ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы ОКИСНОЕ ТОПЛИВО Двуокись урана из "Высокотемпературное ядерное топливо " Некоторые из этих соединений, например двуокись урана и двуокись плутония, уже широко применяются при изготовлении тепловыделяющих элементов для различных атомных реакторов во многих странах мира. Двуокись урана, в частности, используется как горючее в твэлах реактора Ново-Воронежской атомной электростанции ВВЭР и реактора ледокола Ленин . Однако, несмотря на широкое распространение окисного атомного горючего и большое количество опубликованных работ, на русском языке нет достаточно полных обзоров и монографий по технологии получения и свойствам этих материалов. В настоящей книге авторы попытались восполнить этот пробел, собрав воедино необходимые данные по опубликованным работам. [c.3] Широкие исследования развернуты в последние годы по высокотемпературному атомному топливу на основе карбидов урана и тория. В СССР успешно работает первый в мире атомный реактор Ромашка с полупроводниковыми электрическими генераторами, в котором твэлы сделаны из дикарбида урана. Дисперсионные твэлы на основе дикарбида урана в графитовой матрице использованы в нескольких исследовательских и энергетических реакторах у нас и за рубежом. Монокарбиды урана и плутония являются перспективным горючим для экономически выгодных энергетических реакторов на быстрых нейтронах с воспроизводством атомного горючего. [c.3] Другие тугоплавкие соединения урана, плутония и тория не имеют пока широкого применения, но интенсивно исследуются как весьма перспективные, поэтому авторы сочли целесообразным привести в систематизированном виде максимум возможных данных о таких тугоплавких соединениях, как нитриды и сульфиды урана и плутония. [c.3] В книге рассматриваются вопросы технологии получения соединений, их свойства и применение. Авторы надеются, что книга будет полезна для широкого круга научных работников, инженеров и конструкторов, занимающихся разработкой твэлов. [c.3] На рис. 1 сопоставлены некоторые из этих материалов по важнейшим характеристикам температуре плавления и объемной концентрации делящегося материала. Рис. 1 показывает, что наибольшие температуры плавления имеют соединения урана и тория. В зависимости от металлоида температура плавления понижается примерно в такой последовательности окислы — нитриды — фосфиды — карбиды — сульфиды — бориды — силициды. Из рис. 1 видно, что температура плавления соединений плутония существенно ниже. Эти соединения, однако, чаще всего используются в виде сплавов с соответствующими соединениями урана, что повышает их температуру плавления. Еще более важно то, что такие композиции обеспечивают воспроизводство ядерного горючего при работе реактора на быстрых нейтронах. [c.4] Авторы работы [1] считают, что исследования материалов последней группы необходимо проводить в незначительных масштабах или не проводить совсем (до выяснения возможностей материалов предыдущих групп). [c.4] Имея в виду задачу сосредоточить внимание на наиболее тугоплавком атомном топливе и учитывая перспективность плутониевого горючего, авторы рассмотрели в книге следующие соединения окислы Шз, РиОз карбиды иС, ПаСз, иСг, РиС нитриды иМ, РиМ сульфиды 115 бориды иВ , РиВ . [c.4] Торий и его соединения используются в твэлах, как правило, в сочетании с соединениями урана, поэтому отдельно не рассматриваются. [c.4] Большое значение в реакторостроении имеют твэлы дисперсионного типа, в которых частицы атомного топлива равномерно распределены в непрерывной матрице — основе из неделящегося материала. Свойствам и технологии изготовления таких материалов посвящена книга А. Г. Самойлова с сотр. [3], поэтому ниже будут рассмотрены дисперсионные материалы лишь с наиболее тугоплавкими матрицами (с температурой плавления выше 2000—2200° С). [c.5] Теплопроводность. Как следует из рис. 2, теплопроводность атомного горючего типа карбидов и нитридов лежит в области 10—30 вт/ м-град). Теплопроводность окислов при температуре 1000—2000° С существенно, примерно в 5—10 раз, ниже. [c.5] В материалах дисперсионного типа принято различать два типа структур статистическую, когда частицы компонентов распределены в материале случайным образом (например, при формировании материала из смеси порошков с одинаковой крупностью), и матричную, когда изолированные частицы одной из составляющих фаз (обычно топливной) равномерно распределены в непрерывной матричной фазе (металлической, графитовой, окисной). [c.7] Важным условием справедливости приведенных формул кроме заданного характера распределения фаз является отсутствие взаимодействия между ними. [c.7] М — структура матричного типа С — структура статистического типа рассчитано по формуле В. И. Оделев-ского. [c.8] Давление пара. Давление пара (рис. 5) и, следовательно, скорость испарения рассматриваемых соединений различаются на 4—6 порядков. Наименьшие значения найдены для дикарбида тория, наибольшие — для нитридов и соединений плутония. [c.9] Следует отметить, что оценка скорости испарения по приведенным выше формулам может быть сделана лишь для условий свободного испарения, т. е. при отсутствии влияния стенок и сконденсировавшихся продуктов испарения. В реальных условиях часто материал находится в замкнутом объеме (печь, оболочка) и условия свободного испарения не выполняются. Учесть влияние осложняющих факторов в этих случаях обычно невозможно, и необходимые данные могут быть получены лишь экспериментальным путем. [c.11] И направление реакций определяются знаком и величиной изменения изобарно-изотермического (термодинамического) потенциала. Изменение Ар при образовании рассматриваемых соединений в зависимости от температуры показано на рис. 6. [c.11] Пример. При коэффициенте диффузии 10-12 см сек и выдержке 200 ч 7 IOS сек) глубина проникновения составит около 10 мкм. [c.12] Если в зоне диффузии протекают химические реакции (образуются новые фазы), такой процесс называется химической (реакционной) диффузией. В этом случае конечный результат — образование зоны взаимодействия — является итогом отдельных элементарных собственно диффузионных процессов. Изменение глубины взаимодействия при этом формально также часто описывается приведенным выше уравнением (при К = 1), но параметр D правильнее называть коэффициентом проникновения. [c.13] Вернуться к основной статье