизолированном водоохлаждаемом корпусе 1 печи загружаются молибденовые лодочки 3 с керамическим ядерным топливом на полки 2, установленные в центре печи. Каждая молибденовая лодочка 3 соединяется с соответствующими патрубками 5 для подачи газа таким образом, чтобы обеспечить фильтрацию газа через слой термообрабатываемого керамического материала. Печь герметизируется, вакуумируется и продувается газом. Производится нагрев печи до требуемой температуры при постоянной прокачке газа. После термообработки керамического ядерного топлива печь остывает при непрерывной прокачке газа. Когда температура в печи достигает комнатной, печь разгерметизируется, и готовый продукт извлекается.
В процессе спекания таблетированного ядерного топливного материала происходит удаление газообразных продуктов разложения стеарата цинка (связующего при прессовании таблеток ядерного топлива) и газообразных продуктов синтеза нитридного ядерного топлива, образующихся за счет взаимодействия с оксидами урана и плутония углерода азота. Происходит фильтрация через загрузку топлива, вследствие этого достигается интенсификация процесса спекания.
При использовании заявляемого устройства в производстве возникают дополнительные технические преимущества:
- получение керамического ядерного топлива нужного состава и свойств;
- повышение производительности печи для спекания или синтеза керамического ядерного топлива.