The Production characterization and burnup of uranium dioxide-gadolonium oxide fuel and buron nitride loated uranium diokside-gadolonium oxide fuel

Abstract

ÖZ URANYUM DİOKSİT - GADOLONYUM OKSİT YAKITLARININ VE BOR NÎTRÜR KAPLI URANYUM DİOKSİT - GADOLONYUM OKSİT YAKITLARININ ÜRETİMİ, FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ VE NÜKLEER YANMA ÖZELLİKLERİ İbrahim USLU Doktora, Kimya Mühendisliği Bölümü Tez yöneticisi: Güngör GÜNDÜZ, Prof. Dr. Haziran 1995, 154 sayfa Bu araştırmada saf uranyum dioksit ile uranyum-gadolonyum (%5~10) yakıtları çöz-pel tekniğiyle üretilmiştir. Öğütme, bağlayıcı kullanımı, sıkıştırma basıncı ve indirgeme sıcaklığı gibi işletim değişkenlerinin sinterlenmiş yakıtın gözenekliliğine olan etkisi incelenmiştir. Yakıtlar sinterlendikten sonra bor nitrür (BN) ile kaplanmıştır. Kaplama, bor triklorür ve amonyak gazı kullanılarak gaz fazında kimyasal çökeltme yöntemiyle gerçekleştirilmiştir. Kaplanmış yakıtlar, ivtekrar 1600 K de sinterlenmiştir. Taramalı elektron mikroskopla örnekler incelendiğinde tabaka ve çubuk şeklinde BN yapılan gözlenmiştir. WIMS-D/4 bilgisayar programı kullanılarak yapılan hesaplamalarda, BN kaplı ve gadolonyum içeren yakıtların, diğer yakıtlara oranla daha verimli yanma özelliği olduğu görülmüştür. Hesaplamalar değişik yakıt çubuğu aralıklarında tekrar edilmiştir. Yakıtın yarıçapı veya yavaşlatıcı/yakıt oranlarını değiştirerek yapılan hesaplamalar, yakıtların yanma verimlerinde bir artış göstermemiş ve bütün yakıtların basınçlı su reaktörlerin şimdiki tasarım değerlerinde en iyi yanma özelliklerine sahip olduğunu göstermiştir. Anahtar kelimeler: Uranyum dioksit, gadolonyum oksit, bor nitrür, gaz fazında kimyasal çökeltme, nükleer yakıt, yanma

ABSTRACT THE PRODUCTION, CHARACTERIZATION AND BURNUP OF URANR7M DIOXIDE- GADOLINnjM OXIDE FUEL AND BORON NITRIDE COATED URANIUM DIOXIDE-GADOLINR7M OXIDE FUEL Ibrahim USLU Ph.D., Department of Chemical Engineering Supervisor: Güngör GÜNDÜZ, Prof. Dr. June 1995, 154 pages In this research work pure urania and urania-gadolinia (5 and 10%) fuels were first produced by sol-gel technique. The effects of some operational parameters such as grinding, use of binder, compaction pressure, and reduction temperature on the porosity of the sintered fuels were investigated. The sintered fuel pellets were then coated with boron nitride (BN). This is achieved through chemical vapor deposition (CVD) using boron trichloride and ammonia. The coated samples were sintered at 1600 K. The analyses under scanning electron microscope (SEM) showed a variety of BN structures, but mainly platelike and rodlike BN structures were observed. The burnup calculations by using WIMS-D/4 showed that BN IIcoated and gadolinia containing fuels had larger burnups than other fuels. The calculations were repeated at different pitch distances. The change of the radius of the fuel pellet or the moderator/fuel ratio did not introduce an improvement in the performance of fuel and all fuel gives the highest burnup at the present design values of a PWR. Keywords: Uranium dioxide, gadolinium oxide, boron nitride, chemical vapor deposition, nuclear fuel, burnup III