Отраслевая научно-исследовательская лаборатория 709, Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Москва, Россия:

Д. П. Шорников, ст. науч. сотр., эл. почта: d.p.shornikov@mail.ru
В. Г. Баранов, профессор кафедры «Физические проблемы материаловедения», заведующий
С. Н. Никитин, инженер
Б. А. Тарасов, инженер

Реакторы на быстрых нейтронах являются основой мировой ядерной энергетики. Металлическое топливо на основе сплавов U – Mo, U – Zr, (U, Pu) – Zr традиционно рассматривается в качестве ядерного топлива для реакторов на быстрых нейтронах. Данные сплавы обладают такими достоинствами, как высокая теплопроводность, высокая плотность, простота переработки и производства. К недостаткам металлического топлива можно отнести: низкую температуру плавления, взаимодействие со стальной оболочкой (образование эвтектик), радиационный рост и газовое распухание. В настоящей работе приведены основные результаты изучения пористого металлического ядерного топлива на основе сплавов урана с молибденом и цирконием. Рассмотрены методы получения порошка урановых сплавов, приведены режимы прессования и спекания. Получен порошок металлического топлива размером частиц 0,2–0,7 мм. Затем порошок измельчен в высокоэнергетической шаровой мельнице до размера 50–100 мкм. После помола порошок отжигали. Прессование проводили при давлении 30–65 МПа, в этом случае относительная плотность компактов составляет 60–75 % от теоритической плотности, спекание проводили в диапазоне температур 600–900 ^оС. Представлены зависимости плотности и пористости от давления прессования и температуры спекания. Приведены результаты рентгенофазового и микрорентгеноспектрального анализов. Рассмотрена возможность применения ВЭИК метода для получения готовых таблеток из урановых сплавов.

1. Kazachkovskiy O. D. et al. The present status of the fast reactor programme in the USSR. Proceedings of International Conference on Nuclear Power and its Fuel Cycle. Salzburg, 1977. pp. 393–414.
2. Crawford D. C., Porter D. L., Hayes S. L. Fuels for sodium-cooled fast reactors: US perspective. Journal of Nuclear Materials. 2007. Vol. 371. pp. 202–231.
3. Stevenson C. E. The EBR-II Fuel Cycle Story. American Nuclear Society. 1987.
4. Tokita M. Development of advanced Spark Plasma Sintering (SPS) systems and its applications. Ceramic Transaction. 2006. Vol. 194. pp. 51–60.
5. Porter D. L., Chichester H. J. M., Medvedev P. G., Hayes S. L., Teague M. C. Performance of low smeared density sodium-cooled fast reactor metal fuel. Journal of Nuclear Materials. 2015. Vol. 465. pp. 464–470.
6. Wright A. E., Hayes S. L., Bauer T. H., Chichester H. J., Hofman G. L., Kennedy J. R., Kim T. K., Kim Y. S., Mariani R. D., Pointer W. D., Yacout A. M., Yun D. Development of advanced ultra-high burnup SFR metallic fuel concept — Project overview. Transactions of the American Nuclear Society. 2012. Vol. 106. pp. 1102–1105.

7. Status and Trends of Nuclear Fuels Technology for Sodium Cooled Fast Reactors. Vienna : IAEA Nuclear Energy Series, 2011. 113 p.
8. Baldev Raj, Kamath H. S., Natarajan R., Vasudeva Rao P. R. A Perspective on Fast Reactor Fuel Cycle in India. Progress in Nuclear Energy. 2005. Vol. 47. pp. 369–379.
9. Muralidaran P., Prabhu T. V., Manivannan A., Vinod A. V., Padmanabhan R., Ravisankar G., Ganesan V., Vasudeva Rao P. R. Fabrication experience of sodium bonded metallic test fuel pin with 6%Zr in T91 clad tube for irradiation in FBTR. Proceedings of International Conference CQCNF. Hyderabad, India. 2012.
10. Nagarajan K., Vaidya V. N. Sol-Gel processes for nuclear fuel fabrication. Sol-Gel Processing for Conventional and Alternative Energy. New York : Springer, 2012. pp. 341–373.
11. Prabhu T. V., Venkata Krishnan R., Padmanabhan R., Brij Mohan Singh, Kothandaraman B., Senapathy A., Jogeswara Rao G., Nagarajan K., Ravisankar G. A Remotely Operable Facility for Fabrication of Fuel Pins for test Irradiation. Proceedings of Asian Nuclear Prospects. 2010. Vol. 7. pp. 222–226.
12. Venkata Krishnan R., Nagarajan K., Clement Ravichandar S., Prabhu T. V., Ravisankar G., Kasiviswanathan K. V. Sol-Gel development activities at IGCAR. Journal of Sol-Gel Science and Technology. 2011. Vol. 9. pp. 394–403.
13. Jia J.-P, Wang Z.-G., Chen M., Wang X.-S., Zhang P.-C., Wu S. Preparation of Porous U–10%Mo alloy by Powder Metallurgy and Its Microstructure Characterization. Atomic energy Science and Technology. 2013. Vol. 47. pp. 295–298.