In this work we carried out:
-thermophysical calculations of flammability indicators of model aqueous-organic nitrate
solutions (AMONS), simulating uranium-thorium oxide dispersive nuclear fuel
UO2 – ThO2 – MgO;
- thermodynamic calculations of the process of plasma-chemical synthesis of model oxide compositions (MOC) Nd2O3 – Ce2O3 – MgO from AMONS and the main products of plasma-chemical synthesis in the gas and condensed phases were determined;
- experimental studies of the process of plasma-chemical synthesis of MOC in an air-plasma flow on an experimental installation based on a high-frequency plasmatron.
Based on the results of thermophysical calculations, the optimal composition of AMONS was determined, having an adiabatic combustion temperature of 1473 K and ensuring their energy-efficient processing in air plasma.
Based on the results of thermodynamic calculations, the optimal conditions for processing AMONS in air plasma and obtaining MOC with the required stoichiometric phase composi-tion in the form of Nd2O3 – Ce2O3 – MgO were determined.
From the analysis of the results of experimental studies of the obtained powders it follows that an increase in the mass fraction of the matrix (MgO) from 10 to 30 % in the composi-tion of MOC (at α = 0.5) leads to a decrease in the size of the resulting particles (D50) after the “wet” cleaning unit (WCP) from 9.8 to 9.3 µm. In this case, the specific surface area of MOC powders increases from 13.1 to 16.4 m2/g, and the size of crystallites in the composi-tion of the resulting powders decreases from 68.0 to 65.0 nm. Increasing the mass fraction of the MgO matrix from 10.0 to 30.0% in the MOC composition (at α = 0.7) also leads to a de-crease in the size of the resulting particles (D50) after WCP from 9.3 to 8.1 μm. In this case, the specific surface area of the resulting MOC powders increases from 13.9 to 16.8 m2/g, and the size of crystallites in the MOC composition decreases from 69.0 to 58.0 nm.
Thus, the compositions of AMONS and the optimal conditions for their plasma processing have been determined, ensuring plasma-chemical synthesis of nano-sized oxide compositions in an air-plasma flow.
plasma, plasma-chemical synthesis, aqueous-organic nitrate solutions, oxide compositions, oxide uranium-thorium dispersion nuclear fuel
В данной работе проведены:
- теплофизические расчеты показателей горючести модельных водно-органических нитратных растворов (МВОНР), имитирующих оксидное уран-ториевое дисперси-онное ядерное топливо UO2 – ThO2 – MgO;
- термодинамические расчеты процесса плазмохимического синтеза модельных оксидных композиций (МОК) Nd2O3 – Ce2O3 – MgO из МВОНР и определены основные продукты плазмохимического синтеза в газовой и конденсированных фазах;
- экспериментальные исследования процесса плазмохимического синтеза МОК в воздушно-плазменном потоке на экспериментальной установке на базе ВЧФ-плазмо-трона.
По результатам теплофизических расчетов определены оптимальные по составе МВОНР, имеющие адиабатическую температуру горения 1473 K и обеспечивающих их энергоэффективную переработку в воздушной плазме.
По результатам термодинамических расчетов определены оптимальные условия для переработки МВОНР в воздушной плазме и получение МОК с требуемым стехиометрическим составом фаз в виде Nd2O3 – Ce2O3 – MgO.
Из анализа результатов экспериментальных исследований полученных порошков следует, что увеличение массовой доли матрицы (MgO) от 10 до 30 % в составе МОК
(при α = 0.5) приводит к снижению размера образующихся частиц (D50) после узла «мокрой» очистки (УМО) с 9.8 до 9.3 мкм. При этом удельная поверхность порошков МОК увеличивается с 13.1 до 16.4 м2/г, а размер кристаллитов в составе полученных порош-ков снижается с 68.0 до 65.0 нм. Увеличение массовой доли матрицы MgO от 10.0 до 30.0 % в составе МОК (при α = 0.7) также приводит к снижению размера образующихся частиц (D50) после УМО с 9.3 до 8.1 мкм. При этом удельная поверхность полученных порошков МОК увеличивается с 13.9 до 16.8 м2/г, а размер кристаллитов в составе МОК уменьшается с 69.0 до 58.0 нм.
Таким образом, определены составы МВОНР и оптимальные условия их плазменной пе-реработки, обеспечивающие плазмохимический синтез в воздушно-плазменном потоке наноразмерных оксидных композиций.
плазма, плазмохимический синтез, водно-органические нитратные растворы, оксидные композиции, оксидное уран-ториевое дисперсионное ядерное топливо
