9. Физические и ядерно-физические свойства воды и водяного пара.

Вода в реакторах может служить не только теплоносителем, но и замедлителем.

Легкая вода обладает хорошими замедляющими свойствами. Но низкая температура кипения и высокое давление насыщенных паров воды, которое быстро растет с температурой, требует создания контуров, рассчитанных на высокое давление, что, естественно, удорожает установки и затрудняет их эксплуатацию. Большое сечение поглощения легкой воды, что требует использовать только обогащенное топливо. Также недостатком легкой воды является малый коэффициент замедления = 95.

У тяжелой воды коррозионная активность и растворимость в ней солей несколько меньше, чем у легкой, коэффициент замедления значительно выше = 5820. Недостатком является высокая стоимость.

Основные свойства воды	H2O	D2O
Теплопроводность, Вт/м*К	0,675 при температуре 80оС	0,675 при температуре 20оС
Теплоемкость, Дж/кг*К	4186,8 при температуре 20оС	4203,5 при температуре 20оС
Температура плавления, оС	0	3,82
Температура кипения, оС	100	101,43
Плотность, г/см3	0,998 при температуре 20оС	1,106 при температуре 20оС
Сечение захвата теплоносителя, м2	6*10-29	9*10-31

Недостатки воды как теплоносителя:

1) коррозийная активность при температуре 200˚С. Это требует применения специальных конструкционных материалов. Требуется очистка солей и растворённого воздуха в теплоносителе;

2) низкая температура кипения и низкая температура пара;

3) склонность воды к разложению при радиационном облучении (радиолиз);

4) относительно высокое сечение захвата тепловых нейтронов, что требует обогащённого урана;

5) высока активность воды при наличии примесей. Это требует применения чистой воды – вода, из которой удаляются растворённые газы. Таким образом, требуется водоподготовка и водоочистка.

10. Формы использования поглотителей и материалов защиты.

Основное требование к материалам поглотителям – поглощать (в достаточно широком диапазоне энергий)!

Формы использования поглотителей:

• СУЗ (стержни системы управления и защиты)

• ВП (выгорающий поглотитель)

• H₃BO₃ (растворимый поглотитель, который вводится в теплоноситель)

Система управления и защиты – совокупность устройств, выполняющих функцию контроля интенсивности цепной реакции деления (ЦРД), управления ЦРД и аварийного ее гашения.

Функции поглотителей:

• Компенсация быстрых изменений мощности, но незначительных

• Аварийная остановка реактора

• Выравнивание в пространственном распределении нейтронов и компенсация долговременных или медленных изменений в мощности

Используют в качестве поглотителей: бор, хлор, гадалиний, самарий, европий, кадмий, гафний и др.

Для стержней управления чаще всего используют B₄C(термостоек, плохо растворяется в воде, хрупок); также уплотненный порошок в оболочке из нержавеющей стали. Бор применяют в виде легирующей добавки к стали. Бораль - карбид бора диспергированный в алюминиевую матрицу. Также много редкоземельных элементов используют для поглощения.

11. Жидкометаллические теплоносители. Свойства.

Применения в качестве теплоносителя в ЯР жидких металлов вместо воды даёт ряд преимуществ. В реакторах на быстрый нейтронах применение в качестве теплоносителя воды нецелесообразно, поскольку она замедляет нейтроны. У жидких металлов отсутствует зависимость температуры от давления, кот наблюдается у обычной воды. Это позволяет создавать высокотемпературные контуры теплоносителя при низких давлениях в них. Облучение жидких металлов, не вызывает в них явления, подобных радиолизу воды.

Наиболее существенным недостатком явл – малая по сравнению с водой объемная теплоёмкость.

Некоторые жидкие металлы (натрий) вступают в бурную реакцию с водой, это вынуждает усложнять тепловую схему ЯЭУ.

Однако более высокая теплопроводность обеспечивает более интенсивный теплоотвод от твэлов, что особенно важно для быстрых реакторов.

Недостатком также явл твёрдое состояние при комнатной температуре.

При облучении нейтронами могут образоваться радионуклиды ухудшающие радиационную обстановку в контуре.

12. Легирующие добавки и их влияние на свойства сплавов.

Легированная сталь — сталь, которая кроме обычных примесей содержит элементы, специально вводимые в определенных количествах для обеспечения требуемых свойств. Эти элементы называются легирующими.

Легирующие добавки повышают прочность, коррозийную стойкость стали, снижают опасность хрупкого разрушения. В качестве легирующих добавок применяют хром, никель, медь, азот (в химически связанном состоянии), ванадий и др.

Влияние легирующих элементов

Для улучшения физических, химических, прочностных и технологических свойств стали легируют, вводя в их состав различные легирующие элементы (хром, марганец, никель и др.). Стали могут содержать один или несколько легирующих элементов, которые придают им специальные свойства. Легирующие элементы вводят в сталь для повышения ее конструкционной прочности. Основной структурной составляющей в конструкционной стали является феррит, занимающий в структуре не менее 90% по объему. Растворяясь в феррите, легирующие элементы упрочняют его. Большинство легирующих элементов, упрочняя феррит и мало влияя на пластичность, снижают его ударную вязкость (за исключением никеля).

Главное назначение легирования:повышение прочности стали без применения термической обработки путем упрочнения феррита, растворением в нем легирующих элементов; повышение твердости, прочности и ударной вязкости в результате увеличения устойчивости аустенит и тем самым увеличения прокаливаемости; придание стали специальных свойств, из которых для сталей, идущих на изготовление котлов, турбин и вспомогательного оборудования., особое значение имеют жаропрочность и коррозионная стойкость. Легирующие элементы могут растворяться в феррите или аустените, образовывать карбиды, давать интерметаллические соединения, располагаться в виде включений, не взаимодействуя с ферритом и аустенитом., а также с углеродом. В зависимости от этого, как взаимодействует легирующий элемент с железом или углеродом, он по-разному влияет на свойства стали. В феррите в большей или меньшей степени растворяются все элементы. Растворение легирующих элементов в феррите приводит к упрочнению стали без термической обработки. При этом твердость и предел прочности возрастают, а ударная вязкость обычно снижается. Все элементы, растворяющиеся в железе, изменяют устойчивость феррита и аустенита. Критические точки легированных сталей смещаются в зависимости от того, какие легирующие элементы и в каких количествах присутствуют в ней. Поэтому при выборе температур под закалку, нормализацию и отжиг или отпуск необходимо учитывать смещение критических точек.

Радиационная стойкость и механические свойства топлива улучшаются после легирования урана, в процессе которого в уран добавляют небольшое количество молибдена, алюминия и других металлов. Легирующие добавки снижают число нейтронов деления на один захват нейтрона ядерным топливом. Поэтому легирующие добавки к урану стремятся выбрать из материалов, слабо поглощающих нейтроны.

12. Общие требования к теплоносителям, их возможные и характерные пар-ры.

Тепло, выделяющиеся при делении ядерного горючего, отводят с помощью теплоносителей.

Это может быть:

-обычная вода

- тяжёлая вода

-газ (азот, гелий, водород и их смеси)

- жидкие металлы (натрий, литий, калий, свинец)

-органические теплоносители

Типы теплоносителей:

1. Сокращают своё физ состояние накапливая теплоту без разовых превращений.

2. Изменяют своё физ состояние, накапливая теплоту в виде теплоты испарения.

3. Изменяющие своё хим. состояние, накапливая теплоту в виде теплоты реакции.

Требования :

• Малая коррозионная агрессивность

• Малое эрозионное воздействие на материал

• Высокие теплоемкость и теплопроводность, малая вязкость

• Высокая температ кипения и низкая температ плавления

• Высокая температуростойкость и радиоционная стойкость

• Малое сечение захвата тепловых нейтронов

• Негорючесть, не токсичность

• Доступность

• Слабая активация

12. Магниевые сплавы и их применение в ядерной энергетике.

Магний применяется для изготовления оболочек твэл. Он дешёв и доступен, обладает высокой радиационной стойкостью. Из недостатков можно выделить малую коррозийную стойкость, склонность к самовоспламенению, низкая температура плавления и низкие механические свойства при повышенной температуре.

Для ухудшения механич св-тв применяют в виде сплавов Mg– Ве и лигируютZr,Al,Mn,Th.

12. Технология дисперсионного топлива и его свойства.

в дисперсионном ядерном горючем топливная фаза дисперсно распределена в неактивной матрице. Каждую частицу ядерного горючего можно рассматривать как микроэлемент, в котором роль оболочки играет матрица.

В качестве диспергированного горючего могут использованы керамические материалы, высокая температура плавления и стойкость при облучении которых сочетаются с прочностью и пластичностью.

Примером может служить дисперсная система с 30% UО₂в матрице из аустенитной нержавеющей стали, обладающ. высокой радиационной стойкостью.

Ещё один пример : U₃О₈в твелах дисперсионного типа, например сAl.