20. Радиационное формоизменение урана при облучении.
Существенным недостатком металлического U является то, что в чистом виде, как топливо, для ядерных реакторов он неприменим. При облучении в активной зоне реактора образец металлического U быстро теряет свои коррозионные, механические (прочностные) свойства, изменяются его форма, размеры и даже целостность.
Причины:
Твердое распухание: происходит вследствие того, что в процессе деления одного ядра (атома) образуется более 2-х атомов (осколков деления). Но т.к. размеры атомов в природе примерно одинаковы, то процесс сопровождается увеличением объема вещества (топлива). Наблюдается при низких температурах. Таким образом твердое распухание U обусловлено простым накоплением осколков.
В первом приближении изменение плотности топлива, ∆ρ, при ТР является линейной функцией выгорания, В:
∆ρ% = 15В [B = г/см3]
Термоциклирование: циклическая термообработка. Означает периодический разогрев и охлаждение. Является наиболее типичным процессом, которому подвержено ядерное топливо (ТВЭЛ). Чем больше число циклов разогрева/охлаждения выдерживает топливо, тем выше маневренность атомного энергоблока. Наиболее резкие формы изменения: образование складок и трещин наблюдаются при циклических переходах U через точки аллотропических превращений (
)
Изменение объема примерно 2-5 %.Газовое распухание (свеллинг): наблюдается при tº = 350-500ºС и сопровождается значительным увеличением объема материала. (Газовые атомы накапливаются в порах). Центральную роль здесь играют газовые осколки деления Kr, Xe (благородные реактивные газы). Газовое распухание наиболее опасное с точки зрения радиационной стойкости. Количественно распухание U при облучении характеризуется параметром распухания S.
,
где 
- увеличение объема, 
– выгорание
Радиационный рост: изменение формы размеров образца из чистого металлического U при облучении в ЯР. Это явление наблюдается при tº < 400ºC, наибольшие показатели при tº = 200ºC
-
Кристалло-графическое направление
Коэффициент удлинения
Коэффициент теплового расширения
10-6/ºС
25-125 ºС
25-525 ºС
25-650 ºС
[I00]
-420±20
21.7
26.5
36.7
[0I0]
+420±20
-1.5
-2.4
-9.3
[00I]
0±20
23.2
23.9
34.2
Необходимо выбирать такие способы обработки (производства) ТВЭл из U, которые избегают текстурирования, способствуют измельчению зерен и их произвольной ориентации
Радиационная ползучесть: изменение форморазмеров образца под действием облучения. Количественно ползучесть описывается ее пределом (предел ползучести), численно равным напряжению, вызывающему заданную величину деформации при данной температуре за определенное время работы – σ. Термическая ползучесть возникает при повышенных температурах, когда происходят изменения в структуре металлов. (0,3-0,4T плавления). При высоких температурах облегчается скольжение дислокаций вследствие интенсификации процессов диффузии. Кривая ползучести – индивидуальная характеристика материала. I – неустановившаяся ползучесть, II – установившаяся ползучесть, III – ускоренная ползучесть.