Плазмохимический синтез и исследование гомогенных оксидных композиций для ториевого ядерного топлива
|
РЕФЕРАТ 9
ОПРЕДЕЛЕНИЯ 10
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 11
ВВЕДЕНИЕ 12
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 14
1.1 Ядерное оксидное топливо 14
1.1.1 Диоксид урана 14
1.1.2 Диоксид тория 16
1.1.3 Уран-ториевое ядерное топливо 16
1.1.4 Критерии оценки качества ядерного топлива 19
1.1.4.1 Химический состав 19
1.1.4.2 Физико-химические свойства 20
1.1.4.3 Технологические свойства 22
1.2 Способы получения оксидов урана 23
1.2.1 АДУ-процесс 23
1.2.2 АУК-процесс 25
1.2.3 Свойства порошков диоксида урана 26
1.3 Способы получения оксидов тория 26
1.3.1 Метод термического разложения 27
1.3.2 Плазменный метод 28
1.4 Способы получения оксидных композиций урана и тория 32
1.4.1 Спекание порошков оксидных композиций урана и тория 32
1.4.2 Прокалка солей урана и тория 33
1.4.2.1 Микроволновая технология производства уран-ториевых композиций 35
1.4.3 Плазменная технология получения оксидного уран-ториевого топлива..
1.5 Прессование 42
1.6 Спекание 42
2 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ 44
2.1 Моделирование процесса плазмохимического синтеза оксидных
композиций урана и тория 46
2.1.1 Расчёт показателей горения водно-органических композиций на
основе нитратных растворов урана и тория 46
2.1.2 Расчёт равновесных составов продуктов плазменной переработки
водно-органических композиций на основе смесевых нитратных растворов урана и тория 49
2.1.3 Оценка удельных энергозатрат на процесс плазменной переработки
смесевых нитратных растворов урана и тория 58
2.2 Обсуждение результатов 59
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 61
3.1 Описание плазменного стенда на базе ВЧФ-плазмотрона 61
3.2 Определение расходов воздушного теплоносителя через ВЧФ-плазмотрон
и газоход 62
3.3 Определение расходов воздушного теплоносителя через реактор 64
3.4 Исследование режимов работы плазменного стенда на базе ВЧФ-
плазмотрона 65
3.5 Плазмохимическая переработка модельных ВСОК 68
4 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 73
4.1 Потенциальные потребители результатов исследования 73
4.1.1 SWOT - анализ 74
4.2 Планирование управления научно-техническим проектом 76
4.2.1 Структура работ в рамках научного исследования 76
4.2.2 Контрольные события проекта 78
4.2.3 План проекта 78
4.3 Бюджет научного исследования 79
4.3.1 Расчет материальных затрат 79
4.3.2 Расчет затрат на специальное оборудование для научных
(экспериментальных) работ 81
4.3.3 Основная заработная плата исполнителей темы 82
4.3.4 Дополнительная заработная плата 83
4.3.5 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) 84
4.3.6 Накладные расходы 84
4.3.7 Контрагентные расходы 85
4.3.8 Формирование бюджета затрат исследовательского проекта 85
4.4 Организационная структура проекта 86
4.5 Матрица ответственности 87
4.6 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования 88
5 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 91
5.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов 91
5.2 Требования безопасности при выполнении работ с использованием
персональных электронно-вычислительных машин 93
5.2.1 Организационные мероприятия 93
5.2.2 Условия труда 93
5.2.3 Технические мероприятия 95
5.3 Требования безопасности при выполнении работ в химических
лабораториях 96
5.3.1 Общие требования 96
5.3.2 Характеристика вредных веществ 97
5.3.3 Действия работников при аварийных ситуациях 99
5.3.4 Оказание первой доврачебной помощи 100
5.4 Электробезопасность 101
5.4.1 Оказание первой доврачебной помощи 102
5.5 Пожарная и взрывная безопасность 103
ВЫВОДЫ 105
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 106
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ 107
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 108
ПРИЛОЖЕНИЕ А 111
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 126
ПРИЛОЖЕНИЕ В 139
ОПРЕДЕЛЕНИЯ 10
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 11
ВВЕДЕНИЕ 12
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 14
1.1 Ядерное оксидное топливо 14
1.1.1 Диоксид урана 14
1.1.2 Диоксид тория 16
1.1.3 Уран-ториевое ядерное топливо 16
1.1.4 Критерии оценки качества ядерного топлива 19
1.1.4.1 Химический состав 19
1.1.4.2 Физико-химические свойства 20
1.1.4.3 Технологические свойства 22
1.2 Способы получения оксидов урана 23
1.2.1 АДУ-процесс 23
1.2.2 АУК-процесс 25
1.2.3 Свойства порошков диоксида урана 26
1.3 Способы получения оксидов тория 26
1.3.1 Метод термического разложения 27
1.3.2 Плазменный метод 28
1.4 Способы получения оксидных композиций урана и тория 32
1.4.1 Спекание порошков оксидных композиций урана и тория 32
1.4.2 Прокалка солей урана и тория 33
1.4.2.1 Микроволновая технология производства уран-ториевых композиций 35
1.4.3 Плазменная технология получения оксидного уран-ториевого топлива..
1.5 Прессование 42
1.6 Спекание 42
2 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ 44
2.1 Моделирование процесса плазмохимического синтеза оксидных
композиций урана и тория 46
2.1.1 Расчёт показателей горения водно-органических композиций на
основе нитратных растворов урана и тория 46
2.1.2 Расчёт равновесных составов продуктов плазменной переработки
водно-органических композиций на основе смесевых нитратных растворов урана и тория 49
2.1.3 Оценка удельных энергозатрат на процесс плазменной переработки
смесевых нитратных растворов урана и тория 58
2.2 Обсуждение результатов 59
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 61
3.1 Описание плазменного стенда на базе ВЧФ-плазмотрона 61
3.2 Определение расходов воздушного теплоносителя через ВЧФ-плазмотрон
и газоход 62
3.3 Определение расходов воздушного теплоносителя через реактор 64
3.4 Исследование режимов работы плазменного стенда на базе ВЧФ-
плазмотрона 65
3.5 Плазмохимическая переработка модельных ВСОК 68
4 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 73
4.1 Потенциальные потребители результатов исследования 73
4.1.1 SWOT - анализ 74
4.2 Планирование управления научно-техническим проектом 76
4.2.1 Структура работ в рамках научного исследования 76
4.2.2 Контрольные события проекта 78
4.2.3 План проекта 78
4.3 Бюджет научного исследования 79
4.3.1 Расчет материальных затрат 79
4.3.2 Расчет затрат на специальное оборудование для научных
(экспериментальных) работ 81
4.3.3 Основная заработная плата исполнителей темы 82
4.3.4 Дополнительная заработная плата 83
4.3.5 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) 84
4.3.6 Накладные расходы 84
4.3.7 Контрагентные расходы 85
4.3.8 Формирование бюджета затрат исследовательского проекта 85
4.4 Организационная структура проекта 86
4.5 Матрица ответственности 87
4.6 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования 88
5 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 91
5.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов 91
5.2 Требования безопасности при выполнении работ с использованием
персональных электронно-вычислительных машин 93
5.2.1 Организационные мероприятия 93
5.2.2 Условия труда 93
5.2.3 Технические мероприятия 95
5.3 Требования безопасности при выполнении работ в химических
лабораториях 96
5.3.1 Общие требования 96
5.3.2 Характеристика вредных веществ 97
5.3.3 Действия работников при аварийных ситуациях 99
5.3.4 Оказание первой доврачебной помощи 100
5.4 Электробезопасность 101
5.4.1 Оказание первой доврачебной помощи 102
5.5 Пожарная и взрывная безопасность 103
ВЫВОДЫ 105
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 106
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ 107
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 108
ПРИЛОЖЕНИЕ А 111
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 126
ПРИЛОЖЕНИЕ В 139
Динамичное развитие человечества требует постоянного увеличения энергетических мощностей, обеспечивающих нужды науки, производства и многих других сфер человеческой жизни, поэтому в настоящее время активно изучаются пути увеличения выработки различных видов энергии.
В структуре мирового производства электроэнергии более 2/3 долей составляет генерация только на ТЭС [1]. Доля атомной энергетики не столь велика, однако создание энергетики будущего не представляется возможным без использования энергии деления ядер.
На сегодняшний день, на большинстве ядерных реакторов в качестве ядерного топлива используется уран, активно проводятся работы по вовлечению в ЯТЦ плутония в составе МОХ-топлива, но использование в качестве ЯТ только урана и плутония ограничивает возможности развития и распространения атомной энергетики. Связано это с тем, что мировые разведанные запасы природного урана не способны обеспечить ядерным горючим все возрастающее число энергоблоков АЭС в долгосрочной перспективе, что ставит вопрос о необходимости расширения сырьевой базы для ядерной энергетики [2]. Это осуществимо при вовлечении в ЯТЦ тория.
Использование тория в качестве ЯТ поможет попутно решать такие задачи как создание малогабаритной мобильной энергетической установки, упрощение обеспечения режима нераспространения и др. Торий, благодаря высокой температуре плавления, может быть использован в качестве ЯТ для высокотемпературных газоохлаждаемых ядерных реакторов, перспективных для неэлектрического применения и водородной энергетики.
Приоритетной задачей при создании ториевого ЯТЦ является его удешевление. Одним из способов удешевления ЯТЦ является снижение себестоимости производства топлива, в частности, стоимости получения порошков и спекания топливных таблеток. Добиться этого можно путем увеличения удельной поверхности порошков, а значит уменьшения температуры спекания, улучшения самой спекаемости.
Плазменная технология получения оксидов металлов дает возможность получать гомогенные композиции заданного стехиометрического состава во всем объеме порошка и при этом влиять на морфологию частиц.
Целью выпускной квалификационной работы является исследование процесса плазмохимического синтеза высокодисперсных гомогенных оксидных композиций урана и тория в воздушной плазме из диспергированных водно-солеорганических композиций.
Новизна исследования состоит в использовании вместо смесевых нитратных растворов водно-солеорганических композиций на их основе, обеспечивающих прямой плазмохимический синтез в воздушно-плазменном потоке высокодисперсных гомогенных оксидных композиций урана и тория.
Практическая значимость результатов исследований связана с повышением энергоэффективности процесса плазмохимического синтеза гомогенных оксидных композиций для ториевого ядерного топлива.
Результаты научной работы получены при личном участии автора в теоретических и экспериментальных исследованиях. Апробация результатов исследований проводилась на научных конференциях.
В структуре мирового производства электроэнергии более 2/3 долей составляет генерация только на ТЭС [1]. Доля атомной энергетики не столь велика, однако создание энергетики будущего не представляется возможным без использования энергии деления ядер.
На сегодняшний день, на большинстве ядерных реакторов в качестве ядерного топлива используется уран, активно проводятся работы по вовлечению в ЯТЦ плутония в составе МОХ-топлива, но использование в качестве ЯТ только урана и плутония ограничивает возможности развития и распространения атомной энергетики. Связано это с тем, что мировые разведанные запасы природного урана не способны обеспечить ядерным горючим все возрастающее число энергоблоков АЭС в долгосрочной перспективе, что ставит вопрос о необходимости расширения сырьевой базы для ядерной энергетики [2]. Это осуществимо при вовлечении в ЯТЦ тория.
Использование тория в качестве ЯТ поможет попутно решать такие задачи как создание малогабаритной мобильной энергетической установки, упрощение обеспечения режима нераспространения и др. Торий, благодаря высокой температуре плавления, может быть использован в качестве ЯТ для высокотемпературных газоохлаждаемых ядерных реакторов, перспективных для неэлектрического применения и водородной энергетики.
Приоритетной задачей при создании ториевого ЯТЦ является его удешевление. Одним из способов удешевления ЯТЦ является снижение себестоимости производства топлива, в частности, стоимости получения порошков и спекания топливных таблеток. Добиться этого можно путем увеличения удельной поверхности порошков, а значит уменьшения температуры спекания, улучшения самой спекаемости.
Плазменная технология получения оксидов металлов дает возможность получать гомогенные композиции заданного стехиометрического состава во всем объеме порошка и при этом влиять на морфологию частиц.
Целью выпускной квалификационной работы является исследование процесса плазмохимического синтеза высокодисперсных гомогенных оксидных композиций урана и тория в воздушной плазме из диспергированных водно-солеорганических композиций.
Новизна исследования состоит в использовании вместо смесевых нитратных растворов водно-солеорганических композиций на их основе, обеспечивающих прямой плазмохимический синтез в воздушно-плазменном потоке высокодисперсных гомогенных оксидных композиций урана и тория.
Практическая значимость результатов исследований связана с повышением энергоэффективности процесса плазмохимического синтеза гомогенных оксидных композиций для ториевого ядерного топлива.
Результаты научной работы получены при личном участии автора в теоретических и экспериментальных исследованиях. Апробация результатов исследований проводилась на научных конференциях.
Результаты проведенных расчетов и экспериментальных исследований позволяют говорить о возможности реализации энергоэффективной технологии плазмохимического синтеза гомогенных нанодисперсных смешанных оксидных композиций урана и тория на базе ВЧФ-плазмотрона.
Подобные работы
- Моделирование и исследование процесса плазмохимического синтеза гомогенных оксидно-углеродных композиций для ториевого ядерного топлива
Бакалаврская работа, физика. Язык работы: Русский. Цена: 5900 р. Год сдачи: 2016