КОРРОЗИЯ
Коррозионное поведение урана и его сплавов (урановые металлические топлива) рассматривалось в § 6.5. Экспериментальные результаты и практика показывают, что в общем случае скорость коррозии увеличивается с ростом температуры, интенсивности облучения и времени работы в данной реакторной среде.
Керамические урановые топлива значительно более стойки к коррозии, чем металлические топлива. Такие соединения, как UO2 и U3Si, могут оказывать большое сопротивление коррозии. Из опыта эксплуатации известно, что UO2 стабилен в воде и паре легководных и тяжеловодных реакторов при температурах вплоть до 320 °С. Он корродирует на воздухе и в окислительном теплоносителе (в случае разгерметизации оболочки) при высоких температурах (выше 320 °С) и интенсивном облучении. Монокарбид урана обладает плохой коррозионной стойкостью в воде, паре или содержащем кислород теплоносителе при относительно низких температурах (выше 55 С). Скорость коррозии UN очень сильно зависит от стехиометрии. Присутствие свободного урана или U2N3 отрицательно сказывается на коррозионной стойкости. В воде или паре при температурах около 100 °С защитная пленка, которая образуется на поверхности UN, постепенно теряется по мере увеличения ее толщины и растрескивания. Такое коррозионное поведение аналогично наблюдаемому на поверхности металлического топлива (см. § 6.5).
Как уже отмечалось, силицид урана U3Si имеет высокую коррозионную стойкость. Сопротивление коррозии сульфида урана US и фосфида урана UP, по-видимому, сравнимо с сопротивлением коррозии силицида урана U3Si. Эти керамические топлива относительно стабильны на воздухе (100 — 200 °С), в воде (315 °С) и в паре (чуть ниже 315 °С).
В данной химической и физической среде скорость коррозии керамических урановых топлив в общем случае зависит от температуры, интенсивности облучения и времени работы системы.
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ОХРАНА ЗДОРОВЬЯ
При обращении с металлическими и керамическими урановыми топливами и при изготовлении возникают четыре главные проблемы, касающиеся техники безопасности и охраны здоровья.
- Возможность образования критической массы из материалов, содержащих обогащенный 235U. Имеется вероятность достижения критической массы делящихся материалов, что приведет к взрыву в результате цепной реакции деления.
- Самовоспламенение и пирофорность. Порошок металлического или керамического урана может воспламеняться. Он пирофорен в процессе измельчения или изготовления.
- Токсичность тонкого уранового порошка. Попадание через органы дыхания взвешенного в воздухе тонкого порошка металлического или керамического урана опасно. Продукты распада тонкого порошка, попадаемого в организм человека через органы дыхания во время изготовления топлива или работы с ним, более вредны, чем сам уран.
- Радиационная опасность. Уран является естественным радиоактивным элементом, испускающим а-частицу. Длительное облучение а-частицами может представлять радиационную опасность при работе с массивным ураном.
Во избежание образования критической массы и самовоспламенения обогащенного урана, а также для предотвращения опасности, связанной с токсичностью и радиацией, необходимо соблюдать правила техники безопасности. При обращении с урановыми топливами и при их изготовлении нужно строго соблюдать меры предосторожности.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основными преимуществами керамических урановых топлив являются их высокая температура плавления, позволяющая эксплуатировать топливо и АЭС при повышенных температурах для увеличения теплового коэффициента полезного действия, хорошая радиационная (размерная, структурная и объемная) стабильность и высокая коррозионная стойкость в воде, паре и натриевом теплоносителе. На стадии выполнения исследовательских работ ряд керамических топлив был испытан и изучен. Карбидное UC и нитридное UN топлива показали наилучшие результаты в отношении высокой работоспособности и преимуществ при использовании в будущем. Ядерные, физические и теплофизические свойства этих потенциальных топлив превосходят соответствующие свойства UO2 — топлива современных ядерных энергетических реакторов.
