Н.А. ИВАНОВА ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ЦЕРИЯ И ПЛУТОНИЯ НА ИЗМЕНЕНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

УДК 621.7/.9 (06) Физика, химия и компьютерная разработка материалов
Н.А. ИВАНОВА
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ЦЕРИЯ И ПЛУТОНИЯ
НА ИЗМЕНЕНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
ДИОКСИДА УРАНА
Для предсказания характера изменения термодинамических свойств смешанного уран-плутониевого оксидного топлива методами эдс твердоэлектролитной гальванической ячейки и твердофазного кулонометрического титрования установлены закономерности изменения температурных и концентрационных зависимостей кислородного потенциала уранцериевого оксида.
Перспективным направлением в развитии атомной энергетики является использование [1,2] смешанного
уран-плутониевого оксидного топлива. Его термодинамические характеристики имеют важное значение для
прогнозирования поведения в реакторах при высоких выгораниях и особенно кислородный потенциал, от
величины которого зависят химическое состояние продуктов деления, степень окисления внутренней поверхности оболочки твэла при выгорании топлива, его технологические и эксплуатационные свойства. Однако, для изучения характера изменения термодинамических свойств таблеток смешанного уранплутониевого оксидного топлива U1-yPuyO2х в зависимости от нестехиометрии х, содержания Pu и температуры целесообразно вначале проводить измерения на уран-цериевых оксидах U1-yCeyO2x. Это объясняется
тем, что церий является химическим аналогом плутония и в то же время не относится к радиоактивным и
токсичным материалам, что облегчает проведение экспериментов и их безопасность [3].
Поэтому в соответствии с целью работы и поставленными задачами были изучены концентрационные и
температурные зависимости кислородного потенциала UO 2, содержащего 20 мас.  CeO2 (близкая концентрация плутония характерна для топлива быстрых реакторов) с использованием неразрушающего потенциометрического метода измерения эдс твердоэлектролитной гальванической ячейки в интервале температур от 850 до 1050 С.
Ячейка содержала платиновые потенциометрические выводы, исследуемый образец, твердый электролит
ZrO2 (Y2O3), выполненный в виде пробирки, заполненной равномерной смесью Ni-NiO, которая выполняла
роль электрода сравнения:
PO2 ( Pt ) // Ni-NiO // ZrO2 (Y2O3) // U0,718Ce0,282O2x// PO2 ( Pt ) .
Для электрохимического изменения содержания кислорода в анализируемом образце и построения концентрационных зависимостей кислородного потенциала нестехиометрического оксида использовался метод
твердофазного кулонометрического титрования, который заключался во введении в образец (окислении) или
удалении из него (восстановлении) строго дозированного количества кислорода путем пропускания постоянного тока (в разных направлениях при окислении или восстановлении) через твердоэлектролитную гальваническую ячейку при ее фиксированной температуре.
На основании полученных экспериментальных данных проведен анализ влияния церия на термодинамические свойства диоксида урана, которые определяют ряд физических и химических процессов, происходящих в твэлах с оксидным топливом. Установлено, что концентрационные зависимости кислородного потенциала уран-цериевого смешанного оксида U0,718Ce0,282O2x имеют более высокие значения, чем кислородный
потенциал образцов UO2+x и U0,72Pu0,28O2x при тех же значениях О/М. Кроме того, в до- и застехиометрической областях характер температурных и концентрационнных зависимостей кислородного потенциала уранцериевого оксида подобен тем, которые имеют место и для уран-плутониевого оксида. Поскольку церий
является химическим аналогом плутония, экспериментально полученные в данной работе методом эдс твердоэлектролитной гальванической ячейки зависимости кислородного потенциала от отношения О/М для
уран-цериевого оксида в диапазоне температур 850 – 1050 С можно использовать в аналитических целях на
уран-плутониевые для предсказания их термодинамических характеристик в определенных областях нестехиометрии.
Список литературы
1. Masato Kato, Tetsuya Tamura, Kenji Konashi, Shigenori Aono Oxygen potentials of plutonium and uranium mixed oxide // J. Nucl.
Mater., 2005. v.344. p.235-239.
2. Vasudeva Rao P. R., Anthonysamy S., Krishnaiah M. V., Chandramouli V. Oxygen potential and thermal conductivity of (U,Pu) mixed
oxides // J. Nucl. Mater., 2006 v.348. p.329-334.
3. Jain Ashish, Ananthasivan K, Anthonysamy S., Vasudeva Rao P.R. Synthesis and sintering of (U 0.72Ce0.28)O2 solid solution // J. Nucl.
Mater., 2005 v.345. p.245-253.
ISBN 9785-5-7262-0883-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2008. Том 4
1