31. Смешанное керамическое уран-плутониевое топливо.

Оксидное(U, Pu)O₂ используется в усовершенствованных топливных элементах исследовательских и демонстрационных энергетических LMFBR. Данный вид топлива перспективен, из-за хорошо отработанной технологии фабрикации твэлов и обширного положительного опыта облучения. Однако, оно не обеспечивает достаточной избыточной наработки горючего и короткие времена удвоения.

Если исходные продукты представляют собой порошки оксидов, то процедура переработки топлива исключена. Все стадии производства выполняются дистанционно и с безопасным обогащением.

Карбидное (U, Pu)С. Производство основано на карботермическом восстановлении механической смеси диоксидов урана и плутония с графитом.

Нитридное (U, Pu)N – альтернатива усовершенствованному карбидному топливу LMFBR. Переработка и фабрикация – метод гидрино-нитридно-вакуумной дегазации. Цель – создание порошка с высокоразвитой поверхностью, который может быстро реагировать с азотом.

Карбонитридное (U, Pu)(CN). Примеси при изготовлении данного вида топлива, являются кислород и углерод. Карбид урана полностью растворим в нитриде урана и плутония.

32. Газовый теплоноситель.

Достоинства:

1. Более высокая термическая и радиационная стойкость

2. Химическая (коррозионная) пассивность (для некоторых газов).

Недостатки:

1. Низкие плотность, теплоемкость и теплопроводность и, следовательно, низкая интенсивность теплоотдачи;

2. При применении газов в качестве теплоносителей необходимо высокое давление в контуре при разумных мощностях, затрачиваемых на их прокачку.

Углекислый газ. Он имеет одно из самых малых эффективных сечений захвата тепловых нейтронов. Ионизирующее излучение приводит к разложению углекислого газа, однако величина разложения существенно зависит от параметров состояния CO2. При давлениях, близких к атмосферному, углекислый газ практически не разлагается под действием излучения. Теплофизические свойства углекислого газа весьма благоприятны по сравнению с другими газообразными теплоносителями.

Плотность и объемная теплоемкость углекислого газа больше, чем у других газовых теплоносителей, и поэтому активная зона реактора с углекислотным газовым теплоносителем оказывается более компактной. Коррозионные свойства CO2 значительно менее благоприятны, чем у гелия и азота. Воздействие углекислого газа носит окислительный характер, что обусловлено наличием в теплоносителе кислорода. Из-за интенсивной коррозии урана в углекислом газе ядерное топливо необходимо защищать от воздействия теплоносителя с помощью защитной оболочки, материал которой должен быть коррозионно-стойким в CO2.(использование сплавов магния с бериллием, сплав «магнокс», магния и церия). Нержавеющие стали обладают высоко коррозионной стойкостью в углекислом газе, но их ядерные свойства неудовлетворительны и поэтому они применяются только в реакторах на обогащенном уране.

Гелий-не горит и не поддерживает горения. В химическом отношении гелий совершенно пассивен; он не взаимодействует ни с одним из известных простых или сложных веществ, легчайший из всех инертных газов. По своим ядерным и физико-химическим свойствам гелий является одним из наиболее подходящих газовых теплоносителей - поглощение тепловых нейтронов гелием чрезвычайно мало. Плотность гелия очень мала, особенно при высоких температурах. По сравнению с углекислым газом, воздухом и азотом гелий имеет низкую объемную теплоемкость, поэтому для аккумуляции значительного количества тепла в гелии необходимо иметь большой перепад температур на выходе и входе реактора. Это представляет собой определенный недостаток гелия как теплоносителя. Гелий обладает значительно большей величиной теплопроводности, чем все другие газы.

Гелий не обладает коррозионными свойствами, однако он практически всегда содержит некоторые агрессивные примеси. С ростом температуры химическая активность примесей сильно возрастает, что приводит к некоторой коррозии конструкционных материалов.гелий не получил до настоящего времени широкого распространения в ядерной энергетике, является его высокая стоимость. Это усугубляется еще тем, что гелии очень текуч, и поэтому эксплуатация гелиевых реакторов всегда связана с неизбежными утечками гелия.

Воздух - является наиболее доступным из всех газов; его запасы на земле практически неограниченны. При работе на воздухе теплоноситель можно непрерывно выпускать из теплообменного контура, используя незамкнутую систему охлаждения реактора. Наибольшая трудность при этом возникает в связи с наведенной радиоактивностью воздуха, которую создают некоторые входящие в его состав изотопы. Удельный вес воздуха при нормальных условиях значительно выше, чем удельный вес гелия, и несколько меньше, чем CO2. При этих параметрах воздух весьма близок к идеальному газу.

Теплофизические свойства воздуха, как теплоносителя являются более благоприятными при сравнительно низких температурах, чем при высоких. Коррозионные свойства воздуха хорошо изучены. Известно, что в тщательно осушенном воздухе коррозия большинства конструкционных материалов невелика. С увеличением влажности воздуха скорость коррозии возрастает в несколько десятков раз. Основной нерешенной проблемой обращения с воздухом как теплоносителем оказалась его окислительная способность. В графитовых реакторах возникала дилемма: если температура в реакторе высокая, то графит интенсивно окислялся, а если температура слишком низкая, то происходило накопление запасенной энергии за счет смещения со своих мест в кристаллической решетке атомов графита под действием нейтронного облучения.

Азот - Промышленные применения газообразного азота обусловлены его инертными свойствами. Свободный азот применяют во многих отраслях промышленности: как инертную среду при разнообразных химических и металлургических процессах, для заполнения свободного пространства в ртутных термометрах, при перекачке горючих жидкостей и т. д. Жидкий азот находит применение в различных холодильных установках, а также в пожаротушении. В качестве теплоносителя ядерных реакторов азот не применяется и вряд ли будет применяться в будущем. Причиной этого являются его неудовлетворительные теплофизические свойства. В случае использования охлаждения реактора газообразным азотом затраты энергии на перекачку теплоносителя могут достигать величины около 20% от выработанной энергии, однако некоторые специфические технологические процессы ядерной энергетики просто невозможны без применения азота. Например, в процессе работы канальных реакторов типа РБМК.