КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 17-73-20097
НазваниеТехнология искрового плазменного спекания керамических материалов для прикладной радиохимии: синтез, свойства, применение.
Руководитель Майоров Виталий Юрьевич, Кандидат химических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук , Приморский край
Конкурс №24 - Конкурс 2017 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-204 - Радиохимия
Ключевые слова Наноструктурированные материалы, ядерная керамика, ядерное топливо, оксиды урана, оксиды плутония, оксиды тория, источники ионизирующего гамма-излучения, высокоэнергетические радионуклиды, спекание, искровое плазменное спекание, радиоизотопная продукция.
Код ГРНТИ31.15.23
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
ССоздание современных технологий получения функциональных материалов для атомной энергетики и изотопной продукции являются критическим направлением, обеспечивающим приоритетное развитие и безопасность отрасли. В новый технологический уклад производства целевых функциональных материалов входит использование передовых методов их получения, ведущих к созданию прототипов с уникальными эксплуатационными характеристиками.
Настоящий проект направлен на производство промышленно значимых материалов керамического состава в виде прочных вмещающих матриц для иммобилизации особо опасных радионуклидов и высокоплотных компаундов методом инновационной технологии искрового плазменного спекания (ИПС), известной за рубежом как Spark Plasma Sintering (SPS). При обобщении научного задела авторами доказано, что метод ИПС, основанный на высокоскоростном консолидировании порошковых материалов, в том числе, наноматериалов, в условиях высокочастотного импульсного разогрева обеспечивает получение образцов активных зон источников ионизирующего излучения (ИИИ), уран-оксидных, смесевых топливных композиций требуемой геометрической формы, размера, профиля, гарантируя их исключительные служебные характеристики: широкий изотопный ряд, экстремальная энергия излучения, дозируемая удельная активность, высокая прочность, близкая к теоретической плотность, радиационная, термическая и гидролитическая стойкость.
Актуальность проекта обуславливается оригинальностью применения инновационного ИПС метода применительно к атомной энергетике и изотопной продукции, а научная новизна обеспечивается получением и систематизацией новых фундаментальных знаний в области применения ограниченно изученной и промышленно не внедрённой в России технологии ИПС, включая механизмы порошковой консолидации, процессы фазообразования, специфики топохимических реакций, диффузионных превращений, принципов организации структурной регулярности и микро(нано-) неоднородностей в неравновесных условиях плазменно-искровой обработки порошковых материалов радионуклидного состава. В том числе, формирование ранее не известных фундаментальных основ о влиянии термодинамических условий ИПС процесса на физико-химические характеристики и функциональные свойства керамических матриц определенного радионуклидного наполнения и высокоплотных ядерных керамик получаемых передовой технологией ИПС. В части практического применения, ИПС обладает исключительными преимуществами при синтезе функциональных материалов, ключевыми из которых являются: низкие температуры по сравнению с традиционными способами; минимальное время равномерного спекания образца (минуты); достижением его максимальной плотности (до 100% от теоретической), сохранением микроструктуры и пористости в отсутствие уноса радионуклидов и образования вторичных отходов. Расширение же широкого круга целевых керамических материалов для атомной отрасли обоснованы возможностями генерируемого искрового разряда спекать порошкообразную шихту разнообразной композиции, вне зависимости от методов её получения. Важнейшим преимуществом ИПС метода в промышленном производстве выступает снижение нагрузки на основное оборудование, что предотвращает его быстрый износ. В ходе выполнения проекта будут разработаны высокотехнологические приёмы ИПС консолидации порошковых материалов радионуклидного состава: алюмосиликаты (природные клиноптилолиты, перлиты, цеолиты, в том числе синтетического типа NaX, NaY, NaA), фосфаты структурного типа (тридимит KMgPO4, коснарит NaZr2(PO4)3, витлокита Ca3(PO4)2, апатит Ca5(PO4)3OH) и стурктурированные сульфаты (лайгбенит K2Mg2(SO4)3), насыщенные радионуклидами (137Cs, 90Sr), а также оксид-урановые (UO2), оксид-ториевые (ThO2) и их смесевые композиции ((U,Th)O2; (U,Th)O2+MgO, (U,Th,Са)O2; (U,Pu)O2, (Th,Pu)O2)) для разных составов по UО2 и ThO2 (от 1 до 30 мас.%), с целью получения керамических материалов, предназначенных в качестве активных зон источников ионизирующего гамма-излучения (ИИИ), а также уран и торий оксидного, а также уран-ториевых смесевых топливных композиций. Предлагаемый к разработке высокотехнологичный способ ИПС синтеза обеспечит получение высококачественных керамических материалов ядерного назначения в одну стадию, без сменных оснасток, за рекордно короткое время, путем мгновенного электроимпульсного разогрева и высокого давления прессования в отсутствие связующих примесных компонентов.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ