Affordable Access

Characterization of uranium oxide powders and sinterability / Karaktärisering av uranoxidpulver och sintringsaktivitet

Authors
  • Ceder, Joakim
Publication Date
Jan 01, 2021
Source
DiVA - Academic Archive On-line
Keywords
Language
English
License
Green
External links

Abstract

Uranoxid (UOx) är ett energitätt material som ofta används i kärnbränsle. UOx-pulver pressas och sintras för att tillverka urandioxidkutsar som förs in i bränslestavar. Stavarna monteras slutligen ihop till ett bränsleknippe. Tillverkningsprocessens stabilitet och förutsägbarhet är viktiga. För att åstadkomma önskvärda egenskaper hos UO2-kutsarna är karaktärisering av UOx-pulvret centralt. Sintringsaktivitet är den viktigaste egenskapen när det kommer till att beskriva hur UOx-pulvret beter sig vid reduktion i högtemperatursintring. Återcyklat UO2 oxideras till U3O8 och kan användas till att styra sintringsaktiviteten tack vare dess porbildande egenskaper. Denna rapport beskriver karaktäriseringen av UOx-pulver och kuts med avseende på fysiokemiska egenskaper relaterade till sintringsaktivitet. Statistiska analyser av historiska data utfördes även och visade på en komplex relation mellan pulveregenskaper och sintringsaktivitet. Effekten av U3O8-pulver i blandningar av UO2-pulver med hög och låg sintringsaktivitet undersöktes. Att variera U3O8-batch hade ingen inverkan på diameterkrympning efter sintring utom i ett fall. Blandningar av UO2-pulver visade på avvikande egenskaper jämfört med det jungfruliga pulvret. UO2-pulvrets kemiska aktivitet undersöktes via oxidering med H2O2. Förbrukningshastigheten av H2O2 var densamma för hög- och lågaktiva UO2-pulver vid samma förhållande mellan specifik yta och lösningsvolym. / Uranium oxide (UOx) is an energy dense material commonly used in nuclear fuel. UOx powder is pressed and sintered to produce uranium dioxide (UO2) pellets which are loaded into fuel rods. The rods are then mounted together in a final nuclear fuel assembly. Stability and predictability of the manufacturing processes during UO2 pellet production is of high importance. To achieve desired properties and quality of the UO2 pellets, the ability to assess the characteristics of the UOx powder is crucial. Sinterability is the most important characteristic which describes the behavior of the UOx powder during reduction in high temperatures. Recycled uranium dioxide is oxidized into U3O8 powder which can be used to modify the sinterability due to its pore forming ability. This study describes the characterization of uranium oxide powders and pellets regarding physicochemical properties relating to sintering behavior. Statistical analyses of historical data were also performed and showed a complexity of the relation between powder properties and  sinterability. The effect of U3O8 powder in different blends of UO2 powders of high and low sinterability were analyzed. Varying U3O8 powder batch did not influence the diameter shrinkage after sintering except for one case. UO2 powder blends showed deviating behavior from their virgin powder constituents. Chemical activity of UO2 was analyzed by oxidation with H2O2. The consumption rate of H2O2 was shown to be equal for active and incative UO2 powders under equal specific surface area/solution volume ratio.

Report this publication

Statistics

Seen <100 times