r>[0042] 因此,如上所述,待加入到上述硝酸盐溶液的含氮燃料的预定量有利地至少对应 于总和(Qu+QAn/Ln),该预定量对应于含氮燃料相对于硝酸铀酰的过化学计量的量(由于加上 了量QAn/Ln,该过化学计量的量必然大于在步骤b)中所确定的量)。
[0043] 如上所述,在所述燃料的存在下,优选相对于硝酸铀酰的燃烧方程确定步骤b)的 过化学计量的量,该反应的产物是二氧化铀、二氧化碳、水(作为蒸汽形式)和氮气以及任选 的一种或几种其它重组气。
[0044] 为此,在硝酸铀酰的燃烧方程中,为含氮燃料的化学计量系数指定因子Φ?大于1, 优选1.5至1.7就足够了,该因子φυ可被描述为指定给硝酸铀酰的"混合物的丰度"。
[0045] 例如,根据以下的方式之一可写出利用甘氨酸的硝酸铀酰的燃烧方程:
[0046]
[0047]
[0048]
[0049] η表不倘酸钿既的水合摩尔数。
[0050] 将相对于其它锕系元素和/或镧系元素的硝酸盐的至少一个含氮燃料量加上步骤 b)中得到的该过化学计量的量以最终得到含氮燃料的预定量。为了得到该相对于其它锕系 元素和/或镧系元素的硝酸盐的含氮燃料的量,在其它锕系元素和/或镧系元素的硝酸盐的 燃烧方程中,为含氮燃料的化学计量系数指定小于2的因子CPAa/Ln就足够了。
[0051] 不受理论的束缚,使用相对于硝酸铀酰过量的含氮燃料允许原位形成足够量的还 原性气体,并且使得甚至在空气的存在下,用于将铀(VI)还原成铀(IV),从而铀(IV)被包含 在二氧化物的固溶体中,并且不再发现如现有技术的燃烧方法的情况下形成的U 308形式的 袖。
[0052]在本发明的方法范围内所使用的含氮燃料可选自尿素、甘氨酸、乙酸铵、环六亚甲 基四胺(已知缩写为HMTA)、酰肼类化合物以及它们的混合物,并且有利地可为甘氨酸。
[0053] 硝酸铀酰为硝酸铀(VI),即式U02 (N〇3) 2. xH2 0的硝酸盐,x对应于硝酸铀酰的水合 水的摩尔数,X可为0至6。
[0054] 其它锕系元素和/或镧系元素的硝酸盐可为:
[0055] *当所述其它锕系元素和/或镧系元素的硝酸盐为锕系元素的硝酸盐时:
[0056] 钚的硝酸盐,并且更具体地为硝酸钚(IV)(在硝酸介质中最稳定的钚的氧化度);
[0057] 次锕系元素的硝酸盐,更具体地,硝酸镅(111)(在硝酸介质中最稳定的镅的氧化 度)、硝酸锔(III)(在硝酸介质中最稳定的锔的氧化度),或硝酸镎(IV)、硝酸镎(V)或硝酸 镎(VI)(在硝酸介质中最稳定的镎的这些氧化度);和/或
[0058]硝酸钍(IV);以及
[0059] *当所述其它锕系元素和/或镧系元素的硝酸盐为镧系元素的硝酸盐时:镧系元素 (III)的硝酸盐或镧系元素(IV)的硝酸盐,诸如,硝酸铈(III)或硝酸铈(IV)。
[0060] 应当指出的是,本发明的方法尤其适用于其氧化度为在硝酸介质中最稳定的锕系 元素和/或镧系元素的硝酸盐。
[0061 ]本发明的方法的燃烧步骤可由以下组成:对所述溶液逐步加热直至着火温度(即, 开始燃烧反应的温度),该着火温度可为50°C至1000°C。
[0062] 本发明方法的燃烧步骤可有利地在空气存在下进行。
[0063] 本发明的方法可进一步包括:在所述燃烧步骤之前,用于制备包括硝酸铀酰、至少 一种其它锕系元素和/或镧系元素的硝酸盐以及含氮燃料的溶液的步骤;该步骤可由将预 定量的含氮燃料加入至仅包括硝酸铀酰和至少一种其它锕系元素和/或镧系元素的硝酸盐 的第一溶液组成,该量例如以如上所述的方式来预定。
[0064] 本发明的方法能够得到铀和至少一种其它锕系元素和/或镧系元素的二氧化物的 固溶体粉末,这些粉末可用于制备核燃料芯块。
[0065] 为此,所得到的粉末必须经烧结以得到所述芯块。
[0066] 在阅读涉及根据本发明的制备粉末的实施例的以下附加描述下,其它特征将更加 明显。
[0067] 当然,以下实施例仅给出本发明的目的的解释说明和绝非对该目的的限制。
【附图说明】
[0068] 图1为根据实施例1的测试例a)至测试例h)得到的粉末的X射线衍射图。
[0069] 图2为根据实施例2的测试例a)至测试例f)得到的粉末的X射线衍射图。
[0070] 图3为根据实施例3的测试例a)和测试例c)得到的粉末的X射线衍射图。
【具体实施方式】
[0071] 实施例1
[0072] 该实施例示出了由硝酸铀酰、硝酸钍和特定的含氮燃料甘氨酸的不同溶液来制备 二氧化铀钍(UyThi-y)0 2±x的固溶体的不同测试例,其中,y为0.1至0.9,且X为0至0.25。
[0073] 不同的测试溶液如下所示:
[0074] 硝酸铀酰和硝酸钍的溶液,其中摩尔比(U/U+Th)等于0.1(测试例a);
[0075] 硝酸铀酰和硝酸钍的溶液,其中摩尔比(U/U+Th)等于0.2(测试例b);
[0076] 硝酸铀酰和硝酸钍的溶液,其中摩尔比(U/U+Th)等于0.35(测试例c);
[0077] 硝酸铀酰和硝酸钍的溶液,其中摩尔比(U/U+Th)等于0.5(测试例d);
[0078] 硝酸铀酰和硝酸钍的溶液,其中摩尔比(U/U+Th)等于0.65(测试例e);
[0079] 硝酸铀酰和硝酸钍的溶液,其中摩尔比(U/U+Th)等于0.7(测试例f);
[0080] 硝酸铀酰和硝酸钍的溶液,其中摩尔比(U/U+Th)等于0.8(测试例g);以及
[00811 硝酸铀酰和硝酸钍的溶液,其中摩尔比(U/U+Th)等于0.9(测试例h)。
[0082] 在进行这些测试例之前,仅用硝酸铀酰溶液进行初步测试,以便确定仅形成二氧 化铀U02的甘氨酸含量。该甘氨酸含量被确定为由下列燃烧方程所确立的化学计量的量的 1.5倍至1.7倍(即Φυ为1.5到1.7):
[0083]
[0084] Γ )测试例a
[0085] 在该测试例中,使用摩尔比(U/U+Th)等于0.1的硝酸铀酰和硝酸钍的溶液,上述摩 尔比能够通过使lml包括lmol.厂 1铀的母液与9ml包括lmol.厂1铣的母液混合来得到。
[0086] 在该实施例的范围中所使用的硝酸铀酰和硝酸钍的燃烧方程如下所示:
[0087] *对于硝酸铀酰:
[0088]
[0089] *对于硝酸钍:
[0090]
[0091]根据上述燃烧方程,并且设定参数φυ=1,7(对应于燃料相对于铀过量)以及对于 韦土设定cpn=〇.5_4_.,待加入到上述溶液中的甘氨酸的量Qciy由下列等式来确定:
[0092] Qgly = Qu+QTh
[0093] 其中:
[0094] *Qu = y*[ (10/9)*1.7],y对应于铀的摩尔含量,即,在该测试例中,为0.1;并且由 燃烧方程来确定的系数(1〇/9)*1.7对应于待加入至溶液的甘氨酸的摩尔数(相对于铀的摩 尔数);以及
[0095] *QTh = (l_y) [ (20/9)*0.54],y对应于上述的相同限定;并且由燃烧方程来确定的 系数(20/9)*0.54对应于待加入至溶液的甘氨酸的摩尔数(相对于钍的摩尔数),
[0096] Qgiy对应于上述提及的预定量。
[0097] 将预定量Qgly的甘氨酸加入到包括硝酸铀酰和硝酸钍的溶液中。
[0098]于空气中,在加热盘上对所得溶液逐步加热,以使其蒸发(即在80°C下持续1小时) 直到得到凝胶,并且引发燃烧(约200°C的着火温度)。
[0099]由于燃烧反应是自传播反应,所以一旦引发燃烧反应后,则立即停止加热。
[0100]燃烧的产物为粉末,通过X射线衍射分析表明该粉末是式(Uo. iTho. 9)〇2+x的固溶体, X为0至0.25(参见图1的曲线b))。
[0101] Th02的衍射图具有面心立方结构的特性线。当向较高角度移动时,再一次出现这 些相同的线,这是铀嵌入该结构所特有的。
[0102] 2°)测试例b
[0103] 在该测试例中,使用摩尔比(U/U+Th)等于0.2的硝酸铀酰和硝酸钍的溶液。该溶液 通过已知浓度的硝酸铀酰的母液和硝酸钍的母液来制备。对每个母液的所需体积进行采 样,以便得到所需的摩尔比(u/u+Th)。
[0104] 在与测试例a)相同的条件下,对该溶液进行处理,其中,使用相对于铀的相同的系 数Φυ和相对于钍的相同的系数q>m,从而,该测试例待加入的甘氨酸的量为0.2*[(10/9)* 1·7]+0·8*[(20/9)*0·54]。
[0105]燃烧的产物为粉末,通过X射线衍射分析表明该粉末是式(1]〇.2111().8)〇2+\的固溶体, X为0至0.25(参见图1的曲线c))。
[0106] 对残余的氮含量和碳含量进行测量,并示出如下:
[0107] 对于碳:0.42±0.04%;
[0108] 对于氮:1.93±0.16%。
[0109] 3°)测试例c
[0110]在该测试例中,使用摩尔比(U/U+Th)等于0.35的硝酸铀酰和硝酸钍的溶液。
[0111] 该溶液通过已知浓度的硝酸铀酰的母液和硝酸钍的母液来制备。对每个母液的所 需体积进行采样,以便得到所需的摩尔比(u/u+Th)。
[0112] 在与测试例a)相同的条件下,对该溶液进行处理,其中,使用相对于铀的相同的系 数Φυ和相对于钍的相同的系数φ?,从而,该测试例待加入的甘氨酸的量为0.35*[ (10/9)* 1·7]+0·65*[(20/9)*0·54]。
[0113] 燃烧的产物为粉末,通过X射线衍射分析表明该粉末是式(11〇.351'11().65)〇2+\的固溶 体,X为〇至0.25(参见图1的曲线d))。
[0114] 4°)测试例d
[0115] 在该测试例中,使用摩尔比(U/U+Th)等于0.5的硝酸铀酰和硝酸钍的溶液。
[0116] 该溶液通过已知浓度的硝酸铀酰的母液和硝酸钍的母液来制备。对每个母液的所 需体积进行采样,以便得到所需的摩尔比(U/U+Th)。
[0117] 在与测试例a)相同的条件下,对该溶液进行处理,其中,使用相对于铀的相同的系 数Φυ和相对于钍的相同的系数φτ?χ,从而,