Uranyum dioksit-gadolonyum oksit yakıtını bor karbür ile gaz fazında kimyasal çökeltme yöntemiyle kaplayarak yeni tür nükleer yakıt geliştirilmesi

Abstract

ÖZET Doktora Tezi URANYUM DİOKSİT-GADOLONYUM OKSİT YAKITINI BOR KARBÜR İLE GAZ FAZINDA KİMYASAL ÇÖKELTME YÖNTEMİYLE KAPLAYARAK YENİ TÜR NÜKLEER YAKIT GELİŞTİRİLMESİ Haydar DİŞBUDAK Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı 1998, Sayfa : 146 Danışmanlar : Prof. Dr. Ali Y. BİLGESÜ : Prof. Dr. Güngör GÜNDÜZ Jüri : Prof. Dr. Ayla ÇALIMLI : Prof. Dr. Taner TUĞRUL : Prof. Dr. Ahmet BİÇER Bu araştırmada kullanılan saf uranyum dioksit ile uranyum oksit - gadolonyum oksit (%5 ve %10) yakıtları çöz-pel (çözelti-pelteleşme) yöntemiyle üretilmiş ve sonra bu yakıtlar kimyasal buhar çökeltme yöntemi kullanılarak bor karbürle (B4C) kaplanmıştır. B4C kaplanması, karbon tetraklorür (CCI4) ve bor triklorürün (BCI3) tepkimesi ile, aşırı hidrojen ortamında, 1000, 1100, 1175 °C'da gerçekleştirilmiştir. Kızılötesi (FT-IR) ve X-ışmı kırınımı (XRD) spektrumlan mevcut literatür verileri ile uyum sağlamaktadır. BCI3/CCI4 molar besleme hızı oranları, bor karbür kaplama bileşimini değiştirmemiştir. Yapılan deneylerde kaplama bileşiminin doğrudan sıcaklığın bir fonksiyonu olduğu görülmüştür. Düşük sıcaklıkta yapılan deneylerde daha çok bor içerikli kaplama oluşurken, yüksek sıcaklıkta yapılan deneylerde daha çok karbon içerikli kaplama oluşmuştur. Optik mikroskop altında ince taneli, katmanlı bor karbür kaplamaları elde edildiği görülmüştür. Kaplanmış yakıtların taramak elektron mikroskobunda (SEM) kaplama yüzeyleri, kesitleri ve kalınlıkları görüntülenerek incelenmiştir. ANAHTAR KELİMELER : Uranyum dioksit, gadolonyum oksit, bor karbür, gaz fazında kimyasal çökeltme, nükleer yakıt, nükleer yanma. ıu

ABSTRACT Ph.D. Thesis DEVELOPMENT OF NEW TYPE NUCLEAR FUELS BY COATING URANIUM DIOXIDE-GADOLINIUM OXD3E FUEL BY BORON CARBIDE THROUGH CHEMICAL VAPOR DEPOSITION Haydar DİŞBUDAK Ankara University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Chemical Engineering Supervisor : Prof. Dr. Ali Y. BÎLGESÜ Cosupervisor : Prof. Dr. Güngör GÜNDÜZ 1998, Page : 146 Jury : Prof. Dr. Ayla ÇALIMLI : Prof. Dr. Taner TU?RUL : Prof. Dr. Ahmet BİÇER In this research pure uranium dioksit and uranium dioxide-gadolinium oxide (5 and 10 %) fuels were produced by using the sol-gel (solution-geletion) technique, and the fuels were then coated with boron carbide (B4C) by chemical vapor deposition (CVD). B4C coating was achieved from the reaction of carbon tetrachloride (CCI4) with boron tricloride (BCI3) in a tube furnace at 1000, 1100 and 1175 °C under excess hydrogen. The results of the infrared (FT-IR) and X-ray difraction (XRD) spectrum analysis of boron carbide coated fuel were found to be in agreement with the ones given in the literature. The change in molar ratio feeding rate of BCI3/CCI4 did not affect the boron carbide coating composition. The composition of the coat is a direct function of the furnace temperature. Low temperature coating lead to boron rich, and high temperature coating to carbon rich composition. It was seen under the optical microscope that boron carbide coating thin grained and has a layered structure. The morphology of the coating surfaces and thickness of coating were examined by using a scanning electron microscope (SEM). KEY WORDS : Uranium dioxide, gadolinium oxide, boron carbide, chemical vapour deposition, nuclear fuel, nuclear burn-up. IV