К настоящему времени изучено большое число металлических плутониевых сплавов [4-6]. Некоторые из них представляют значительный интерес. Хотя плутоний и имеет сильную тенденцию к образованию интерметаллических соединений, он тем не менее очень напоминает уран в формировании сплавов.
Рис. 8.5. Диаграмма состояния уран-плутониевых сплавов
Модуль упругости, 10+3 МПа | Плотность, г/см3 | Температура испытаний, °С | Содержание примесей, 10-6 | ||
макс. | МИН. | макс. | МИН. |
| |
90,4 | 78,7 | 19,58 | 19,28 | 31 | 975 |
90,3 | 78,3 | 19,58 | 19,41 | 31 | 1090 |
103 | 77,5 | 19,56 | 19,41 | 34 | 1540 |
97,5 | 89,2 | 19,47 | 19,05 | 34 | 1254 |
Рис. 8.6. Диаграмма состояния плутоний-ториевых сплавов
Интерес к плутониевым сплавам определяется следующими важными характеристиками или свойствами: 1) относительно малой долей Pu, требуемой для достижения условий критичности в ядерном реакторе; 2) термической и радиационной стабильностью; 3) хорошими механическими свойствами и технологичностью; 4) высокой коррозионной стойкостью; 5) положительным влиянием разбавляющего сырьевого компонента с точки зрения воспроизводства.
На рис. 8.5—8.8 представлены фазовые диаграммы или диаграммы равновесия бинарных систем (сплавов): Pu—U; Pu—Th; Pu—Al и Pu— Fe соответственно.
Рис. 8.7. Диаграмма состояния сплавов плутония с алюминием
Рис. 8. 8. Диаграмма состояния плутоний-железо
Фазовые диаграммы получены в основном с помощью рентгенографического, металлографического, дипатографического и термического анализов. На рис. 8.5 и 8.6 изображены диаграммы Pu—U и Pu—Th топливных систем, а на рис. 8.7 и 8.8 — фазовые диаграммы Pu—Al и Pu—Fe. В уран-плутониевых топливных системах содержание делящегося Pu обычно не превышает 20% (по тяжелым атомам).
Направление, связанное с изучением двойных и тройных сплавов, таких как U—Pu—Th, U—Pu—Al или U—Pu—Fe, можно рассматривать как развитие металлического топлива, конкурирующего с керамическими видами топлив. При разработке топлива для LMFBR металлическое топливо имеет главное преимущество — большие коэффициенты воспроизводства и более короткие времена удвоения, чем в реакторах на керамическом топливе.
