Сложные оксиды урана

Было изучено большое количество сложных оксидов урана с оксидами щелочных и щёлочноземельных металлов, взаимодействие диоксида урана с оксидами редкоземельных элементов, тория, титана, циркония, плутония.

В системе UO₂-ThO₂ имеется непрерывный ряд твёрдых растворов. Смешанные оксиды UO₂-ThO₂ можно приготовить с помощью вариантов золь-гель процесса. Рассмотрим пример организации золь-гель процесса.

В качестве исходного используют раствор нитрата уранила UO₂(NO₃)₂ и нитрата тория Th(NO₃)₄ с соотношением Th: U ≥ 3. Первой операцией является приготовление золя. Для этого к раствору при 80 ^оС добавляется аммиак (в количестве 90 % от стехиометрии), продолжительность операции 3 часа. После этого полученный коллоидный раствор по каплям прибавляется к раствору аммиака (содержащему оставшиеся 10% стехиометрически требуемого количества). Скорость образования капель составляет 400-600 сек^-1. Полученный гель направляется на промывку водой и затем сушится на воздухе при 250 ^оС в течение 10 мин. Полученный продукт направляется на восстановление и спекание в атмосфере Ar-H₂ (4 %) при 1350 ^оС в течение 3 часов. Конечным продуктом являются гранулы ThO₂ + (Th,U)O₂.

Технологическая схема гелелирования урана и тория

Полученные таким образом сферические микрочастицы, покрытые графитом, применялись в качестве ядерного топлива в реакторе с кипящем слоем.

Системы оксид урана – оксид лантаноида изучались довольно интенсивно из-за своего важного применения в качестве реакторной керамики, содержащей выгорающий поглотитель нейтронов.

Выгорающие поглотители представляют собой вещества, поглощающие нейтроны и используемые либо в виде однородной смеси с топливом, либо в виде отдельно размещённых элементов в реакторе, причём они выгорают или обедняются одновременно с выгоранием топлива. Таким образом реактивность активной зоны поддерживается в течение всей её работы относительно постоянной. Использование выгорающего поглотителя имеет три важные особенности:

1) загрузка активной зоны топливом может быть значительно увеличена, что приведёт к её более продолжительной работе;

2) выгорающий поглотитель может быть введён в значительных количествах и уменьшить первоначальную реактивность до величины, которая бывает в конце работы. В результате для управления реактором потребуется меньшее число управляющих стержней;

3) выгорающий поглотитель может быть распределён по объёму активной зоны, что эффективно сгладит распределение энергии по всей активной зоне.

Следует отметить, что добавление РЗЭ₂О₃ к UO₂ приводит к изменению параметра решётки UO₂. Диоксиды церия и празеодима образуют с диоксидом урана твёрдые растворы.

Триоксид урана с оксидами щелочных, щёлочноземельных и некоторых других металлов (серебра, таллия(I), ртути(II), меди, цинка, кадмия) образует уранаты. Состав уранатов одновалентных металлов весьма различен, были синтезированы соединения состава Me₆UO₆, Me₄UO₅, Me₂U_nO_3n+1. Препаративные способы получения уранатов обычно включают прокаливание стехиометрических смесей оксида урана и карбоната соответствующего металла, например:

Me₂CO₃ + UO₃ → Me₂UO₄ + CO₂

Me₂CO₃ + 2 UO₂ + O₂ → Me₂U₂O₇

Уранаты даже щелочных металлов нерастворимы в воде и могут быть получены в виде гидратов достаточно сложного состава (в зависимости от рН) прибавлением раствора щёлочи к раствору соли уранила.

Помимо уранатов, содержащих уран в степени окисления +6 имеются уранаты, содержащие пятивалентный уран, например MeUO₃.

Дата добавления: 2014-01-07