Изготовление таблеток ЯТИМ.

Ядерное топливо с инертной матрицей может быть изготовлено в двух вариантах: с гомогенной или гетерогенной структурой таблеток. В таблетках с гомогенной структурой частицы делящегося материала равномерно распределены в материале матрицы. В таблетках с гетерогенной структурой используют микросферы или крупные окатанные частицы делящегося материала, которые по возможности равномерно распределяют в инертной матрице. И гомогенное и гетерогенное топливо имеет свое преимущество и недостатки. В таблетках с гетерогенной структурой микросферы распределяются не совсем равномерно, что обусловлено условиями их изготовления. Кроме того, может происходить вынос микросфер на поверхность таблетки или вспучивание при спекании, а также образование макропор за счет различной степени усадки делящегося и инертного матричного материалов. В то же время, в таблетках с гетерогенной структурой матричный материал подвергается меньшим радиационным повреждениям при воздействии радиации и продуктов деления, особенно если на микросферу делящегося материала наносят защитное покрытие. Для изготовления и того и другого вида топливных таблеток используют различные варианты технологических схем.

На рис.2 представлена обобщенная технологическая схем изготовления таблеток топлива с инертной матрицей гетерогенной и гомогенной структурой, разработанная в JAERI, Япония. Таблетки с гетерогенной структурой получают, смешивая прокаленные микросферы делящегося материала с порошками инертной матрицы, затем прессуют таблетки (давление прессования 200 Мпа) и спекают их в потоке 75% об. Н₂ + 25% об. N₂ при 1750°С в течение 4 часов. Таблетки с гомогенной структурой получают таким же образом, только на первой стадии проводят смешивание исходных порошков делящихся материалов с порошками материалов инертной матрицы.

В соответствии с приведенной на рис.2 схемой были изготовлены таблетки плутониевого топлива с инертной матрицей на основе диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия состава в мол. % : ZrO₂ – 88,8, Y₂O₃ – 11, Gd₂O₃ – 0,2 (выгорающий поглотитель). Исходный порошок для инертной матрицы получали методом соосаждения из нитратных растворов. После смешивания исходных порошков PuO₂ и инертной матрицы получали порошок состава, в масс. %: PuO₂ – 23, ZrO₂ стаб. Y₂O₃ – 17, Al₂O₃ – 56 и MgO – 4, который прессовали в шашки и спекали при 1400°С в течение 14 часов на воздухе. Спеченные шашки измельчали, просеивали и гранулировали, прессовали таблетки ( размер спеченной таблетки составлял 3´1 мм), которые спекали при 1400°С в восстановительной атмосфере в течение 8 часов. Фазовый состав спеченной таблетки следующий: PuO₂ – PuAl₁₁O₁₈ (гибонит) ZrO₂ стабилизированный Y₂O₃ – Al₂O₃ – MgAl₂O₄.

Аналогичным образом были получены таблетки, содержащие UO₂ вместо PuO₂, для которых были проведены теплофизические исследования. В табл.1 представлены данные по составу и свойствам полученных таблеток из матриц и уранового топлива с инертной матрицей.

Таблица 1.