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

Радиационные и коррозионные эффекты тория - 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

РАДИАЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ

Радиационные эффекты тория, рассматриваемые ниже, можно разделить на радиационные эффекты металлического тория и его сплавов и радиационные эффекты смешанных керамических соединений.

  1. Влияние облучения на металлический торий и его сплавы.


Pic. 9.19. Зависимость глубины выгорания смешанного топлива (Th, UK>2 и (Th, PuX>2 от отношения объемов замедлителя и топлива в реакторах типа CANDU
Рис. 9.20. Зависимость глубины выгорания твэлов из смешанного оксидного топлива (Th, UK>2 и (Th, РиКb от отношения объемов:
---------  - результаты, полученные Кэролем;------------------------------------ результаты Думлэка и
Весткота; — ------------ результаты Думлэка и др.

Металлический торий имеет FCC-кристаллическую структуру в условиях рабочих температур в реакторе и характеризуется незначительной размерной и объемной нестабильностью в отличие от поведения под облучением урана и плутония. Основная причина радиационной стабильности тория связана с изотропностью его кристаллической структуры, которой не обладают ни U, ни Pu. При облучении металлического тория и его сплавов, однако, наблюдается увеличение предела текучести, предела прочности, модуля упругости и твердости (в терминах удлинения и уменьшения площади поперечного сечения).

  1. Влияние облучения на смешанные керамические соединения. Радиационные эффекты в чистых керамических соединениях, таких как ThO2, ThC и ThN, имеют небольшой практический интерес. Большой интерес для проектирования реакторов представляют радиационные эффекты в смешанных керамических соединениях: (Th, U)O2, (Th, U) С, (Th, U)N, (Th, Pu)O2, (Th, Pu)C и (Th, Pu)N.

В проектах тяжеловодных реакторов существует два направления: канальные реакторы типа CANDU и корпусные реакторы под давлением типа PHWR. Для торий-уранового топливного цикла и модифицированного торий-уранового топливного цикла тяжеловодных реакторов предполагается отказ от процесса обогащения топлива по 235U (что исключает затраты на разработку технологии и строительство обогатительных заводов). В торий-урановом топливном цикле обычно рассматривается сочетание:  ThO2233UO2-D2O, ThO2233UO2-H2O или H1O2235UO2 —D2О, ThO2-235UO2-H2O. На рис. 9.19, 9.20, представлена оценка зависимости глубины выгорания от отношения объемов кг*м3 /топл тяжеловодного реактора типа CANDU для следующих комбинаций: ThO2235UCb —D2О, ThO2235UO2 —D2О и ThO2-239Pu-D2O (здесь гзам и гтопл — объемы замедлителя и топлива соответственно).

Рис. 9.21. Расчетная зависимость допустимого флюенса нейтронов от доли внутреннего покрытия микротоплива (полная толщина покрытия равна 1/3 диаметра топливного керна)

Видно, что расчетные значения глубины выгорания канальных тяжеловодных реакторов типа CANDU больше, чем корпусных реакторов при тех же обогащениях 233U и 239Pu.

Для высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов или конверторов часто рассматривается микротопливо на основе оксидов (Th, U)O2 и карбидов (Th, U)C, имеющее покрытие в виде пиролитического углерода и хорошо удерживающее газовые осколки деления. Целостность такого топлива изучалась на экспериментах [21—24]. Теоретический анализ и результаты экспериментов показали, что радиационная стабильность и работоспособность микротоплива обеспечивается по крайней мере двумя покрытиями топливных частиц: плотным внешним слоем для основных продуктов деления и внутренним споем с меньшей плотностью для защиты внешнего покрытия от бомбардировки осколками деления и создания пространства для сбора газовых осколков и компенсации распухания топливных частиц. Для изучения характеристик микро топлива в дополнение к радиационным результатам были разработаны аналитические модели. На рис. 9.21 приведены оценки зависимости допустимого флюенса топливных элементов от отношения толщины внутреннего покрытия к толщине внешней оболочки для трех соотношений торий — уран: 7:1, 3:1 и 0:1. Наблюдается увеличение кампании твэлов примерно в 2 раза при толщине внутреннего покрытия 60-70% общей толщины двойного покрытия по сравнению с кампанией твэлов HTGR или AGR, где толщина внутреннего слоя не превышает 20-30%.

КОРРОЗИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ

Коррозионному поведению сырьевых материалов в торий-урановом или усовершенствованном торий-урановом циклах уделяется серьезное внимание.
Оксид тория в воздухе при низких температурах образует защитную пленку. При высоких температурах пленка трескается и окисление развивается линейно в соответствии с ростом температуры (тепло выделяется за счет реакции окисления). Линейная зависимость скорости коррозии от температуры меняется на параболическую при температуре около 1150 °С, что часто называют параболическим законом коррозии [26].

Рис. 9.22. Окисная коррозия карбидного (90% Th - 10% U)C топлива в сыром воздухе

Торий имеет низкую коррозионную стойкость в воде при любых температурах. Реакция окисления образует при температуре примерно 100 °С плотную окисную пленку. При температурах в диапазоне 150— 350 °С пленка быстро растет на поверхности тория, затем трескается и разрушается, что резко увеличивает скорость коррозии на свежей поверхности металла, находящегося в контакте с водой.
Торий имеет хорошую коррозионную стойкость по отношению к большинству жидких металлов, таких как Li, Na, К, вплоть до температур 900 °С. Увеличение коррозии не наблюдается до 600 °С. При низкой температуре скорость коррозии смешанных керамических торие- вых соединений ведет себя по-разному. Соединение (Th, U)Bet3 долгое время почти не взаимодействует с воздухом. Торий-урановые монокарбиды (Th, U) С и дикарбиды (Th, U)C2 бурно взаимодействуют с влажным воздухом и образуют полувязкий оксидный порошок. Скорость коррозии ThC и (Th, Ц)С много выше, чем у UC или PUC. Для сравнения на рис. 9.22 показано окисление (Th0.9U0.1)C в сыром воздухе при различных температурах. Здесь привес смешанного карбида представляет собой невязкий огненый порошок [16]. Видно, что экспериментальные значения скорости коррозии растут с увеличением температуры.



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