Posiva-raportti 2003-8

Air-oxidation tests with Gd-doped UO2 – Preliminary dissolution experiments with pre-oxidized Gd-doped UO2+x

Ollila, K. & Lindqvist, K.

Englanti

51

951-652-122-3

Tässä alustavassa tutkimuksessa tehtiin gadoliniumoksidia sisältävän UO2 :n (6 % Gd2O3) ilmahapetuskokeita korkeassa lämpötilassa (225 - 450 ?C). Tavoitteena oli valmistaa (Gd, U)O2+x oksidi, jolla on kuutiomainen U4O9+x kidehila ja hapen ja uraanin (O/U) suhde n. 2,3. Lämpötilan vaikutusta tutkittiin aluksi käyttäen termogravimetristä analyysimenetelmää, ja sen jälkeen laboratoriouunissa suoritetuilla hapetuskokeilla. Hapetusolosuhteiden testauksen jälkeen valmistettiin (Gd, U)O2+x oksidi, jolla tehtiin liukenemiskokeita hapettomissa olosuhteissa 0,1 M HCl:ssä ja 10 mM NaHCO3:ssa. Vesifaasit valittiin liukenemisreaktion nopeuttamiseksi ja ne eivät ole relevantteja käytetyn polttoaineen loppusijoitusolosuhteissa. Tämän esiselvityksen päätavoitteena oli tutkia kokeellisten menetelmien herkkyyttä, erityisesti sitä, kuinka tarkasti U4O9+y -kidehilassa liukenemisreaktion aikana tapahtuvia muutoksia voidaan nähdä mittaamalla hilaparametria röntgendiffraktiomenetelmällä.

Termogravimetrisellä menetelmällä tehdyissä hapetuskokeissa (350 - 450 ?C) ongelmia aiheutti syntyneen oksidin epähomogeenisuus. Lopputuote sisälsi pieniä määriä alkuperäistä, hapettumatonta UO2:ta. Uunissa suoritetuissa kokeissa lämpötilaa laskettiin (225, 305 ?C) ja reagointiaikaa kasvatettiin, jolloin hapetustuotteen homogeenisuus parani. Kiinteä faasi liukenemiskokeita varten hapetettiin 305 ?C:ssa. Alustavasti mitattiin kalibrointikäyrä kuutiohila-parametrille O/U-suhteen funktiona. Matalimmilla O/U-suhteen arvoilla (< 2,14) hapetustuotteeseen jäi jonkin verran reagoimatonta UO2:ta, joka vaikeutti hilaparametrin arvon laskemista. Lisätestejä tarvitaan tällä alueella. (Gd, U)O2+x faasin (O/U= 2,32) liukenemiskokeissa, jotka suoritettiin hapettomissa olosuhteissa (N2), kiinteän faasin hilaparametrin arvo kasvoi hitaasti reagointiajan funktiona. Tämä viittaa hapen selektiiviseen poistumiseen kidehilasta liukenemisreaktion aikana.  

Uraanidioksidi, UO2, UO2 (6 % Gd2O3), hapettuminen, liukeneminen, liukenemismekanismit, hapettomat olosuhteet

Air-oxidation tests with Gd-doped UO2 – Preliminary dissolution experiments with pre-oxidized Gd-doped UO2+x (pdf) (862.1 KB)