nucВестник НЯЦ РКNNC RK Bulletin1729-75161729-7885Национальный ядерный центр Республики Казахстан10.52676/1729-7885-2018-3-111-116nuc-110Research ArticleСтатьиТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ КАРБИДА УРАНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОГО ПСЕВДООЖИЖЕННОГО СЛОЯTHERMOPHYSICAL ANALYSIS OF PROCESS OF URANIUM CARBIDE OBTAINING APPLYING ELECTROTHERMAL FLUIDIZED BED TECHNOLOGYСемейкоК. В.SimeikoK. V.

Киев

Kiev

Институт газа НАН УкраиныУкраинаThe Gas Institute of the National Academy of Sciences of UkraineUkraine20183009201803111116Copyright © Семейко К.В., 20182018Семейко К.В.Simeiko K.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journals.nnc.kz/jour/article/view/110

Карбид урана является одним из перспективных видов топлива для ядерных реакторов. Существующие технологии получения карбида урана характеризуются высокими энергозатратами и технологическими сложностями. Создание энергоэффективной технологии получения карбида урана является актуальной задачей. Автором предложена возможность получения карбида урана с использованием технологии электротермического псевдоожиженного слоя. В статье рассмотрены два варианта получения карбида урана – восстановлением металлического урана в атмосфере метана и капсулированием UO2 пироуглеродом с дальнейшим карботермическим восстановлением. Проведённые термодинамические расчеты позволили определить оптимальную температуру проведения процессов. Предложена схема реактора с электротермическим псевдоожиженным слоем и описаны основные механизмы тепло- и массообмена в данном реакторе во время процесса получения карбида урана и нанесения пироуглеродного покрытия на UO2. Полученные результаты будут использованы при дальнейших экспериментальных исследованиях.

Uranium carbide is one of advanced types of nuclear reactor fuels. Existing technologies of uranium carbide obtaining possess high energy demands and technological complications. Development of energy efficient technology of uranium carbide obtaining is the relevant objective. Author of the article proposes the possibility of uranium carbide obtaining applying electrothermal fluidized bed technology. Two ways of uranium carbide obtaining are considered, the first one is reduction of uranium metal in the methane atmosphere and the second one is UO2 encapsulation with pyrocarbon and further carbothermal reduction. Thermodynamic calculations, which were carried out made it possible to determine the optimal temperature of the processes. The scheme of a reactor with an electrothermal fluidized bed was proposed and the main heat and mass transfer mechanisms in this reactor during the uranium carbide obtaining process and deposition of the pyrocarbon coating on UO2 were described. The results obtained will be used in further experimental researches.

uranium carbidepyrocarboncarbothermal reductioncarbide nuclear fuelReferencesГодин Ю.Г. Карбидное ядерное топливо / Ю.Г. Годин, А.В. Тенишев // Учебное пособие. – М.: МИФИ, 2007. – 68 с.Годин Ю.Г. Карбидное ядерное топливо / Ю.Г. Годин, А.В. Тенишев // Учебное пособие. – М.: МИФИ, 2007. – 68 с.Волкович В. А. Металлургия урана и технология его соединений: курс лекций : в 3 ч. / В. А. Волкович, А. Л. Смирнов. – Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2014. – Ч. 3. – 140 с.Волкович В. А. Металлургия урана и технология его соединений: курс лекций : в 3 ч. / В. А. Волкович, А. Л. Смирнов. – Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2014. – Ч. 3. – 140 с.Petkus E.J., Tevebaugh A.D., Payne C., Bartos J.P. The synthesis of stoichiomteric uranium mono carbide in a fluidized bed by the uranium metal–hydrocarbon gas reaction, Chem. Eng. Prog. Symp. Ser., 62(67), 76, 1966.Petkus E.J., Tevebaugh A.D., Payne C., Bartos J.P. The synthesis of stoichiomteric uranium mono carbide in a fluidized bed by the uranium metal–hydrocarbon gas reaction, Chem. Eng. Prog. Symp. Ser., 62(67), 76, 1966.Hyde K.R., Landsman D.A., Morris, J.B., Seddon W.E., Tulloch H.J. The Preparation of Uranium Nitride and Carbonitrides from Uranium Oxide in a Fluidized Bed, U.S. Atomic Energy Research and Development Report ANL-6902, Argonne, National Laboratory, Argonne, IL, 1964.Hyde K.R., Landsman D.A., Morris, J.B., Seddon W.E., Tulloch H.J. The Preparation of Uranium Nitride and Carbonitrides from Uranium Oxide in a Fluidized Bed, U.S. Atomic Energy Research and Development Report ANL-6902, Argonne, National Laboratory, Argonne, IL, 1964.Белов Г.В., Трусов Б.Г. Термодинамическое моделирование химически реагирующих систем. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013. – 96 сБелов Г.В., Трусов Б.Г. Термодинамическое моделирование химически реагирующих систем. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013. – 96 сGupta C. K. and Sathiyamoorthy D. Fluid Bed Technology in Materials Processing. New York: CRC Press LLC, 1999. 512 p.Gupta C. K. and Sathiyamoorthy D. Fluid Bed Technology in Materials Processing. New York: CRC Press LLC, 1999. 512 p.Бородуля В. А. Высокотемпературные процессы в электротермическом кипящем слое. Минск: Наука и техника, 1973. 176 с.Бородуля В. А. Высокотемпературные процессы в электротермическом кипящем слое. Минск: Наука и техника, 1973. 176 с.Богомолов В.А. Капсулирование кварцевого песка пироуглеродом в электротермическом псевдоожиженом слое / В.А. Богомолов, А.П. Кожан, Б.И. Бондаренко, А.И. Ховавко, К.В. Семейко // Энерготехнологии и ресурсосбережение. – 2013. – № 5. – С. 36–40.Богомолов В.А. Капсулирование кварцевого песка пироуглеродом в электротермическом псевдоожиженом слое / В.А. Богомолов, А.П. Кожан, Б.И. Бондаренко, А.И. Ховавко, К.В. Семейко // Энерготехнологии и ресурсосбережение. – 2013. – № 5. – С. 36–40.Семейко К.В. Исследование процесса осаждения твердого углерода при пиролизе углеводородных газов / К.В. Семейко, В.К. Безуглый, А.П. Кожан, Б.И. Бондаренко // Энерготехнологии и ресурсосбережение. – 2015. – № 2. – С. 18 – 24.Семейко К.В. Исследование процесса осаждения твердого углерода при пиролизе углеводородных газов / К.В. Семейко, В.К. Безуглый, А.П. Кожан, Б.И. Бондаренко // Энерготехнологии и ресурсосбережение. – 2015. – № 2. – С. 18 – 24.Simeiko K. Thermal influence of microdischarge plasma on the process of receiving of quartz sand encapsulated by pyrocarbon / K. Simeiko // Proccedings of the National Aviation University. – 2014. – N 2. – P.131–135.Simeiko K. Thermal influence of microdischarge plasma on the process of receiving of quartz sand encapsulated by pyrocarbon / K. Simeiko // Proccedings of the National Aviation University. – 2014. – N 2. – P.131–135.Сімейко К.В. Теплові характеристики реактору для одержання капсульованого піровуглецем кварцевого піску при проходженні процесу піролізу метану / К.В. Сімейко // Вісник СумДУ. Серія Технічні науки. – 2013. – № 4. – С. 119–123.Сімейко К.В. Теплові характеристики реактору для одержання капсульованого піровуглецем кварцевого піску при проходженні процесу піролізу метану / К.В. Сімейко // Вісник СумДУ. Серія Технічні науки. – 2013. – № 4. – С. 119–123.Семейко К.В. Использование электротермического псевдоожиженого слоя в качестве внешнего нагревательного элемента реактора / К.В. Семейко // Энерготехнологии и ресурсосбережение. – 2015. – № 1. – С. 58–64.Семейко К.В. Использование электротермического псевдоожиженого слоя в качестве внешнего нагревательного элемента реактора / К.В. Семейко // Энерготехнологии и ресурсосбережение. – 2015. – № 1. – С. 58–64.Семейко К.В. Исследование характеристик и свойств пироуглеродных покрытий / К.В. Семейко // Энерготехнологии и ресурсосбережение. – 2018. – № 1. – С. 37–43.Семейко К.В. Исследование характеристик и свойств пироуглеродных покрытий / К.В. Семейко // Энерготехнологии и ресурсосбережение. – 2018. – № 1. – С. 37–43.Федоров С.С., Губинский М.В., Тищенко Т.А., Barsukov I. Особенности процессов нагрева углеродсодержащего сырья в электротермических печах кипящего слоя. Металлургическая и горнорудная промышленность. 2015. № 3. С. 103–107.Федоров С.С., Губинский М.В., Тищенко Т.А., Barsukov I. Особенности процессов нагрева углеродсодержащего сырья в электротермических печах кипящего слоя. Металлургическая и горнорудная промышленность. 2015. № 3. С. 103–107.Баскаков А.П. Процессы тепло- и массопереноса в кипящем слое / А.П. Баскаков, Б.В. Берг, А.Ф. Рыжков, Н.Ф. Филипповский // М., «Металлургия», 1978. 248 с.Баскаков А.П. Процессы тепло- и массопереноса в кипящем слое / А.П. Баскаков, Б.В. Берг, А.Ф. Рыжков, Н.Ф. Филипповский // М., «Металлургия», 1978. 248 с.Пат. 117157 Україна, МПК B01J 8/18(2006.01), B01J 8/42(2006.01), B01J 19/14(2006.01), C01B 33/021(2006.01), C01B 33/021(2006.01), C30B 25/10(2006.01), C30B 28/14(2006.01), C30B 31/12(2006.01). Реактор для високотемпературних процесів у псевдозрідженому шарі / К.В. Сімейко, Б.І. Бондаренко, О.П. Кожан, В.М. Дмітрієв; заявник і патентовласник: Інститут газу НАН України. – № a201506499; заявл. 01.07.2015; опубл. 26.06.2017, Бюл. № 12. – 8 с.Пат. 117157 Україна, МПК B01J 8/18(2006.01), B01J 8/42(2006.01), B01J 19/14(2006.01), C01B 33/021(2006.01), C01B 33/021(2006.01), C30B 25/10(2006.01), C30B 28/14(2006.01), C30B 31/12(2006.01). Реактор для високотемпературних процесів у псевдозрідженому шарі / К.В. Сімейко, Б.І. Бондаренко, О.П. Кожан, В.М. Дмітрієв; заявник і патентовласник: Інститут газу НАН України. – № a201506499; заявл. 01.07.2015; опубл. 26.06.2017, Бюл. № 12. – 8 с.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.