Pełna nazwa: Sposób otrzymywania tlenkowych prekursorów paliw mieszanych typu MOX w postaci proszków o ziarnach sferycznych

Zespół
Marcin Brykała - kierownik, Marcin Rogowski, Wiesława Łada, Andrzej Deptuła

Istota wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania tlenkowych prekursorów paliw mieszanych typu MOX (Mixed Oxide Fuel) o ziarnach sferycznych, o średnicy <100 μm. Jest to mieszanina tlenków uranu i plutonu (UO2 z PuO2), które miesza się, prasuje, spieka a następnie umieszcza się w prętach paliwowych. Oczywistym jest, że aby można było zmieszać oba te tlenki musi ten proces poprzedzać procedura ich otrzymywania w czystej postaci chemicznej jak i radiochemicznej.

Znalezienie metody otrzymywania tego typu paliwa, która w prosty i mało pracochłonny sposób pozwoliłaby na przyspieszenie całego cyklu otrzymywania, od pozyskania tlenków i ich mieszaniny (UO2 z PuO2), aż po ich umieszczenie w prętach paliwowych, jest jednym z priorytetowych zagadnień do rozwiązania. Oczywistym jest więc, że opracowanie takiej metody postępowania, która zmniejszyłaby koszty finansowe, które ponoszą elektrownie jądrowe stosujące tego typu paliwo np. we Francji, Anglii czy Kanadzie byłoby ze wszech miar korzystne.

Wykorzystując wcześniejsze doświadczenia z zastosowaniem metody zol - żel i jej modyfikacji w postaci Procesu ICHTJ jak i Kompleksowego Procesu Zol - Żel (PL 83 484 z 1978 i PL 17 2618) do otrzymywania nowych ceramicznych tlenków jak i ich kompozytów a opisane w patentach: PL 180602, PL 198039, PL 209170 pozwoliło otrzymać m.in.: materiały bioceramiczne, ditlenek tytanu i tytaniany Li, Ba, Sr, tlenek wolframu i wolframiany. Również znany jest sposób otrzymywania wyżej wymienionymi metodami ditlenku uranu (PL 219069 z 2014r.), dzięki któremu można było w bardzo prosty sposób otrzymać tlenkowe prekursory paliwa mieszanego U1-xMxO2 typu MOX o sferycznych ziarnach <100μm. Ponieważ wszystkie produkty rozszczepienia, w tym pluton, są wysoko promieniotwórcze to w doświadczeniach zastosowano surogat plutonu jakim jest cer. Cała procedura wynalazku (metoda) polega na rozpuszczeniu związku poliuranianu amonu w organicznym kwasie - kwasie askorbinowym (ASC- znany jako witamina C) a następnie dodaniu surogatu plutonu. Otrzymany zol askorbinowo-hydroksy-uranylowo-cerowy dozowano przez kapilarę o średnicy wewnętrznej 0.5 mm do mieszaniny żelującej - rozpuszczalnika organicznego 2-etylo-1-heksanolu (EH) zawierającego 1% objętościowy emulgatora SPAN-80 i 1% objętościowy aminy pierwszorzędowej (Primene JMT). Otrzymane sferyczne ziarna żelu po odsączeniu przemywano acetonem i poddawano obróbce termicznej: powolnej kalcynacji do 650°C, z dwugodzinnym wygrzewaniem do oktatlenku triuranu dotowanego cerem (U,Ce)3O8 a następnie redukcji (U,Ce)3O8 do U(Ce)O2 o ziarnach sferycznych <100µm w atmosferze 95% Ar + 5% H2 w czasie 4 godzin w temperaturze 900°C.

W podsumowaniu, kwintesencja wynalazku polega na tym że, po raz pierwszy otrzymano paliwo mieszane o ziarnach sferycznych typu MOX stosując zmodyfikowaną metodę zol- żel poprzez wprowadzenie do syntezy silnie kompleksującego czynnika jakim jest kwas askorbinowy popularnie zwany witaminą C.

Potencjał komercjalizacji

W chwili obecnej nie przewiduje się komercjalizacji u nas w kraju zgłoszonego wynalazku ponieważ brak jest klarownej sytuacji co do budowy elektrowni jądrowej czyli ogólnie ujmując energetyki jądrowej w Polsce. Być może akurat kiedy zgłoszenie będzie miało status patentu a więc po czterech lub pięciu latach sytuacja w kraju ulegnie zmianie i szerokim frontem powrócimy do zagadnienia rozwoju energetyki i wyżej wymieniony wynalazek znajdzie swoje miejsce w komercjalizacji. Biorąc pod uwagę, że Polska należy do Unii Europejskiej nie wyklucza się możliwości współpracy z krajami, w których energetyka jądrowa ma miejsce i się rozwija, poprzez udzielenie licencji lub "Know-How".