< Terug naar vorige pagina

Project

Oxidatie van fijne UO2 poeders op lage temperatuur

De meest gebruikte kernbrandstof wereldwijd is uranium(IV) oxide (UO2). Deze wordt geproduceerd via poeder-metallurgische processen. Poeders worden eerst samengeperst in cilindervormige pillen waarna deze op hoge temperatuur worden gesinterd om een hoge dichtheid te bekomen. De UO2 brandstofcyclus is onafscheidelijk verbonden met nat-chemische processen: uranium wordt uit ertsen geloogd en verder opgezuiverd via, bijvoorbeeld ionenuitwisseling of solventextractie. Gebruikte kernbrandstof kan ook verder verwerkt worden om de elementen met splijtbare nucliden af te scheiden van de andere fissieproducten. Tijdens zulke verwerkingsprocessen wordt de gebruikte brandstof opnieuw opgelost. Uiteindelijk worden de producten die via nat-chemische weg gevormd zijn −onafhankelijk of ze van “vers” of herwerkt uranium afkomstig zijn− omgevormd tot fijne oxide poeders.

UO2 poeders vertonen de neiging om te reageren met zuurstof, vooral als de korrels een hoog specifiek oppervlak hebben. Ongecontroleerde opname van zuurstof is meestal niet wenselijk tijdens de productie van kernbrandstof. In zeer fijne UO2 poeders kan een pyrofore reactie optreden na blootstelling aan lucht en dit reeds bij kamertemperatuur. De reactiviteit van zulke poeders kan verminderd worden door ze te passiveren. Als oxidatie ongelimiteerd kan optreden, wordt uiteindelijk het hogere oxide U3O8 gevormd en bij deze kristallografische overgang treedt een volume expansie van ongeveer 36% op. Wanneer geen rekening wordt gehouden met deze uitzetting bestaat het risico dat opslagcontainers scheuren. Het is duidelijk dat de reactiviteit van UO2 tegenover zuurstof een risico vormt. Hoewel in dit domein reeds lange tijd onderzoek gedaan wordt, is het oxidatieproces nog steeds niet volledig begrepen, vooral niet in fijne poeders en bij lage temperaturen (< 100 °C).

In dit doctoraatsonderzoek werd de reactie tussen UO2 en zuurstof onderzocht onder dezelfde omstandigheden als die van toepassing zijn bij de productie van kernbrandstoffen en bij de opslag van UO2 poeders en pillen. De focus van het onderzoek lag bij de kristalstructuur van de verschillende fasen die gevormd kunnen worden en er werd tevens een evaluatie gemaakt van de oxidatiemechanismen en de kinetica van het proces. De resultaten van deze studie dragen bij tot een beter begrip van de moeilijkheden gerelateerd aan de oxidatie van UO2. Ze kunnen worden toegepast om het verwerken van UO2 poeders te verbeteren en om de omstandigheden voor opslag te evalueren.

Datum:1 okt 2012 →  30 sep 2016
Trefwoorden:uranium, plutonium, americium, curium, nuclear fission, nuclear fuel
Disciplines:Anorganische chemie, Andere chemie, Analytische chemie, Farmaceutische analyse en kwaliteitszorg, Fysica van gecondenseerde materie en nanofysica, Fysische chemie, Andere ingenieurswetenschappen en technologie
Project type:PhD project