Уран – основное энергетическое топливо.

Основным ядерным топливом является ²³⁵U и ²³⁹Pu. В природе имеется 3 делящихся изотопа (²³⁵U, ²³⁹Pu,²³³U) и 2 сырьевых (²³²Th, ²³⁸U). В земной коре (15 км) и в морской воде находится 10¹⁴ тонн урана.

Наименование	Массовое содержание в природной руде по массе в %	T1/2(лет)
233U	0,0058	2,6*105
235U	0,7200	1,5*109
238U	99,222	4,5*109

Делящиеся ²³³U с периодом полураспада T_1/2 =2,6*10⁵лет и ²³⁹Pu с    T_1/2 =24600 лет являются искусственными, которые получаются при захвате нейтронов сырьевыми изотопами.

U - Pu - топливный цикл представляет собой следующее:

Если остается в реакторе, то тогда или .Все остальные изотопы ²⁴²Pu...²⁴⁶Pu – неделящиеся, получаются в ВВЭР-1000.

Торий- урановый топливный цикл состоит в следующем:

 

Все превращения протекают благодаря бета-распаду. В большинстве ядерных реакторов используются соединения урана в виде:

а) металлические сплавы (UPu, UAl, UMg, UMo);

б) оксидные соединения (UO₂);

в) карбиды (UC) и различные добавки.

       Концентрация ²³⁵U, необходимого для работы легководных реакторов, достигается с помощью газодиффузионных  процессов или центрифугирования.

       Газодиффузионный метод основан на разнице коэффициентов диффузии разных изотопов урана.

       Центрифугирование основано на различие масс изотопов.

Металлический уран как топливо используют в учебных и исследовательских реакторах. Возможно использование природной смеси изотопов в качестве топлива для реакторов на D₂O (тяжелая вода). Это реакторы типа Candu.

В большинстве месторождений уран содержится в крайне небольших массовых количествах (0,001%) в виде минералов: уранита UO₃ (оранжевый оксид) и урановой смолки U₃O₈ (черный оксид). В этих рудах концентрация урана по массе доводится до 50% стандартными горно-обогатительными методами:

1) дробление;

2) грохочение;

3) общавеливание (щавелевая кислота);

4) промывка;

5) флотация;

6) гравитационное разделение.

Обогатительные производства размещаются вблизи места добычи в связи с экономической необходимостью.

Физико-химические свойства урана и его соединений.

       Чистый уран – это плотный твердый серебристый металл. В свежеприготовленном виде имеет блеск, но на воздухе тускнеет вследствие образования защитной оксидной пленки UO₂.Из-за плохих механических свойств и радиационной нестабильности, а также анизотропии свойств используется в виде металлических сплавов.

Физические свойства. Кристаллографические свойства урана установлены с высокой точностью. Он имеет два фазовых превращения: при 666°С и 771°С.

 

Фаза	Область существования	r*103 кг/м3	Тип решетки
a	20°С-666°С	19,04-18,33	Орторомбическая
b	666°С-771°С	18,16-18,07	Тетрагональная
g	771°С-1130°(плавление)	17,93-17,55	ОЦК

Теплофизические свойства. Три основные теплофизические характеристики металлического урана включают в себя:

1) термическое расширение ;

2) теплопроводность или температуропроводность;

3) эффекты термического циклирования, связанные с размерной нестабильностью поликристаллического урана.

Термическое циклирование-это периодическая тепловая нагрузка материала в заданном диапазоне температуры. Аномалии термического расширения урана в заданных главных направлениях кристаллической структуры приводят к анизотропии его свойств.

С ростом температуры линейные темические напряжения в направлениях í100ý и í001ý увеличиваются, а в направлении í010ý имеет место термическое сжатие .

С ростом температуры линейное термическое расширение в направленниях í100ý и í001ý возрастает, а в направлении í010ý уменьшается

Объемное термическое сопротивление увеличивается с ростом температуры во всем интервале вплоть до температуры плавления.

Механические свойства. Чистый уран – пластичный материал. Вследствие анизотропии механические свойства зависят от ориентировки зерен, Ориентация зерен и их размер зависят от технологии изготовления и термической обработки.

Механические свойства резко зависят от количества примесей. Пределы текучести, прочности и пластичности урана изменяются в широких пределах в зависимости от ориентировки зерен и их размеров. Наилучшими свойствами обладает уран, полученный методом прессования в g-области и со структурой метастабильного твердого раствора.

Ядерные свойства.

Ядерные сечения, зависящие от энергии нейтронов, оказывают большое влияние на выбор материалов для реакторов.

Нуклид	sf(барн)	sс	sа	a=sc/sf	n	h=n/(1+a)
233U	531,1	47,7	578,8	0,0899	2,492	2,287
235U	582,2	98,6	680,8	0,169	2,418	2,068
238U	-	2,71	2,71	-	-	-
Естесвенная смесь	4,18	3,50	7,68	0,837	-	-

 

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться: