Uraum-dioxid
Jelenleg az urán-dioxid UO2 a legelterjedtebb és legfejlettebb ipari típusú kerámia nukleáris üzemanyag az atomerőműveknél. Ezt az üzemanyagot szinte minden modern vízhűtéses reaktorban használják, beleértve a forró és nehézvíz reaktorokat, valamint a BN reaktorokat.
Az urán-dioxid egy sötétbarna anyag, amelynek nagy keménysége és törékenysége van. Nehéz sztöchiometrikus arány elérése, a készítmény az elkészítési módtól függően változhat az UO1.8-tól az UO2.3-ig. ezért néha az UO2 ± x képletben fejezik ki. Az urán egyéb oxigénvegyületeitől bomlás nélkül képes elpárologni. Üzemi hőmérséklet esetén a gőznyomás alacsony, 2360 ° C-on kb. 1 mm Hg. CT.
Az UO2 egy félvezető. A lineáris terjeszkedés hőmérsékleti együtthatója ...
a urán-dioxid 9,3 × 10 # 8209; 6 K # 8209; 1 293-373 K hőmérsékleten, és a hőmérséklet növelésével fokozatosan növekszik.
Az urán-dioxid nem reagál a vízzel és lúgok, alig oldódnak híg sósav és a kénsav, valamivel jobb - a salétromsav és elegyeinek sósavval és hidrogén-fluorid savakkal.
Az urán-dioxid fő tulajdonságai, amelyek széles körben alkalmazzák a nukleáris energiát, a következők:
a) magas olvadáspont (körülbelül 2850 ° C, U - 1135 ° C);
b) nincs fázisátmenetek az üzemi hőmérséklet tartományban;
c) kevésbé hajlamos a gázok duzzadására, mint a fémes urán és annak ötvözetei;
d) a kémiai stabilitás a hidegvegyületek és hűtőfolyadékok (víz, gőz, szén-dioxid, folyékony nátrium) felhasználásával kapcsolatos hőmérsékletek széles tartományában;
e) magas hőmérsékleten nem hat a legtöbb szerkezeti anyaggal (rozsdamentes acél, cirkónium, nióbium, alumínium, réz, molibdén stb.).
e) a nagy sűrűségű tabletták (95% felett) megszerzésének lehetősége, amely lehetővé teszi a hasadási termékek jó visszatartását;
g) nagy sugárzásállóság nagy neutronáramokban (max
10 14. integrált
10 22) a dioxid olvadáspontjához közeli hőmérsékleten;
h) az urán-dioxid izotrópiája lehetővé teszi a magas hőmérsékletű szinterezés hatékony elvégzését.
Ezek a tulajdonságok lehetővé teszik az urán-dioxid nukleáris reaktorokban történő használatát, magas hőmérsékletet és következésképpen a reaktor nagy hatékonyságát.
A sztöchiometrikus arány (UO2 ± x) feletti oxigén növekedésével a urán-dioxid hővezető képessége is csökken. A porok és a szinterezett tabletták előállításánál a készítmény a lehető legközelebb áll a sztöchiometrikus termékhez, feltételezve, hogy x értéke nem több, mint néhány század; amikor besugárzott, nem sztöchiometria elősegíti a gabona növekedését és a gáz halmazállapotú hasadási termékek felszabadulását.
1600-1700 ° C közömbös atmoszférában végzett szinterelés után az urán-dioxid jobban ellenáll a levegő oxidációjának. De még ezek a feltételek telítetlenséghez vezethetnek a levegő nedvességével és az adszorpciós telítődésével oxigénnel. Ezért a kagylókba való beágyazás előtt a kész urán-dioxid pelleteket szárításnak vetik alá, ami garantálja a nedvesség eltávolítását és az adszorbeált oxigént. A maradék nedvesség és az oxigén hozzájárul a burkolat anyagának hidratálásához és oxidációjához, és a megsemmisítéséhez és a nyomáscsökkentéshez vezethet. Vízzel való kölcsönhatás esetén a urán-dioxid sztöchiometrikus összetétele jelentősen változik, elérve az UO2.2 értéket. amely élesen csökkenti a hővezetőképességét. Ha a vízszivárgás (vízhordó) a burkolat belsejében a tüzelőanyag-elembe szivárog a tömörségen, akkor balesethez vezethet: a helyi túlmelegedés, a tüzelőanyag-rúd duzzanata és megsemmisítése.
A hátrányok urán-dioxid, mint például üzemanyag, kell a felmerülő lényeges oxigén hatására jelen benne, hogy lassú a gyors neutronok, ami néhány enyhítése a neutronspektrum a magban, és csökkenti az üzemanyag aránya reprodukció.
Urán-dioxidot használunk a tüzelőanyag-elemek formájában brikett, pellet vagy rudak, amelyek hidegsajtolással nyerhetünk majd szinterezés kemencében hőmérsékleten 1600-1700 0 C-on, inert atmoszférában. Minél magasabb a szinterezési hőmérséklet, annál nagyobb a brikettek pontossága. Jelenleg tanulmányok folynak a granuláris rezgés tömörítésén (
10-100 μm) urán-dioxid port, amelyet feltöltöttek az üzemanyagburkolatba ("hideg" eljárás). Ugyanakkor a mag sűrűsége 9 g / cm3.
Abban az esetben az üzemanyag rudak vegyes urán-plutónium üzemanyag is, például, a VVER (legfeljebb 5% PuO2-vé alakítják), vagy BN (15% PuO2-vé alakítják) keverékét UO2 és PuO2-vé alakítják legyen egységes, és előnyösen szilárd oldat. Ezt leginkább az oxalátok formájában történő együttes kicsapással érjük el, majd a kapott csapadék kalcinálása következik be.
A fém urán tulajdonságai