- •6. Глубина выгорания топлива и способы ее оптимизации.
- •7. Газовые теплоносители. Свойства. Достоинства и недостатки.
- •8. Причины формоизменения твэл и способы его подавления.
- •9. Физические и ядерно-физические свойства воды и водяного пара.
- •10. Формы использования поглотителей и материалов защиты.
- •16. Основные требования к твэл, их типы и характерные рабочие параметры.
- •17. Кристаллическая решетка урана, его механические ядерно-физические и теплофизические свойства.
- •18. Причины возникновения коррозии в воде. Понятие двойного электрического слоя
- •19. Терморадиационные повреждения оболочек твэл. Требования к материалу оболочки.
- •20. Радиационное формоизменение урана при облучении.
- •21. Требования к водному теплоносителю. Достоинства и недостатки использования воды в качестве теплоносителя.
- •22.Классификация продуктов деления. Изотопное изменение состава ядерного горючего и его последствия.
- •23. Технология изделий из компактной двуокиси урана, их структура и свойства.
- •24. Поглощающие свойства редкоземельных элементов и их применение в ядерной энергетике.
- •25. Анодные реакции при коррозии в воде и способы их подавления.
- •26. Свойства металлического урана и его стойкость под облучением.
- •27. Проблемы использования водного теплоносителя.
- •28. Материалы выгорающих поглотителей
- •29. Сравнительный анализ эффективности различных теплоносителей.
- •30.Особенности металлических газоохлаждаемых твэл.
- •31. Применение плутония в ядерной энергетике
- •32.Способы очистки жмт
- •33.Кристаллическое строение тория и его свойства
- •34. Влияние облучения на коррозию в воде
- •35. Свойства графита и его терморадиационная стойкость
- •36. Применение тория в ядерной энергетике.
- •37. Радиолиз воды и способы его подавления.
- •38. Основные виды замедлителей, их свойства и требования к ним.
- •39. Возможные виды керамического топлива и его применение в ядерной энергетике.
- •40. Особенности реакторов с графитовым замедлителем. Энергия Вигнера.
- •49. Возможные виды дисперсионного топлива и его применение в ядерной энергетике
- •51. Кристаллическое строение твердых тел
- •52. Свойства металлического u и его терморадиационная стойкость
- •53. Алюминиевые сплавы и их применение в ядерной энергетике
16. Основные требования к твэл, их типы и характерные рабочие параметры.
Требования:
Минимальный паразитный захват нейтронов
Механическая надежность, постоянство формы и размеров
Высокая теплопроводность, обеспечивающая длительную теплопередачу без чрезмерно высоких термических напряжений в оболочке
Коррозионная и эрозионная стойкость в теплоносителе и совместимость с ядерным горючим
Однако, необходимо учитывать особенности каждого реактора: необогащенный уран-малое сечение; кипящие реакторы - стойкость коррозии под напряжением; высокие температуры(~500° С) – прочность и жаропрочность.
Типы ТВЭЛ:
Цилиндрические
Стрежневые
Кольцевые
Трубчатые
Пластинчатые
Ленточные
Находясь в АЗ, материал оболочки подвергается действию излучения, что может существенно повлиять на физико-механические свойства. В кипящем реакторе на поверхности ТВЭЛ образуются примеси, способствующие коррозии; высокие температуры..
17. Кристаллическая решетка урана, его механические ядерно-физические и теплофизические свойства.
Природный металлический уран – это смесь радиоактивных изотопов:
238U – 99,282%
235U – 0,712%
234U – 0,006%
Независимо от изотопного состава для обогащения структура металлического урана имеет три модификации: α,β и γ. Фаза αUкристаллизуется в орторомбическую систему, очень редкую для металлов, и является стабильной до 663°С.
рис1. Структура αU. рис2. Структура βU.
Решетку αUможно представить ещё как гофрированные слои атомов. Так как связь атомов в слоях (ковалентная) сильнее,чем связь между слоями,то с повышением температуры «гофры» сглаживаются и αUпереходит в βUcтетрагональной (римитивной) струкурой,существующей в области 663-764° С.
Фаза γU,представляющая кубическую гранецентрированную структуру, стабильна от 764°С до точки плавления урана Тпл=1130±1°С. Вследствие сложной структуры,αUхарактеризуется сильной анизотропией физических свойств. Особенно это относится к коэффициенту линейного расширения и модулю Юнга.
Табл1. Физические свойства урана.
Если теплофизические свойства урана определяются его кристаллической структурой, то механические свойства образца почти целиком определяются способом изготовления. Так, структура плавленого слитка неоднородна и зерна αUимеют некоторую преимущественную ориентацию (текстуру). ТВЭЛы из текстурированного урана подвержены размерной нестабильности при эксплуатации в реакторе. Медленно охлажденный из γ фазы уран имеет крупные зерна. При повышении скорости охлаждения урана из γ – фазы в α- -фазу уран закаливается. Зерна мельче, прочностные свойства повышаются.
Механические свойства урана очень чувствительны также к примесям.
Металлический уран химически активен и во многих отношения сравним с магнием. При повышенной температуре он реагирует с азотом. С водородом уран образует гидрид UH3, который разлагается при 350°С.
Более устойчив уран в атмосфере СО2,что позволило применить этот газ в качестве теплоносителя в газографитовых реакторах, где топливом служит природный металлический уран.
Уран взаимодействует с водой с образованием гидроксида U(OH)4,из которого получается UO2 c выделением водорода. В кипящей воде скорость коррозии достигает 2.7 мг/(см2ч). Водяной пар реагирует с ураном при температуре 150°С и выше, при этом скорость коррозии катастрофически растет с температурой и при 400°С достигает 210-230 г/(см2ч). Образующиеся водород и гидрид урана вызывают его распухание.