- •Лекция 13. Карбидное топливо.
- •13.1. Сравнительная оценка перспективных видов топлива для реакторов на быстрых нейтронах.
- •13.2. Карбиды урана.
- •13.3. Получение карбидов урана.
- •13.3.1. Карботермический метод с диоксидом урана.
- •13.3.2. Получение uc с использованием металлического урана.
- •Газовой карбидизацией.
- •13.4. Изготовление сердечников из uc.
- •13.5. Карбиды плутония.
- •Р ис.8. Часть диаграммы состояния системы Pu – c .
- •Кристаллические структуры карбидов плутония.
- •13.6. Получение монокарбида плутония.
- •Состав PuC, полученного карботермическим методом в аргоне.
- •13.7. Изготовление сердечников твэлов из PuC.
- •13.8. Смешанные карбиды урана и плутония.
- •C атомным содержанием углерода 0 – 60 %.
- •Карбидов урана и плутония от содержания Pu2c3 в (u,Pu)2c3. - после литья; - после отжига при 1600с.
- •13.9. Получение (u,Pu)c и сердечников твэлов из него.
- •Влияние температуры спекания на плотность карбида
Лекция 13. Карбидное топливо.
13.1. Сравнительная оценка перспективных видов топлива для реакторов на быстрых нейтронах.
В настоящее время оксидное уран-плутониевое топливо полностью удовлетворяет потребности реакторов на быстрых нейтронах. Продолжающиеся работы по усовершенствованию производства и применения в реакторных установках этого вида топлива позволяют уже сейчас достигать глубину выгорания 12%, с ближайшей перспективой до 16%. Это топливо является к тому же более дешевым, чем другие композиции, а его промышленное производство хорошо освоено.
Однако экономика реакторов на быстрых нейтронах в значительной степени определяется такими показателями как значение коэффициента воспроизводства (КВ), время удвоения, глубина выгорания, объемное и линейное энерговыделение и др. Важную роль играет замыкание топливного цикла. По многим из этих показателей оксидное топливо является наименее предпочтительным, т.к. уступает по своим физическим свойствам другим его видам, в частности, карбидному и нитридному. В табл. 1 представлены сравнительные характеристики различных видов керамического топлива. Наибольшие отличия в свойствах оксидного топлива от карбидного и нитридного наблюдаются в плотности и теплопроводности.
Таблица 1.
Физические свойства оксидов, карбидов и нитридов урана и плутония.
Соединение |
Плотность, г/см3 |
Содержание делящегося элемента |
Т плав., С |
Коэфф. линейного расширения 25-1725С, 10-6К-1 |
Теплопроводность при 1230С Вт/(м.К) |
Т соотв. давлению пара 10-3 Н/м2, С
|
|
%, масс. |
г/см3 |
||||||
UO2 |
10,96 |
88,2 |
9,60 |
2805 |
12,0 |
2,5 |
1610 |
PuO2 |
11,46 |
88,3 |
10,10 |
2400 |
13,6 |
4,2** |
1550 |
Pu2O3 |
10,20 |
90,8 |
9,27 |
2220 |
- |
(14) |
- |
UC |
13,63 |
95,2 |
13,00 |
2525 |
12,0 |
22 |
1710 |
U2C3 |
12,88 |
93,0 |
11,99 |
1730 |
10,49* |
- |
- |
UC2 |
11,67 |
90,8 |
10,70 |
2450 |
17,4 |
19 |
1840 |
PuC |
13,62 |
95,3 |
12,90 |
1654 |
(13) |
(6) |
1410 |
Pu2C3 |
12,70 |
93,1 |
11,70 |
2054 |
- |
- |
- |
UN |
14,32 |
94,4 |
13,60 |
2850 |
(10,0) |
(22) |
1550 |
PuN |
12,23 |
94,5 |
13,47 |
2800 |
(12,5) |
15*** |
(1480) |
* В интервале 20-1000С; ** при 100С; *** при 200С;
Возможность создания и производства более эффективного топлива на основе карбидов и нитридов является движущей силой многочисленных исследований, начатых несколько десятилетий назад и проводимых по настоящее время.
Смешанные уран-плутониевые карбиды и нитриды позволяют вовлекать в атомную энергетику обедненный уран. Топливо на основе карбида урана было использовано в экспериментальном реакторе на быстрых нейтронах БР-5 в г.Обнинске. В реконструированном реакторе БР-10 проходит испытания нитридное топливо на основе обогащенного урана.