Уран химически активен и реагирует при комнатной температуре с воздухом, кислородом, водородом, водой, парами воды и другими реагентами. При взаимодействии с водой U образует стабильный оксид UO2, а при взаимодействии с водородом — гидрид урана UH3. Скорость взаимодействия между ураном и водородом при температурах, представляющих практический интерес, значительно выше скорости взаимодействия между ураном и водой. Если на поверхности урана образуется защитная платка UO2, то имеет место один тип коррозии урана в воде, а если не образуется, то другой. По мере увеличения толщины пленка UO2 может растрескиваться, отслаиваться и обнажать свежую поверхность U. На рис. 6.6 показаны различные кривые коррозии U в аэрированной дистиллированной воде [22, 23]. Когда защитная пленка не разрушается, экспериментальные кривые, полученные при температурах 50—70 °С, свидетельствуют о низкой скорости коррозии в течение длительных периодов времени. Растрескивание и разрушение пленки UO2 сопровождается повышением скорости коррозии. При температурах 80 и 100 °С защитная пленка образуется слабо и коррозия образцов происходит с постоянными скоростями.
В насыщенной водородом или обезгаженной воде коррозия при умеренных температурах протекает линейно со временем (в течение длительных периодов времени). На рис. 6.7 представлены скорости коррозии при различных температурах [22, 23].
Рис. 6.6. Коррозия U в деаэрированной дистиллированной воде: зависимость потери массы W образца от времени испытания t
Рис. 6.7. Скорость коррозии U в насыщенной водородой воде
Основной механизм коррозии связывается в большинстве случаев с гидридной реакцией. Эта химическая реакция играет существенную роль в увеличении общей скорости коррозии (оксидной и гидридной), когда продукт оксидной коррозии защищает металлическую поверхность от доступа воды. Водород, образующийся в процессе коррозии в воде, может диффундировать через продукт оксидной коррозии и приводить к быстрому взаимодействию водорода с ураном. В результате образования гидрида UH3 скорость коррозии увеличивается.
Существуют три основных класса урановых сплавов, которые, по-видимому, могут образовывать и сохранять защитную оксидную пленку при таких высоких температурах, как 350 С. К этим сплавам относятся: 1) сплавы со структурой метастабильной гамма-фазы, 2) пересыщенные а-фазные сплавы и 3) интерметаллические соединения. Экспериментальные данные показывают, что скорости коррозии этих сплавов, например сплава U с 3% по массе молибдена или интерметаллических соединений UAb, UAl3 и UAL», приемлемы в отношении эксплуатации твэлов в реакторах. Однако, как правило, скорость коррозии U и его сплавов увеличивается с ростом температуры, интенсивности облучения (радиационная коррозия) и времени пребывания в реакторной среде.
