РЕАКЦИОННАЯ КАМЕРА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКОДИСПЕРСНОГО ПОРОШКА ИЗ МАССИВНОГО УРАНА

Полезная модель относится к области ядерной энергетики, в частности, может найти применение при переработке невостребованных изделий и отходов атомной промышленности.
Простейшим и наиболее экологически приемлемым способом получения тонкодисперсного порошка из исходного массивного (кускового) урана является способ гидрирования - дегидрирования в соответствии с уравнением
(кусок)
2
3
порошок
2
2U+3H→(150-200°C)→2UH→(400-470°C)→2U()+3H (Котельников Р.Б. и др., Высокотемпературное ядерное топливо, М., Атомиздат, 1978, с.225-226).
В лабораторной практике этот способ может быть осуществлен в замкнутой реакционной камере, сообщающейся с магистралью подачи водорода и снабженной нагревателем. В такой камере температурные режимы, соответствующие гидрированию и дегидрированию, можно обеспечить последовательной регулировкой мощности нагревателя (см., например, B.D.Rogozkin, F.G.Reshetnikov, U.K.Bibilashvili, Production and studies of U and Pu nitrides as nuclear fuel and forms of weapon grade plutonium storage, Global-1995, France Sept. 11-14, 1995, v/2, p.1359).
Недостатком такой камеры является большие затраты времени, связанные с ее тепловой инерционностью при изменении температурных режимов.
Известна реакционная камера, состоящая из L-образного корпуса, объединяющего зону гидрирования урана и рабочий участок получения мелкодисперсного порошка (зону дегидрирования). Камера снабжена двумя нагревателями, шнековым механизмом перемещения порошка гидрида урана из одной температурной зоны в другую и сообщена с магистралями подачи в аппарат водорода и аргона (см., например, Ф.Г.Решетников, Состояние разработки и производства уран-плутониевого топлива для быстрых реакторов, Российская конференция «Материалы ядерной техники (МАЯТ-1)», 23-27 сент.2002, Агой).
К недостаткам этой камеры следует отнести наличие шнекового механизма перемещения порошка гидрида урана, что вызывает загрязнение камеры вследствие высокой абразивности порошка. Кроме того, камера не предусматривает защиты порошка от самовозгорания при его выгрузке из камеры.
По совокупности существенных признаков последнее техническое решение наиболее близко к заявляемой полезной модели и выбрано в качестве прототипа.
Перед авторами стояла задача создания реакционной камеры с минимальным ее загрязнением при перемещении порошка из зоны гидрирования в температурную зону дегидрирования и обеспечения защиты порошка от самовозгорания при его выгрузке из камеры.
Поставленная задача решается при помощи конструкции реакционной камеры для получения тонкодисперсного порошка из металлического урана, содержащей корпус с нагревателями зоны гидрирования и зоны дегидрирования, емкость для сбора порошка, а также магистрали подачи в камеру водорода и аргона, в которой согласно заявляемой полезной модели корпус камеры выполнен в виде вертикальной трубы, нагреватели, охватывающие трубу, установлены в верхней и нижней частях камеры для создания соответственно в верхней части корпуса зоны гидрирования, а в нижней части корпуса - зоны дегидрирования, при этом емкость для сбора порошка установлена в зоне дегидрирования, а камера дополнительно снабжена магистралью подачи в корпус трихлорэтилена.
С помощью двух нагревателей, охватывающих трубу, создаются две различные температурные зоны, соответствующие условиям гидрирования и дегидрирования. Подача порошка гидрида урана в зону дегидрирования происходит под собственным весом. Выделяющийся при дегидрировании водород, распространяясь в полости трубы, снова участвует в процессе гидрирования. Процесс перемещения порошка гидрида в зону дегидрирования под действием собственного веса минимизирует загрязнение камеры, а подача в камеру через соответствующую магистраль в конце процесса трихлорэтилена дополнительно очищает ее от порошка, консолидирует конечный продукт органической связкой, предохраняющей его от окисления, и, следовательно, от возгорания при выгрузке.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежом, где
1 - корпус;
2 - емкость для сбора и выгрузки порошка;
3 - нагреватель зоны гидрирования;
4 - сетка для прохода осыпающегося порошка гидрида урана;
5 - кусковой уран;
6 - направляющий конус;
7 - порошок урана;
8 - нагреватель зоны дегидрирования;
9 - верхний фланец с вводными штуцерами магистралей подачи водорода, аргона и трихлорэтилена;
10 - нижний фланец.
Предлагаемая полезная модель работает следующим образом. На сетке 4 помещается кусковой уран 5. Камера заполняется водородом при давлении 0,15-0,2 МПа. Нагревателем 3 устанавливается температура в зоне гидрирования (200-220)°С, нагревателем 8 устанавливается температура в зоне дегидрирования (460-500)°С. Порошок гидрида осыпается в зону дегидрирования, где образуется тонкодисперсный порошок урана. Выделяющийся при дегидрировании водород, распространяясь в камере, снова участвует в гидрировании кускового урана. После завершения процесса камера заполняется аргоном, захолаживается и порошок заливается трихлорэтиленом. Консолидированный трихлорэтиленом порошок выгружается из камеры через нижний фланец 10 и служит полуфабрикатом для изготовления из него требуемой продукции, например, топливных таблеток.
3
Предлагаемая модель реализована при следующих характеристиках: длина трубы корпуса составляет 1200 мм, длина нагревателей - 400 мм, внутренний диаметр нагревателей - 160 мм, время выхода на заданные температуры - 1 час, время гидрирования и дегидрирования кускового урана с характерным размером 10 мм - 1 час. Полученный порошок урана был использован для получения стехиометрического диоксида урана с размером частиц 1-3 мкм и изготовления топливных таблеток с плотностью 10,56 г/см.