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

Коррозионные эффекты плутония - 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

Ниже рассматривается коррозия или окисление металлического плутония и смешанного керамического уран-плутониевого топлива.

Окисная коррозия металлического плутония.

Оказывается, что металлический плутоний химически более активен и более подвержен коррозионному износу, чем металлический уран при той же температуре. Он медленно окисляется в сухом воздухе при температуре 50 °С и образует защитную пленку из PuO, как и в случае с ураном, на котором при окислении образуется пленка UO. Во влажной атмосфере окисная пленка образуется быстро, а затем трескается и разрушается. При этом скорость коррозии увеличивается до предельного значения 1 мг/см2 за 1000 ч. На рис. 8.28 приведена временная зависимость скорости коррозии, получаемой как привес на 1 см2 образца за время пребывания плутония на воздухе при температуре в диапазоне 200-500 °С. При температуре приблизительно 480 °С наблюдается пирофорное воспламенение металлического плутония (в виде порошка) [32].
Соединения PuO, Pu2O3 и PuO2 могут находиться в топливе одновременно. Кристаллическая структура PuO может быть стабилизирована присутствием в растворе изоморфных соединений PuC или PuN. Действительно, CO2 в контакте с металлическим плутонием может разлагаться в СО или С2, которые образуют PuC при наличии избытка металлического плутония. Плутоний медленно реагирует с азотом при температуре выше 250 °С с образованием нитрида PuN. Аналогично плутоний взаимодействует с водородом с образованием гидридов плутония PuH2 и PuH3 при температуре выше 200 °С. Эти два гидрида плутония могут существовать в твердом растворе одновременно.

Рис. 8.28. Окисление нелегированного плутония в воздухе при высоких температурах
Водная коррозия, как и атмосферная, о которой шла речь выше, влечет за собой диффузию оксидов, карбидов, нитридов в контакте с водой при повышении температуры.
Представляет особый интерес снижение коррозии плутония при его нагревании в области фазового перехода из бета- в гамма-фазу (см. табл. 8.2). Оксиды, образующиеся в стабильной 5-фазе при температуре около 416 °С, также обладают пониженной скоростью коррозии по сравнению с a-фазой при температуре 50-75 °С.

Окисная коррозия смешанного керамического уран-плутониевого топлива.

Ниже рассматривается окисная коррозия смешанного керамического уран-плутониевого топлива (U, Pu)O2, (U, Pu)С и (U, Pu)N для усовершенствованных LMFBR. Известно, что кислород, водяной пар, CO2, N2 и H2 взаимодействуют со смешанным уран-плутониевым оксидным, карбидным и нитридным топливом при определенных условиях. Усовершенствованное топливо на основе (U, Pu)O2 обладает лучшим сопротивлением процессам коррозии и окисления в воде и кислороде по сравнению с (U, Pu) С и (U, Pu) N.
Лабораторное изготовление образцов усовершенствованного карбидного (U, Pu)С и нитридного (U, Pu)N топлив обычно производится в защитной среде. Изготовление, обращение с топливом и хранение усовершенствованного топлива, например (U, Pu)С, проводится в боксах с защитной аппаратурой из очищенного аргона или гелия, а для (U, Pu)N — в вакуумных камерах в атмосфере чистого аргона и азота. Использование усовершенствованного карбидного или нитридного топлива в реакторах LMFBR потребует разработки широкомасштабной фабрикации, устройств для обращения с топливом и его хранения.
Для разработки усовершенствованного топлива необходимо всестороннее изучение коррозии, в условиях которой смешанное карбидное и нитридное топливо взаимодействует с атмосферой или защитным газом, содержащих нормальную или повышенную концентрацию кислорода и водяного пара. Подобное изучение может дать важную информацию и оценку воздействия коррозии или окисления на свойства топливных материалов. Особый интерес при изучении коррозии и окисления представляют концентрация кислорода и водяного пара в защитном газе; концентрация кислорода в топливе; скорость внесения примесей в защитном газе; размеры частиц; удельная поверхность в процессах дробления и спекания топливного материала в чистой защитной среде; скорости коррозии и окисления топливных материалов.
В экспериментальной работе использовались дифференциальные сканирующие калориметры для контроля за температурой образцов, а также для измерения теплоты реакции нескольких типов образцов топлива из (U, Pu)С в потоке защитного газа. Содержание воздуха в защитном газе находилось в пределах от 0,19% (4- 1(Г4 O2) до 100% (20% O2) [33]. Нагревание образцов проводилось с помощью калориметра со скоростью 10 °С в минуту от 25 до 600 °С. Смесь защитного газа состояла из высокочистого аргона, гелия и воздуха, содержащего меньше 10Г2 % водяного пара.  Смешивающий трубопровод для защитного газа предназначался для подачи либо 100% инертного газа, либо смеси  воздуха с инертным газом, в которой количество воздуха колебалось от 0,19 до 100%. При этом предусмотрена возможность полного изменения состава защитного газа в камере калориметра за время от 5 с до 10 мин.
Изучение экспериментальных данных при окислении образцов топлива из (U, Pu)С или (U, Pu)N позволяет сделать следующие выводы.

  1. Образцы топливных таблеток из карбида (U, Pu)С высокой плотности, нагретые до температуры выше температуры окружающего бокса, могут вызывать изменение концентрации кислорода в защитном газе.
  2. Топливные таблетки с низкой плотностью, нагретые до 175 °С перед началом прокаливания образца, могут вызвать изменения защитного газа.
  3. Мелкий порошок (U, Pu)С, типичный материал, используемый при фабрикации таблеток с высокой плотностью, нагретый до температуры выше 250 °С, может вызвать вспышку экзотермического и быстрого окисления при температуре окружающего бокса аналогично тому, как эго происходит с UC и UN в атмосфере кислорода [34].


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