Микроскопические сечения упругого рассеяния
Pu-241
Pu-242
Pu-240
Pu-239
U-235
Th-232
U-238
U-233
Сечение
упругого рассеяния в области тепловых
нейтронов самые большие у U-238
и Pu-242
составляет примерно 50 барн, самое
маленькое у Pu-240
и составляет примерно 1 барн. У остальных
элементов значения сечений близки и
эти значения составляют примерно 7-11
барн. Резонансная область самая широкая
у U-233
и ее ширина составляет 0,9*10-5-10-1МэВ,
самая узкая - у Pu-242
с шириной 0,5*10-4
–10-3.
В области быстрых нейтронов у четных
изотопов сечения упругого рассеяния
на уровне сечений в области тепловых
нейтронов. У нечетных изотопов в области
быстрых нейтронов значения сечений
понижаются по сравнению с сечениями
для тепловых нейтронов.
Микроскопические сечения неупругого рассеяния
Pu-241
Pu-241
Pu-239
Pu-242
Pu-240
U-235
Th-232
U-238
U-233
Сечения неупругого рассеяния в области тепловых нейтронов самые маленькие у Pu-242 и U-238 и составляют 10 – 102 барн. У остальных элементов значения сечений близки и примерно равны 103 – 104 барн. Резонансная область самая широкая у U-238 с шириной 0,5*10-5 – 0,2*10-1МэВ, самая узкая у Pu-241 с шириной 10-5 – 0,5*10-3МэВ. В области быстрых нейтронов наблюдается снижение значений сечений по сравнению с сечениями в области тепловых нейтронов у нечетных элементов, а у четных элементов в области быстрых нейтронов значения сечений немного увеличиваются, не достигая значений сечений в тепловой области.
П олные микроскопические сечения
Pu-241
Pu-239
Pu-242
Pu-240
U-235
Th-232
U-238
U-233
Полные сечения в области тепловых нейтронов у нечетных изотопов составляют примерно 103 – 104 барн, у четных изотопов меньше по сравнению с нечетными изотопами и составляют примерно 10 – 103 барн. Резонансная область самая широкая у U-238 и Pu-240 с шириной примерно 10-5 – 0,2*10-1МэВ, самая узкая Pu-241 и Pu-242 с шириной примерно 10-5 – 10-3МэВ, у остальных элементов ширина резонансной области примерно 10-5 – 0,5*10-3МэВ. В области быстрых нейтронов у нечетных изотопов полные сечения значительно меньше, чем в области тепловых нейтронов и составляют 1 – 10 барн, а у четных изотопов полные сечения в области быстрых нейтронов снижаются не значительно по сравнению с тепловой областью и примерно равны 10 барн.
Требования к ядерному топливу
К ядерному топливу применяются высокие требования по химической совместимости с оболочками ТВЭЛов, у него должна быть достаточная температура плавления и испарения, хорошая теплопроводность, небольшое увеличение объёма при нейтронном облучении.
Металлический уран сравнительно редко используют как ядерное топливо. Его максимальная температура ограничена 660°С. При этой температуре происходит фазовый переход, в котором изменяется кристаллическая структура урана. Фазовый переход сопровождается увеличением объёма урана, что может привести к разрушению оболочки ТВЭЛов . При длительном облучении в температурном интервале 200—500°С уран подвержен радиационному росту. Это явление заключается в том, что облучённый урановый стержень удлиняется. Экспериментально наблюдалось увеличение длины уранового стержня в полтора раза.
К хорошим ядерным топливам относятся некоторые тугоплавкие соединения урана: оксиды, карбиды и интерметаллические соединения и в перспективе нитриды. Наиболее широкое применение получила керамика — двуокись урана UO2.
Идеального топлива не существует, но наиболее привлекательным на данный момент можно считать диоксид урана ,так как он обладает высокой температурой плавления, он менее подвержена температурному расширению, чем сплавы урана, не имеет фазовых переходов , значительно меньше подвержен коррозии и не взаимодействует с конструкционными материалами . Но низкая плотность оксидного топлива требует увеличения обогащения топлива, чтобы увеличить кампанию топлива. Низкая теплопроводность UO2 приводит к высокому уровню температур топлива и увеличению запасенной энергии в топливе. Эти недостатки оксидного топлива ограничивают возможности повышения эффективности топливного цикла и безопасности АЭС.
Вывод:
1) Исходя из теплофизических свойств, в качестве топлива предпочтительна двуокись урана, так как у нее более линейны плотность, теплоемкость, коэффициент линейного расширения и теплопроводность в достаточно широких диапазонах температур по сравнению с металлическим ураном и плутонием.
2) Нечетные изотопы хорошо делятся на тепловых нейтронах, а четные – на быстрых нейтронах. У четных изотопов больше резонансная область, по сравнению с нечетными изотопами.