Modeling of the composition of the gas phase over uranium–plutonium mononitride containing oxygen impurities and fission products

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

The composition of the gas phase over uranium–plutonium nitride U0.8Pu0.2N0.99500.005 containing oxygen impurities and fission products after fast neutron irradiation to a burnup of 13.6% heavy atoms (h.a.) was subjected to a thermodynamic analysis in the temperature interval 900–2000 K. In this interval, the accumulation of fission products in the fuel leads to the formation of a multicomponent gas phase containing the following main elements and compounds: fuel (Pu, PuO, PuN, U, UO, UN), highly volatile (Cs, N2, Ba, Sr, CsI, BaI, SrI, I), volatile (Te, Pd, BaO, NdO, LaO, SrO, CeO), low-volatile metallic (Nd, Mo, Y, Tc, La, Ce, Zr), and low-volatile nitrides (NdN, LaN, CeN, YN, ZrN). The partial pressures of these components of the gas phase over U0.8Pu0.2N0.99500.005 at the 13.6% burnup as functions of temperature were calculated.

Full Text

Restricted Access

About the authors

G. S. Bulatov

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: bulatov@ipc.rssi.ru
Russian Federation, Leninskii pr. 31, korp. 4, Moscow, 119071

K. E. German

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences

Email: guerman_k@mail.ru
Russian Federation, Leninskii pr. 31, korp. 4, Moscow, 119071

References

  1. Драгунов Ю.Г., Лемехов В.В., Смирнов В.С., Чернецов Н.Г. // Атом. энергия. 2012. Т. 113. Вып. 1. С. 58–64.
  2. Троянов В.М., Грачев А.Ф., Забудько Л.М., Скупов М.В. // Атом. энергия. 2014. Т. 117. Вып. 2. С. 69–75.
  3. Киселев Г. В. // Атом. техника за рубежом. 2001. № 7. С. 11–16.
  4. Thetford R., Mignanelli M. // J. Nucl. Mater. 2003. Vol. 320. P. 44–53.
  5. Булатов Г.С., Гедговд К.Н., Любимов Д.Ю. // Материаловедение. 2005. № 6. С. 43–49.
  6. Булатов Г.С., Гедговд К.Н., Любимов Д.Ю. // Материаловедение. 2010. № 9. С. 2–7.
  7. Arai Y., Morihira M., Ohmichi T. // J. Nucl. Mater. 1993. Vol. 202. Р. 70–78.
  8. Кузин М.А., Абрамов C.В., Грачёв А.Ф., Жеребцов А.А., Никитин О.Н., Кузьмин С.В. // Сб. тр. АО “ГНЦ НИИАР”. 2022. Вып. 1. С. 26–30.
  9. Jaques B.J., Watkins J., Croteau J.R., Alanko G.A., Tyburska-Püschel B., Meyer M. et al. // J. Nucl. Mater. 2015. Vol. 466. P. 745–754. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2015.06.029
  10. Watkins J.K., Gonzales A., Wagner A.R., Sooby E.S., Jaques B.J. // J. Nucl. Mater. 2021. Vol. 553. Article 153048. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2021.153048
  11. Федоров М.С., Байдаков Н.А., Жиганов А.Н., Зозуля Д.В. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2020. Т. 63. № 6. С. 12–18. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20206306.6185
  12. Алексеев С.В., Зайцев В.А. Нитридное топливо для ядерной энергетики. М.: Техносфера, 2013. 240 с.
  13. Любимов Д.Ю., Андросов А.В., Булатов Г.С., Гедговд К.Н. // Радиохимия. 2014. Т. 56. № 5. С. 423–426.
  14. Любимов Д.Ю., Дерябин И.А., Булатов Г.С., Гедговд К.Н. // Атом. энергия. 2015. Т. 118. Вып. 1. С. 24–29.
  15. Любимов Д.Ю., Андросов А.В., Булатов Г.С., Гедговд К.Н. // Атом. энергия. 2013. T. 114. Вып. 4. C. 198–202.
  16. Ватолин Н.А., Моисеев Г.К., Трусов Б.Г. Термодинамическое моделирование в высокотемпературных неорганических системах. М.: Металлургия, 1994. 352 с.
  17. Рогозкин Б.Д., Степеннова Н.М., Прошкин А.А. // Атом. энергия. 2003. Т. 95. Вып. 3. С. 208–221.
  18. Grenthe I., Gaona X., Plyasunov A.V., Linfeng Rao, Runde W.H., Grambov B. et al. Second Update of U, Np, Pu, Am and Tc. NEA № 7500. OECD 2020. 1572 p.
  19. Lyubimov D.Yu., Bulatov G.S., German K.E. // Radiochemistry. 2021. Vol. 63. N 1. P. 16–20. https://doi.org/10.1134/S1066362221010033
  20. Котельников Р.Б., Башлыков С.Н., Каштанов А.Н., Меньшикова Т.С. Высокотемпературное ядерное топливо. М.: Атомиздат, 1978. 2-е изд. 432 с.
  21. Ogawa T., Kobayashi F., Sato T., Haire R.G. // J. Alloys Compd. 1998. Vol. 271–273. P. 347–354.
  22. Hirschhorn J., Hilty F., Tonks M.R., Rosales H. // JOM. 2021. Vol. 73. P. 3528–3543. https://doi.org/10.1007/s11837-021-04873-x
  23. Herman A., Ekberg C. // Res. Rev.: J. Mater. Sci. 2017. Vol. 5. № 4. C. 83–99. https://doi.org/10.4172/2321-6212.1000196
  24. Chevalier P.-Y., Fisher E., Cheynt B. // J. Nucl. Mater. 2000. Vol. 280. P. 136–150.
  25. Булатов Г.С., Гедговд К.Н., Глазунов М.П., Якункина Т.В. // Материаловедение. 1998. № 9. С. 8–12.
  26. Загрязкин В.Н., Болотов С.В. // Вопр. атом. науки и техники. Сер.: Атом. материаловедение. 1982. Вып. 3 (14). С. 16–30.
  27. Alcock C.K., Itkin V.P., Horrigan M.K. // Can. Metall. Quart. 1984. Vol. 23. N 3. P. 309–313.
  28. Булатов Г.С., Гедговд К.Н., Любимов Д.Ю., Бондаренко Г.Г., Якункин М.М. // Тр. XIХ Междунар. совещания “Радиационная физика твердого тела” (Севастополь, 31 августа–5 сентября 2009 г.) / Под ред. Г.Г. Бондаренко. М.: НИИ ПМТ, 2009. С. 651–658.
  29. Булатов Г.С., Гедговд К.Н., Любимов Д.Ю. // Материаловедение. 2009. № 1. С. 2–7.
  30. Gutorova S.V., Logunov M.V., Voroshilov Yu.A., Babain V.A., Shadrin A.Yu., Podoynitsyn S.V. et al. // Russ. J. Gen. Chem. 2024. Vol. 94. Suppl. 2. P. S243–S430. https://doi.org/10.1134/S1070363224150015

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Partial pressures of fuel elements: plutonium, uranium and their monoxides and mononitrides in the gas phase over stoichiometric uranium-plutonium mononitride containing an oxygen impurity (0.032 wt.% O), at a burnup of 13.6% of the fuel element, depending on the temperature. 1 – Pu, 2 – PuO, 3 – PuN, 4 – U, 5 – UO, 6 – UN

Download (94KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Partial pressures of volatile fission products, their iodides and nitrogen in the gas phase over stoichiometric uranium-plutonium mononitride containing an oxygen impurity (0.032 wt% O) at a burnup of 13.6% of the t.a. depending on the temperature. 1 – Cs, 2 – N2, 3 – Ba, 4 – Sr, 5 – CsI, 6 – BaI, 7 – SrI, 8 – I

Download (99KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Partial pressures of volatile fission products (Te, Pd), alkaline earth metal oxides and lanthanides in the gas phase over stoichiometric uranium-plutonium mononitride containing an oxygen impurity (0.032 wt% O) at a burnup of 13.6% of the fission product, depending on temperature. 1 – BaO, 2 – Te, 3 – Pd, 4 – NdO, 5 – LaO, 6 – SrO, 7 – CeO

Download (103KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Partial pressures of low-volatile metallic fission products in the gas phase over stoichiometric uranium-plutonium mononitride containing an oxygen impurity (0.032 wt% O) at a burnup of 13.6% t.a. depending on temperature. 1 – Nd, 2 – Mo, 3 – Y, 4 – Tc, 5 – La, 6 – Ce, 7 – Zr

Download (98KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Partial pressures of low-volatile nitrides of metallic fission products in the gas phase over stoichiometric uranium-plutonium mononitride containing an oxygen impurity (0.032 wt% O) at a burnup of 13.6% t.a. depending on temperature. 1 – NdN, 2 – LaN, 3 – CeN, 4 – YN, 5 – ZrN

Download (88KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences