13.6. Получение монокарбида плутония.

Методы получения монокарбида плутония идентичны методам получения монокарбида урана. Получение PuC методом карбидизации диоксида плутония проводят как в вакууме, так и в атмосфере инертного газа – аргона.

При проведении синтеза PuC особенно важно получить хорошо перемешанную шихту из PuO₂ и C. Для этого используют вибромельницу с шарами.

Полученную смесь прессуют в шашки при давлении (2,5-3,0)^.10⁸ Па для получения хороших контактов между компонентами смеси и требуемой пористости шашек.

Карбидизацию в вакууме проводят при 1400-1650С. Получаемый в этих условиях PuC содержит не менее 15% Pu₂C₃ . Наблюдается существенное различие по составу карбида в центре и по краям шашек. Это обусловлено тормозящим действием выделяющегося CО в центре шашки, с одной стороны, и разложением монокарбида плутония на Pu₂C₃ и Pu на периферии шашки при высокой температуре, с другой стороны. Металлический плутоний образуется также в процессе карбидизации в качестве промежуточной фазы. Потери за счет испарения металлического плутония могут превышать 1%.

Удовлетворительные условия были получены при проведении процесса в среде инертного газа при атмосферном давлении, табл.3.

Таблица 3.

Состав PuC, полученного карботермическим методом в аргоне.

Т, С	Время, ч	Состав карбида, %
		PuC	Pu2C3	PuO2
1500	1	80	-	20
1550	1	95	следы	следы
1550	0,5	95-100	следы	-

Получаемый конечный карбид плутония содержит меньше примесей полуторного карбида плутония. Также снижаются потери за счет испарения металлического плутония до 0,1-0,2%.

Монокарбид плутония может быть также получен при взаимодействии металлического плутония или его гидрида с углеродом. Металлический порошок Pu обладает высокой активностью и требует осторожного обращения.

При гидрировании плутония образуется крупный порошок, который необходимо дополнительно измельчать перед проведением реакции с углеродом.

В смесь гидрида плутония с углеродом вводят связующую добавку 1,5% раствора парафина в бензине в количестве 3-6%.

Шихту дополнительно перемешивают и брикетируют при давлении (3-6)^.10⁸ Па.

Карбидизацию проводят при 900-1200С, оптимальная температура синтеза - 1000С. Получаемый продукт содержит не более 10% Pu₂C₃.

Карбидизацию порошка плутония или его гидрида можно также проводить в присутствии углеводородов: метана, пропана, бутана при 700-800С. Получаемый мелкий порошок не требует дальнейшего размола на стадии приготовления сердечников из карбида плутония.

13.7. Изготовление сердечников твэлов из PuC.

Для реакторов на быстрых нейтронах основной интерес представляет смешанное топливо на основе карбида урана и плутония, поэтому карбид плутония мало используется для изготовления сердечников твэлов. Тем не менее, режимы изготовления были апробированы и на индивидуальном карбиде плутония.

Тонкоизмельченный порошок PuC смешивали с раствором парафина в бензине и прессовали таблетки при давлении (4-10)^.10⁸ Па. Полученные таким образом таблетки спекали в вакууме при 1500-1600С. Достигнутая плотность спеченных таблеток составляла 91,5 – 95,8 % от теоретической.

Лучшие результаты были достигнуты при добавлении в исходную шихту никеля в качестве активатора. Для этого предварительно получали сплав плутония с никелем, который затем гидрировали и подвергали карбидизации с углеродом. Полученный карбид измельчали, прессовали таблетки и спекали в вакууме при 1600С в течение 1 часа. Достигнутая плотность таблеток составляла 95,5 – 97,6 % от теоретической.