Production and characterization of chromium(III)-doped, dry-mixed UOX pellets

Abstract

Om een hogere burn-up te bereiken worden moderne brandstofpellets gedopeerd. Een mogelijk doperingsmiddel is chroom(III), wat gewoonlijk wordt toegevoegd als chroom(III)oxide, Cr2O3. Het doel van dit onderzoek was het produceren van en het bepalen van de eigenschappen van uranium pellets gedopeerd met Cr2O3. Tijdens dit onderzoek werden verschillende batches van Integrated Dry Route (IDR) UO2 brandstofpellets gedopeerd met verschillende concentraties aan Cr2O3 (van 0 tot 3000 ppm). Van deze pellets werd het sinterprofiel, de gemiddelde kristalgrootte en de roosterparameter onderzocht. Een beperkte hoeveelheid pellets werd ter vergelijking ook geproduceerd vanuit Ammonium Di-Uranaat (ADU) UO2 poeder. Ook werden enkele pellets met een langzamer sinterprofiel geproduceerd. Onze bevindingen zijn dat een fijne verdeling van het chroom(III)oxide in de pellet uiterst belangrijk is om een homogene pellet met grote kristallen te produceren. Momenteel wordt door EPMA metingen bevestigd dat de chroom(III)oxide niet homogeen doorheen de pellet wordt verdeeld. Tevens werd waargenomen dat de kristalgroei ook inhomogeen verlopen is. Gemiddelde kristalgroottes tot 33 ± 6 μm werden bereikt, een stijging van 200% in vergelijking met ongedopeerd uranium oxide, maar toch onder het vooropgestelde doel van 50 μm. Andere studies hebben deze grootte geëvenaard en al verbroken, maar bij ons proces kan de gemiddelde kristalgrootte zeker nog verhoogd worden door verbetering en optimalisatie van o.a. het sinterproces, het malen en de startpoeders.