Стартовая >> Архив >> Генерация >> Материалы ядерных энергетических установок

Монокарбид урана - Материалы ядерных энергетических установок

Оглавление
Материалы ядерных энергетических установок
Ядерная энергия и материалы
Легководный реактор LWR
Тяжеловодный реактор HWR
Реактор типа LMFBR
Перспективы использования термоядерной энергии
Радионуклидное производство энергии и ее использование
Требования, предъявляемые к выбору ядерных материалов
Свойства реакторных материалов
Анализ специфических свойств материалов при их выборе для ядерных реакторов
Выбор материалов и анализ конструкции с помощью ЭВМ
Компоненты и материалы ядерных реакторов деления
Ядерные топливные материалы
Конструкционные материалы
Материалы органов регулирования, теплоносители
Материалы защиты, системы аварийной защиты
Атомная электростанция (с реактором деления)
Фундаментальные радиационные явления в материалах
Радиационное повреждение нейтронами
Влияние облучения на реакторные материалы
Влияние облучения на физические свойства материалов
Влияние облучения на механические свойства материалов
Влияние облучения на коррозию, свелинг
Отжиг радиационных повреждений, влияние облучения на свойства при низких температурах
Металлический уран
Коррозия урана
Сплавы урана
Влияние облучения на урановое топливо
Керамический уран
Диоксид урана
Радиационное распухание оксидного топлива
Радиационная ползучесть оксидного топлива
Выделение газообразных продуктов деления из оксидного топлива
Монокарбид урана
Нитрид, силицид и сульфиды урана
Коррозия керамического урана, техника безопасности
Плутоний
Металлические сплавы плутония
Керамические соединения плутония
Смешанное керамическое уран-плутониевое топливо
Коэффициент воспроизводства, избыточный коэффициент и время удвоения плутония
Радиационные эффекты плутония
Коррозионные эффекты плутония
Меры безопасности при работе с плутонием
Торий
Свойства тория
Получение и сплавы тория
Керамические соединения тория
Радиационные и коррозионные эффекты тория
Радиоактивный распад в торий-урановом топливном цикле
Конструкционные материалы: металлы
Конструкционные материалы: бериллий и его соединения
Конструкционные материалы: магний
Конструкционные материалы: алюминий
Конструкционные материалы: цирконий
Конструкционные материалы: нержавеющая сталь и никелевые сплавы
Конструкционные материалы: керамика и керметы
Влияние облучения на конструкционные материалы
Коррозия конструкционных материалов
Материалы замедлителя и отражателя
Графит
Материал бланкета
Материал теплоносителя
Материалы систем регулирования, защиты и аварийной защиты
Защита реактора
Системы аварийной зашиты реактора и используемые в них материалы
Материалы в топливных циклах, процессах обогащения и переработки топлива
Обогащение топлива
Переработка топлива
Материалы, используемые в процессах переработки отработавшего топлива
Переработка ядерного топлива
Топливные материалы, участвующие в U-Pu-топливном цикле
Тепловыделяющие элементы
Связующий материал твэлов
Материалы, применяемые при изготовлении твэлов
Каналы для теплоносителя и системы трубопроводов
Корпуса реакторов под давлением
Радиационные эффекты при работе материалов ядерного топлива и конструкционных материалов
Коррозия и трещины материалов твэлов, коррозия каналов теплоносителя
Образование коррозионных и усталостных трещин и течей в каналах для теплоносителей, трубопроводах
Материалы радионуклидных генераторов энергии и термоядерных реакторов
Радионуклидное топливо
Материалы оболочек, материалы и теплоносители радионуклидных генераторов
Концептуальные проекты термоядерных реакторов
Компоненты и материалы термоядерных реакторов
Материалы для изготовления магнитной системы и системы безопасности термоядерных реакторов
Взаимодействие материалов с первой стенкой термоядерного реактора
Материалы первой стенки термоядерного реактора и влияние на них облучения

МОНОКАРБИД УРАНА, КАРБИДНОЕ ТОПЛИВО
Существуют три карбида урана: UC, U2C3, UC2, которые можно рассматривать как карбидное топливо. Среди них наибольший интерес представляет монокарбид урана UC. По сравнению с металлическим урановым топливом и оксидным урановым топливом, которые используются в настоящее время, UC часто считается идеальным потенциальным топливом для ядерных реакторов деления.
UC имеет изотропную гранецентрированную кубическую структуру (типа NaCl) и не обнаруживает фазовых превращений вплоть до температуры плавления. Он характеризуется более высокой плотностью атомов урана и более высокой теплопроводностью, чем UO2. Так же, как и в случае UO2, температура плавления, объемная плотность и теплопроводность UC главным образом зависят от методов порошковой металлургии, атмосферы и температуры спекания и технологии производства карбидного топлива. Благодаря более высокой плотности атомов урана и более высокой теплопроводности применение UC вместо UO2 может позволить: укрупнить тепловыделяющие элементы, что желательно для снижения стоимости их изготовления, увеличить плотность энерговыделения или повысить уровень удельной мощности и сократить размеры оборудования первых контуров ядерных реакторов, такого как корпус реактора, система трубопроводов и т.д. Кроме того, твэлы с UC должны обладать хорошей термической ирадиационной стабильностью. Топливные таблетки из UC подвержены небольшому растрескиванию и характеризуются умеренными радиационным распуханием и выделением газообразных продуктов деления.

  1. Изготовление топлива. Исходными материалами для приготовления UC являются металлический уран или диоксид урана (см. § 6.3). Порошок UC может быть получен: 1) методом восстановления UO2 графитом в вакууме при температурах 1800—1900 °С; 2) в результате взаимодействия порошка металлического урана с газообразным углеводородом (метаном) для науглероживания через гидрид при температуре около 650 °С (непосредственное получение порошка UC; 3) в результате взаимодействия порошкообразных урана и углерода при температурах выше 1150 °С. Для получения компактных образцов плотностью 85% теоретической спрессованные порошки, полученные методами 1 или 2, должны спекаться при температурах 1800—2000 °С. С уменьшением размера частиц порошка UC температура спекания снижается до 1800 С. Монокарбид урана быстро окисляется на воздухе. Тонкий порошок UC пирофорен. Поэтому при работе с UC необходимо проявлять осторожность и все операции выполнять в защитной атмосфере (например, в перчаточном боксе). Спекание UC также необходимо осуществлять в защитной атмосфере (аргон или вакуум). Топливные таблетки UC можно изготовить из порошка стандартными методами холодного прессования и спекания. Процесс изготовления карбидного топлива обычно называется процессом карботермического восстановления.
  2. Физические, теплофизические и механические свойства. Монокарбид урана представляет собой хрупкий материал, на что указывает его твердость (рис. 7.19), но имеет высокую прочность (такие свойства характерны для облученного конструкционного материала, см. §5.9). Высокая теплопроводность является главным преимуществом карбидного топлива. Ниже приведены основные физические, теплофизические и механические свойства моно карбида урана:


Рис.  7.19. Зависимость изменения твердости по Виккерсу Ну урановых карбидных топлив от содержания углерода в них
Рис.  7.20. Зависимость теплопроводности UC от температуры
Параметр решетки (25 С), А............................................... 4,961
Точка плавления, °С............................................................ Около 2400
Коэффициент теплопроводности (45 °С), Вт/(см-К) 0,327
Коэффициент термического расширения (25 —
1000 °С). ос1..................................................................... 10"*
Теплота образования (25 °С), Дж/моль.............................. 117 000
Модуль упругости, ГПа...................................................... 45
Предел текучести (деформация 0,2%), МПа...................... 7-9
Предел прочности (при изгибе, 25 °С), МПа..................... 13
Предел прочности на сжатие (параллельно направлению прессования), МПа 900

Из результатов, полученных в двух лабораториях [21, 22], следует, что твердость карбидных топлив увеличивается с повышением в них содержания углерода (графита). Приведенные экспериментальные результаты по твердости, а также данные по механической прочности и пластичности свидетельствуют о хрупкости карбидного топлива.
Из рис. 7.20 следует, что теплопроводность карбидного топлива быстро падает с ростом температуры до 750 °С (теплопроводность оксидного топлива изменяется аналогичным образом). При увеличении температуры выше 750 °С теплопроводность несколько повышается. Показанная кривая построена по экспериментальным результатам определения теплопроводности UC, приведенным в табл. 7.2.
Таблица 7.2. Теплопроводность UC

Таблица 7.3. Сравнение некоторых физических, теплофизических и механических свойств UO2 и UC

Сравнение некоторых наиболее важных физических, теплофизических и механических свойств UO2 и UC приведено в табл. 7.3.
Из табл. 7.3 видно, что важные физические, теплофизические и механические свойства UC лучше свойств UO2.



 
« Магнитный фильтр-сепаратор в схеме очистки производственного конденсата   Метод определения параметров тепловой изоляции паротурбинных блоков ТЭС »
электрические сети