РЕАКЦИОННАЯ КАМЕРА ДЛЯ КАРБОТЕРМИЧЕСКОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОКСИДОВ УРАНА И ПЛУТОНИЯ

Полезная модель относится к области ядерной энергетики, в частности, к технологической оснастке, применяемой при изготовлении нитридного топлива для ядерных реакторов на быстрых нейтронах.
К такой оснастке относятся реакционные камеры, служащие для размещения в них изделий или шихты в виде крупки из смеси диоксидов урана и плутония с углеродом, обрабатываемых в протоке азотсодержащего газа.
Известна реакционная камера для карботермического восстановления оксидов урана и плутония, в которой обрабатываемый материал размещают на лодочке, установленной в трубчатой печи, через которую пропускают поток азота (см., например, W.O.Greenhalgh, Kinetic Measurements for the Carbothermic Syntesis of UN, PuN and (U,Pu)N, J. Amer. Ceram. Soc, 1973, v.56, 11, p.553-557).
Недостатком этой камеры является трудность удаления образующегося СО из зоны реакции и неэффективное использование азота, напускаемого в печь. Кроме того, большие объемы используемого азота, даже при очистке его от примесей до следовых количеств кислорода и влаги, приводят к дополнительному окислению получаемого продукта.
Известна также реакционная камера для карботермического восстановления оксидов урана и плутония, выполненная в виде цилиндрического корпуса, закрытого с двух сторон крышками с установленными в них впускным и выпускным патрубками, с размещенной в корпусе плоской газопроницаемой перегородкой, разделяющей корпус на две полости, одна из которых сообщена с впускным патрубком, а другая служит для размещения в ней шихты и сообщена с выпускным патрубком (см., например, Патент США №1193810, МПК G21c 3/62, Method of preparing a Nitride Nuclear Reactor Fuel, опубл. 03.06.1970). В этой камере газопроницаемая перегородка выполнена круглой и установлена в корпусе плоскостью перпендикулярно оси корпуса. По совокупности существенных признаков эта конструкция выбрана в качестве прототипа.
-4
3
Такая реакционная камера предполагает ее вертикальную установку в объеме печи при подаче азотсодержащего газа снизу. Следствием такого решения является неоднородность содержания СО в потоке азота по высоте шихтовой загрузки камеры. При этом для обеспечения давления СО в верхних слоях загрузки на уровне 10 атм требуется интенсивная прокачка азота (около 40 см/мин на 1 г загрузки). Уменьшение высоты загрузки при сохранении объема загрузки требует увеличения диаметра реакционной камеры, однако для нагревателей трубчатого типа величина изотермической зоны уменьшается с увеличением внутреннего диаметра, где располагается реакционная камера.
Таким образом, недостатком последнего технического решения является большой расход азота, что не только экономически невыгодно, но может привести к недопустимому выносу из камеры реагирующих компонентов.
Предлагаемая полезная модель реакционной камеры для карботермического восстановления оксидов урана и плутония отличается от последнего решения тем, что в ней газопроницаемая перегородка выполнена прямоугольной и размещена в корпусе камеры плоскостью параллельно оси корпуса. Такое решение предполагает горизонтальное размещение камеры в объеме печи, что позволяет существенно уменьшить высоту загрузки при сохранении ее объема и, как следствие, уменьшить расход азотсодержащего газа и улучшить качество получаемого продукта.
На фиг.1 изображен поперечный разрез и сечение предлагаемой в качестве полезной модели реакционной камеры для карботермического восстановления оксидов урана и плутония. На фиг.1: 1 - корпус камеры; 2 - крышки; 3 - впускная труба для азотсодержащего газа; 4 - выпускная труба для азотсодержащего газа и моноокиси углерода; 5 - газопроницаемая плоская прямоугольная перегородка.
Предлагаемая камера выполнена из вольфрама и реализована для размещения в вакуумной печи с горизонтальным цилиндрическим нагревателем с внутренним диаметром 100 мм и изотермической зоной 250 мм. Камера располагается внутри нагревателя и имеет реакционную зону диаметром 90 мм и длиной 200 мм. В камере установлена газопроницаемая перегородка, выполненная в виде перфорированной прямоугольной пластины толщиной 3 мм. Пластина установлена в корпусе камеры плоскостью параллельно оси корпуса. Перегородка делит реакционную зону на две полости. Нижняя полость в сечении образует сегмент высотой 10 мм и через впускной патрубок сообщается с магистралью подачи азотсодержащего газа. Для повышения механической устойчивости камеры крышка с впускным патрубком соединена с корпусом с помощью сварки. В верхнюю полость на перегородку в виде крупки загружается обрабатываемый материал. Слой крупки имеет толщину 15 мм, что дает возможность уменьшить расход азотсодержащего газа при увеличении объема обрабатываемого материала примерно в три раза по сравнению с прототипом. Удаление азота и образующейся моноокиси углерода осуществляется из верхней полости через выпускной патрубок.