În prezent, dioxidul de uraniu UO2 este cel mai răspândit și bine dezvoltat tip de combustibil nuclear ceramic utilizat la centralele nucleare. Acest combustibil este utilizat în aproape toate reactoarele moderne răcite cu apă, inclusiv reactoarele de fierbere și de apă grea, precum și reactoarele BN.
Dioxidul de uraniu este o substanță maro închis, cu o duritate ridicată și fragilitate. Este dificil să se obțină un raport stoichiometric, compoziția, în funcție de metoda de preparare, poate varia de la UO1.8 la UO2.3. de aceea este uneori exprimată prin formula UO2 ± x. Acesta diferă de alți compuși de oxigen ai uraniului prin capacitatea de a se evapora fără descompunere. La temperaturi de funcționare, presiunea de vapori este scăzută, la 2360 ° C este de aproximativ 1 mm Hg. CT.
UO2 este un semiconductor. Coeficientul de expansiune liniar ...
din dioxidul de uraniu este de 9,3 × 10 # 6209; 6 K La o temperatură de 293-373 K și crește brusc cu creșterea temperaturii.
Dioxidul de uraniu nu reacționează cu apă și alcalii, este dificil să se dizolve în acid clorhidric și sulfuric diluat, ceva mai bun în acidul azotic și în amestecurile sale cu acizi clorhidric și fluorhidric.
Principalele calități ale dioxidului de uraniu, care asigură o largă utilizare în domeniul energiei nucleare, sunt următoarele:
a) punct de topire ridicat (aproximativ 2850 ° C, U - 1135 ° C);
b) nu are tranziții de fază în intervalul de temperatură de funcționare;
c) mai puțin sensibile la umflarea gazelor decât uraniul metalic și aliajele sale;
d) stabilitatea chimică pe o gamă largă de temperaturi în ceea ce privește substanțele utilizate ca agenți de întârziere și lichide de răcire (apă, abur, dioxid de carbon, sodiu lichid);
e) nu interacționează cu cele mai multe materiale structurale (oțel inoxidabil, zirconiu, niobiu, aluminiu, cupru, molibden etc.) la temperaturi ridicate.
e) posibilitatea de obținere a unei densități mari de tablete (peste 95% din suprafață), ceea ce permite asigurarea unei bune rețineri a produselor de fisiune;
g) rezistența la radiații ridicate la fluxurile de neutroni mari (până la
10 14. integrat
10 22) la temperaturi apropiate de punctul de topire al dioxidului;
h) izotropia dioxidului de uraniu face de asemenea posibilă efectuarea eficientă a procesului de sinterizare la temperatură înaltă.
Aceste proprietăți permit utilizarea dioxidului de uraniu în reactoarele nucleare, obținând temperaturi ridicate și, în consecință, eficiența ridicată a reactorului.
Conductivitatea termică a dioxidului de uraniu scade, de asemenea, cu creșterea oxigenului peste raportul stoichiometric (UO2 ± x). În producția de pulberi și tablete sinterizate, ei se străduiesc să obțină o compoziție cât mai aproape de stoichiometru, presupunând că valorile lui x nu depășesc câteva sute; când iradiată, non-stoichiometria promovează creșterea cerealelor și eliberarea de produse de fisiune gazoase.
După sinterizare într-o atmosferă inertă la 1600-1700 ° C, dioxidul de uraniu devine mai rezistent la oxidare în aer. Dar chiar și aceste condiții pot duce la saturație cu umiditate și saturarea adsorbției suprafeței cu oxigen în aer. Prin urmare, înainte de a fi introduse în cochilii, peletele finite de dioxid de uraniu sunt supuse uscării, ceea ce garantează îndepărtarea umidității și oxigenului adsorbit. Umiditatea și oxigenul rezidual contribuie la hidratarea și oxidarea materialului de învelire și pot conduce la distrugerea și depresurizarea acestuia. Când interacționează cu apa, compoziția stoichiometrică a dioxidului de uraniu variază semnificativ, atingând UO2.2. care reduce brusc conductivitatea termică. În cazul în care etanșeitatea printr-o fisură în coajă într-un combustibil se va scurge apa (lichid de răcire), aceasta poate duce la un accident: supraîncălzire locală, umflarea și distrugerea elementului combustibil.
Dezavantajele dioxidului de uraniu drept combustibil, ar trebui să includă, de asemenea, o influență semnificativă a oxigenului prezent în ea pentru a incetini neutronii rapid, ceea ce duce la o anumită atenuare a spectrului de neutroni în miez și de a reduce reproducerea raportul carburant.
dioxidul de uraniu este utilizat în elementele de combustibil sub formă de brichete, pelete sau tije, care sunt obținute prin presare la rece, urmată de sinterizare într-un cuptor la temperaturi de 1600-1700 0 C într-o atmosferă inertă. Cu cât temperatura de sinterizare este mai mare, cu atât este mai mare acuratețea brichetelor. În prezent se desfășoară studii privind compactarea cu vibrații a granulelor (
10-100 μm) de pulbere de dioxid de uraniu, care este umplut în procesul de acoperire cu combustibil (proces "rece"). În același timp, densitatea miezului este de 9 g / cm3.
În cazul barelor de combustibil de combustibil amestecat uraniu-plutoniu, de exemplu, în VVER (până la 5% PuO2) sau BN (15% PuO2) amestec de UO2 și PuO2 trebuie să fie uniform și, de preferință, să fie o soluție solidă. Aceasta se obține cel mai bine prin co-precipitare sub formă de oxalați, urmată de calcinarea precipitatului rezultat.
Proprietăți ale uraniului metalic
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: