5. Плутоний (пути получения плутония, основные свойства и характеристики)
Хотя нуклид 239Рu и содержится в урановой руде (урановой смолке или ураните), его концентрация в руде не превышает 10-11. Поэтомуплутоний следует рассматривать как искусственный нуклид, получаемый при облучении нейтронами в ядерном реакторе природного или обедненного урана. В результате реакций, происходящих в реакторах - наработчиках и энергетических реакторах, образуются высшие нуклиды плутония:
Плутоний, извлеченный из тепловыделяющих элементов, подверженных кратковременному облучению, почти полностью состоит из нуклида 239Pu. При более длительном облучении этот нуклид поглощает нейтроны и постепенно превращается в более или менее стабильные нуклиды с массовыми числами до 246.
Ядерно-физические свойства.
значения σа, σf, n и h для Pu в быстром реакторе предпочтительнее аналогичных характеристик для 235U в тепловом реакторе. По этой причине плутоний рассматривают как ядерное горючее для расширенного воспроизводства в быстрых реакторах.
Теплофиз. Свойства.
Из-за кинетики фазовых превращений шести аллотропических модификаций чистого плутония температура перехода заметно зависит от скорости нагревания образцов. Температурная зависимость удельной теплоемкости при постоянном давлении Ср для чистого плутония в области низких температур представлена на рис. 4.29. Зависимость средней теллопроводности l от абсолютной температуры образцов плутония высокой чистоты приведена на рис. 4.30. В соответствии с общей тенденцией для металлов удельная теплоемкость и теплопроводность чистого плутония растет с температурой.
3. Механические свойства.
С механической и технологической точки зрения плутоний является относительно хрупким материалом. Его механические свойства сильно зависят от содержания примесей, эффективной плотности, температуры, дефектов кристаллической структуры, анизатропии и фазовых превращений.
6. Берилий и его соединения как конструкционный материал.
Бериллий – уникальный металл в том смысле, что из всех металлов имеет наименьшее значение сечения поглощения тепловых нейтронов (см. табл. 5.1). Это качество в сочетании с большим сечением рассеяния и высокой температурой плавления делает его замечательным конструкционным материалом. Он превосходен также как замедлитель и отражатель. По этим причинам бериллий или ВеО применяют в различных конструкциях таких реакторов, как МТR (материаловедческий испытательный реактор), ЕТR (технологический испытательный реактор), АТR (улучшенный испытательный реактор), SITR (испытательный реактор на промежуточных нейтронах дkя подводных лодок), ЕВR-II(эксперементальный быстрый реактор) и др. Высокое значение отношения прочности к плотности бериллия, особенно при высоких температурах, в сочетании с хорошей коррозионной стойкостью делает заманчивым предложение использовать его в реакторной и космической технике.
Среди легких металлов бериллий обладает наивысшей температурой плавления (Т=1283+1290 °С), что важно для его применения при высоких рабочих температурах.
Некоторое применение бериллий как конструкционный, а также как добавочный материал находит в нейтронных источниках для пуска ядерных реакторов. Материалы этих источников (239Pu-9Be, 226Ra-9Be, 210Po-9Be,124Sb-9Be) способны по реакциям типа (α, n) и (γ, n) рождать нейтроны:
где 239Pu и210Po являются источниками α - частиц, 226Ra – источником и α -, γ -лучей, а 124Sb – только γ -лучей.
С другой стороны, Ве и ВеО хрупки, дорогостоящи и токсичны, что плохо согласуется с такими общими требованиями к реакторным материалам, как подходящая механическая пластичность, технологичность производства и стоимость.
Преимущества и недостатки бериллия как конструкционного материала, замедлителя и отражателя нейтронов ядерных реакторов приведены ниже.
Преимущества |
Недостатки |
1. Очень малое сечение поглощения тепловых нейтронов 2. Большое сечение рассеяния тепло- вых нейтронов 3. Высокая температура плавления 4. Высокое отношение прочности к плотности 5. Хорошая термическая стабильность 6. Хорошая коррозионная стойкость |
1.Низкая пластичность 2. Токсичность 3.Высокая стоимость 4. Хрупкость
|
Преимуществ и недостатки оксида бериллия ВеО аналогичны таковым для металлического Ве, за исключением того, что температура плавления окиси намного выше – 2550 °С.