N-01-tisncm-3 Паспорт совместного российско-американского проекта

Вид материала

Документы

Содержание Основанием для открытия проекта Основанием успешной реализации 5. Новизна, описание конкурентных преимуществ, результатов 6. Кто является потенциальным потребителем результатов 7. Где, когда и какой эффект, в т.ч. экономический, ожидается от использования результатов проекта Впервые для получения радиоактивных изотопов Российский участник Российский участник 2 Российский участник 4 Российский участник 4: НИАР, Димитровоград. 9. Описание вклада каждой организации в итоговый результат Argonne National Laboratory 11. Потенциальные иностранные участники проекта, которые могли бы внести существенный результат в итоговый результат 12. Краткая предыстория формирования проекта 13. Предварительный план подготовки и реализации проекта (основные вехи) по каждой организации, включая координационные мероприя

Подобный материал:

• N-01-tisncm-2 Паспорт совместного российско-американского проекта, 87.7kb.
• N-04-griem-1 Паспорт совместного российско-американского проекта, 128.11kb.
• I-5-msuce-1 Паспорт совместного российско-американского проекта, 111.75kb.
• N-09-tips ras-1 Паспорт совместного российско-американского проекта, 125.92kb.
• Создание совместных предприятий на базе интегрированных структур опк россии и их участие, 10.59kb.
• Программа шестого совместного заседания Российско-Арабского Делового Совета, 113.14kb.
• Российско-американский саммит лидеров институтов гражданского общества 6-7 июля 2009, 977.62kb.
• Методическое представление Введение. Методический паспорт учебного проекта. Осуществление, 257.36kb.
• Отчет о поездке рабочей группы рии в рамках совместного международного проекта темпус, 643.52kb.
• Консультационный центр по вопросам образования в США при поддержке Госдепартамента, 44.36kb.

N-01-TISNCM-3

Паспорт совместного российско-американского проекта


1. Название

Разработка технологии высокотемпературного высокоплотного топлива на основе карбонитридных наноструктурированных соединений урана для транспортных энергетических устройств и производства моноизотопов в целях радиационной медицины и приборов контроля


2. Аннотация

Цель проекта - оптимизация структуры и разработка технологии высокотемпературного высокоплотного топлива на основе карбонитридных наноструктурированных соединений урана для транспортных энергетических устройств и эффективного производства короткоживущих моноизотопов в целях радиационной медицины и приборах контроля аэропортов и инженерных сооружений.

Предмет разработки - Развитие технологий, производства и аттестации высокотемпературного высокоплотного топлива на основе карбонитридных наноструктурированных соединений урана.

Предлагается разработка технологии перспективного высокотемпературного высокоплотного топлива на основе карбонитридных соединений урана для использования в твэлах транспортных энергетических устройств и газоохлаждаемых реакторов, а также для протонной генерации короткоживущих моноизотопов и эффективного производства радионуклидов в целях радиационной медицины.

Задачи – оптимизация структуры и разработка технологии высокотемпературного высокоплотного топлива на основе карбонитридных наноструктурированных соединений урана для транспортных энергетических устройств и эффективного производства короткоживущих моноизотопов в целях радиационной медицины.

• В качестве топливного материала предлагаются наноструктурированные высокоплотные высокоткмпературные топливные композиции на основе твёрдых растворов U – Zr – Ta - C -N с рабочей температурой до 2500 К и гидростатической плотностью не менее 12,7±0,2 г/см³, содержанием урана до 11г/см³ и общим количеством примесей.– не более 0,5% масс.
  
• Таким образом, эксплуатационные характеристики предлагаемого топливного материала превосходят все известные аналоги по всем параметрам применения в вышеуказанных областях, как для использования в твэлах транспортных энергетических устройств космического применения, так и в твэлах регионального назначения энергетических ядерных газоохлаждаемых реакторов, а также в производстве мишеней с более эффективным (пятикратным превышением по эффективности генерирования изотопов) получением особочистых изотопов для радиационной медицины и для приборов контроля в аэропортах и инженерных сооружениях.
  

Основанием для открытия проекта являются следующие проблемы, решение которых может быть реализуемо на общей научно-технической базе:

- проблема увеличения ресурса эксплуатации реакторных установок в ядерной энергетике;

- проблема обеспечения радиационной медицины «чистыми» короткоживущими изотопами.

Основанием успешной реализации данного проекта является наличие базовых условий для разработки:

Техническая база;

Квалификация сотрудников и опыт в направлении разработки;

Успешные результаты проведённых исследований по созданию высокоплотного высокотемпературного топлива с улучшенными физико-механическими свойствами, увеличенной плотностью, повышенной до 2500К рабочей температурой, а также по совершенствованию структуры ( снижению размера зерна) и состава композиций, как для топливных композиций, так и по улучшению эффективности генерации моноизотопов мишеней.


3. Описание предполагаемых результатов реализации проекта

3.1. Будут разработаны высокоплотные высокотемпературные топливные композиции на основе твёрдых растворов U – Zr – Ta - C -N с наноструктурами с рабочей температурой до 2500 К для газоохлаждаемых реакторов космических энергоустановок и для использования в твэлах транспортных энергетических устройств и газоохлаждаемых реакторов, а также для протонной генерации короткоживущих моноизотопов и эффективного производства радионуклидов в целях радиационной медицины..

3.2. Наноструктурированные высокоплотные топливные композиции должны иметь следующие характеристики:

• материал на основе высокоплотного соединения типа U – Zr – Ta - C -N;
  
• содержание урана в композиции 11г/см³;
  
• плотность гидростатическая до 12,7±0,2 г/см³;
  
• общее количество примесей.– не более 0,5% масс.
  
• диаметр таблетки до 13 мм;
  
• толщина таблетки от 0,5мм;
  

3.3. Будут изготовлены не менее 3х партий топливных композиций с вышеуказанными характеристиками для реакторных испытаний.

3.4. Будут изготовлены мишенные диски с повышенной эффективностью генерации короткоживущих моноизотопов для радиационной медицины с целью решения следующих задач:

3.4.1. Мишенные диски должны обеспечить стабильную эмиссию генерируемых изотопов из материала мишеней на основе высокотемпературных урановых соединений при температуре Т  2500 К в течение не менее трёх месяцев непрерывной работы;

3.4.2. Будет разработана теплоизоляция для набора мишеней с эффективной теплопроводностью ≤ 3 Вт/м^.K при 2500 К без использования материалов, содержащих кислород;

3. Предлагаемые конструктивные и технологические решения для мишеней будут проверяны на отечественных протонных генераторах (ПИЯФ), а также в одном из зарубежных центров, например, в CERNе.
   

4. Будут проведены маркетинговые исследования по формированию заказов на производство и поставку продукции по разработанной технологии.
   

3. Наиболее близкие по тематике проекты в мире, реализующиеся в настоящее время.
   

4.1. Президентская программа по созданию транспортно-энергетического модуля для выработки электроэнергии мощностью 1МВт. - ФГУП «НИИ НПО «ЛУЧ» участвует в проекте по «Разработке эскизного проекта твэла активной зоны реактора для ЯЭДУ мегаваттного класса»

4.2. ПИЯФ (Петербургский Институт Ядерной Физики РАН) Санкт-Петербург - исследование эффективности генерации моноизотопов для радиационной медицины композиций на основе карбида урана.

4.3. Исследование топливных композиций в INSPT, Университет Флорида.

5. Новизна, описание конкурентных преимуществ, результатов

Превосходство свойств и эксплуатационных характеристик предлагаемых композиций над имеющимися аналогами несомненно:

-достижение высокой плотности до 12,7±0,2 г/см³

-высокого содержания урана 11г/см³

-высокой рабочей температуры до 2500К

- увеличенной до пятикратной генерации «чистых» моноизотопов – за счёт совершенствования структуры и состава композиций.


6. Кто является потенциальным потребителем результатов

6.1. Потенциальными потребителями на топливные композиции с 2-кратно увеличенным выгоранием являются АЭС.

6.2. Потенциальными потребителями на топливные композиции с 5-кратно увеличенным генерированием короткоживущих изотопов являются Центры протонных ускорителей в России, США, в странах Евросоюза ( для радиационной медицины и приборов контроля аэропортов и инженерных сооружений) и, соответственно, онко-центры терапии и диагностики.


7. Где, когда и какой эффект, в т.ч. экономический, ожидается от использования результатов проекта

Ожидается, что предлагаемый цикл работ позволит:

7.1.1. Разработать топливные высокоплотные высокотемпературные композиции на базе карбида урана с наноструктурированием, которые обеспечят повышенную ресурсную стабильность и работоспособность и, по крайней мере, удвоят процента выгорания урана.

7.1.2 Создать опытно-промышленное производство топлива и твэлов повышенного (до 2 раз) выгорания топлива, что почти в 2 раза уменьшает затраты на обращение с отработанным ядерным топливом (ОЯТ), и , соответственно, снижает относительную стоимость электроэнергии АЭС на 25 %;

7.1.3. Разработать, аттестовать и испытать топливные композиции и ТВЭЛы для реакторов космической энергетики и регионального энергоснабжения;

7.2.1. Оптимизировать структуру и создать производство мишеней протонной генерации короткоживущих изотопов для медицинской практики с повышенной эффективностью получения изотопов, превышающей в 5 раз производительность действующих аналогов.

7.2.2. Обеспечить эффективную работу генераторов короткоживущих изотопов в центрах протонных ускорителей в России, США, в странах Евросоюза, в том числе для радиационной медицины и приборов контроля аэропортов и инженерных сооружений

Опыт отработки ЯРД свидетельствует, что создание высокотемпературных топлив – это одна из ключевых задач ЯЭДУ (ядерно энергетических двигательных устройств).

Впервые для получения радиоактивных изотопов нейтроно-избыточных и нейтроно-дефицитных ядер используется мишенный материал из карбида урана высокой плотности (до 12.7 г/см³) вместо ранее используемого UC₂ низкой плотности (2.5 г/см³), что позволит в несколько раз повысить эффективность применяемых мишенно-ионных устройств на работаю-щих и строящихся в настоящее время ИЗОЛ системах (систем генерации изотопов on -line).

Уникальность данного проекта состоит еще и в том, что используемый карбид урана высокой плотности в настоящее время изготавливается только в России, во ФГУП «НИИ НПО «ЛУЧ».

8. Предполагаемые организации – участники консорциума по профилям: научные, образовательные, бизнес. Контактная информация руководителей проекта в каждой организации и общего координатора

Российский участник 1: ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ", 142100, Московская обл., г. Подольск, ул. Железнодорожная, 24.; Генеральный директор Алексеев Сергей Владимирович, SVAlekseev@luch.podolsk.ru , приемная: тел. (495) 502-79-51, факс (495) 543-33-63

Российский участник 2: ФГУ ТИСНУМ, 142190, г. Троицк Московской обл., ул. Центральная, 7А, Директор Бланк Владимир Давыдович, vblank@tisnum.ru, тел. +7(499) 272-2313

Российский участник 3 -ПИЯФ Петербургский Институт Ядерной Физики РАН, 188300, г. Гат-чина, Ленинградская область, ул.Орлова роща, 1, Директор В. М. Самсонов, samsonov@pnpi.spb.ru, 7(81371) 300-36.

Российский участник 4: ФГУП НИФХИ им Карпова (Федеральное государственное унитарное предприятие "Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский физико-химический институт имени Л.Я.Карпова", 105064, Москва, ул. Обуха, 26.

Российский участник 4: НИАР, Димитровоград.

Американский участник 1: Арагонская национальная лаборатория. Argonne National Laboratory. 9700 S. Cass Avenue Argonne, IL 60439.

Американский участник 2: University of Florida, USA, INSPI, Gainesvill, Fl 32611-8300, Director, Anghaie@ufl.edu, tel. (352)392-1421/1227.


9. Описание вклада каждой организации в итоговый результат

1. «ЛУЧ» - Впервые для получения радиоактивных изотопов нейтроно-избыточных и нейтронно-дефицитных ядер используется мишенный материал из карбида урана высокой плотности (до 12.7 г/см³) вместо ранее используемого UC₂ низкой плотности (2.5 г/см³), что позволит в несколько раз повысить эффективность применяемых мишенно-ионных устройств на работающих и строящихся в настоящее время в ИЗОЛ системах. Уникальность данного проекта состоит еще и в том, что используемый карбид урана высокой плотности в настоящее время изготавливается только в России, во ФГУП «НИИ НПО «ЛУЧ».

2.ТИСНУМ - Создание наноструктурных компонентов на основе углерода (наноалмазы, фуллерены), наноструктурирование топливных композиций, исследование и анализ свойств полученных материалов.

3. ПИЯФ - Тестирование эффективности генерации моноизотопов разрабатываемых композиций.

4. НИФХИ- Создание нанотрубок, участие в создании технологии наноструктурирования композиций и анализе полученных результатов.

5 . Argonne National Laboratory -Коммерциализация результатов.

6 . INSPI - Участие в разработке и тестировании композиций.


10. Преимущества от участия иностранных организаций

Участие иностранной организации органично дополняет технологический вклад российских участников, создавая, таким образом, уникальное конкурентное преимущество.


11. Потенциальные иностранные участники проекта, которые могли бы внести существенный результат в итоговый результат

К потенциальным участникам проекта следует отнести следующие международные научные центры:

Брукхейвенская национальная лаборатория. Brookhaven National Laboratory. National Synchrotron Light Source II. P.O. Box 5000. Upton, NY.

Исследовательский центр Стэнфорда. Stanford Accelerator Center, SLAC National Accelerator Laboratory 2575 Sand Hill Road, Menlo Park, CA 94025-7015Стэнфорд, США

INSPI, Университет Флорида, США.


12. Краткая предыстория формирования проекта

В ФГУП «НИИ НПО «ЛУЧ» разработаны технологии новых видов высокотемпературных керамических ядерных топлив, конструкционных материалов, компактных замедлителей из гидридов циркония и иттрия, биологической защиты из гидрида титана, бериллиевых отражателей и разнообразные конструкции высокотемпературных тепловыделяющих элементов (твэл) и сборок на их основе.
На базе этих уникальных разработок созданы и испытаны опытные образцы космических ядерных энергетических установок (ЯЭУ) с термоэмиссионным преобразованием ядерной энергии в электрическую, не имеющие аналогов в мире; реакторов для ядерных ракетных двигателей (ЯРД), превосходящих по основным характеристикам зарубежные образцы и металлооптики для лазерных установок различной мощности.

Следует также отметить такое направление деятельности ФГУП «НИИ НПО «ЛУЧ» совместно с ФГУ ТИСНУМ, как разработка композиционных материалов топливных сердечников с уникальными свойствами. Применение сферических керамических частиц из диоксида, карбида, нитрида и карбонитрида урана и др. с металлическими (вольфрам, молибден, хром, сплавы никеля, циркония) и керамическими (пироуглерод, карбиды кремния, циркония) покрытиями, нанесенными различными методами (газофазные, электрохимические, испарение—конденсация, магнетронные и др.), и последующее их формование с использованием различных схем приложения давления позволили разработать оригинальные составы и структуры топливных сердечников, что дало возможность создать конструкции дисперсионных твэлов для ядерных реакторов различного назначения с жидкометаллическими и газовыми теплоносителями, в том числе уран-графитовых твэлов для высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов (ВТГР).


13. Предварительный план подготовки и реализации проекта (основные вехи) по каждой организации, включая координационные мероприятия


Срок реализации проекта 2011-2013 гг.

№ п/п	Наименование	Срок выполнения	1 «ЛУЧ»	2 ТИСНУМ	3 ПИЯФ	4 НИФХИ	5 НИАР	6 INSPI	5 ANL
1	Составление и согласование плана работ, финализация проекта	30.12.2010 – 30.06.2011	Совместно с 2 и 3	Совместно с 1 и 3	Совместно с 1	Совместно с 1 и 2	Совместно с 1	Совместно с 1	Совместно с 1 и 2
2	Разработка состава и структуры перспективных топливных композиций	30.06.2011 – 30.06.2012	исполнитель	исполнитель	исполнитель
3	Оптимизация и тестирование свойств перспективных топливных композиций	01.09.2012- 31.12.2013	исполнитель	исполнитель	исполнитель
4	Изготовление партий композиций для аттестации	01.09.2012- 31.12.2013	исполнитель
5	Аттестация топливных композиций	01.09.2012- 31.12.2013	исполнитель		исполнитель
6	Петлевые испытания						исполнитель
7	Уточняется в процессе п.1

14. Объем финансирования (существующий и необходимый), включая предполагаемые источники и объемы софинансирования


Общий необходимый объем финансирования: $25 000 000

В том числе из средств Американского участника: $ 12 500 000

В том числе из средств Российского участника: $ 12 500 000