5. Структура и свойства металлического урана.

Все изотопы урана α-активные. Плотность = 19,1 г/см3. Теплопроводность 26 Вт/м*К. tпл=1130 С. Природный изотопный состав U-238 (99.28%), U-235(0.712%), U-234(0.006%). Делящиеся изотопы U-235, U-233 (получ. искусс. из Th-232).

Метал. уран имеет 3 аллотропич. модификации: α (орторомб. структура до 663 С),β (тетрогон. структура 663-775 С),γ (КОЦ свыше 775 С). Мех. св-ва почти целиком опред-ся способом изготовления и существенно зависят от t. Чистейший монокристалл α-урана имеет очень высокую пластичность. Технический же уран не слишком пластичен, тверд и хрупок. +: 1) максимал. содержание делящегося материала(урана). 2) высокая теплопроводность. -: 1)плохие мех. и корроз. св-ва, кот. ухудшаются при облучении из-за: твердого распухания, циклич. термообработки, рад. роста, рад. ползучести, газ. распухания.

6. Влияние облучения на свойства урана.

При облучении в АЗ образец метал. урана быстро теряет свои невысокие корроз. и мех (прочность) св-ва, изменяются его форма, размеры и даже целостность. Причиной этому целый ряд эффектов: 1)твердое распухание (из 1 атома –> 2 атома), 2) циклич. термообработка, 3) Газовое распухание – увелич. V тела в следствие изм-ния плотности. 4) Рад. ползучесть – изменение формы без изменения V (снижается предел прочности и увеличивается предел текучести). 5) Рад. рост – изменение размеров без изм-ния Vза счет одностороннего роста крис. плоскостей.

7. Виды сплавов урана, их свойства и совместимость.

Повышение устойчивости ядерного горючего в твэлах с металлическим сердечником может быть достигнуто применением сплавов урана.

Требования. Сплавы урана должны иметь минимальное сечение захвата нейтронов. Сплавы должны сохранять размеры и форму при работе в реакторе и обладать высокими прочностью и пластичностью. Сплав должен быть совместим с оболочкой твэла. Виды. Сплавы урана можно разделить на две группы: 1) сплавы со структурой α-фазы, в которых небольшое количество легирующих элементов способствует получению мелкозернистого металла без текстуры, и 2) сплавы со структурой γ-фазы, в которых легирующие элементы вводятся в количестве, достаточном для частичной или полной стабилизации кубической γ-фазы. Сплавы первой группы на основе природного или слабообогащенного урана применяют главным образом в реакторах на тепловых нейтронах. Примером таких сплавов могут служить сплавы урана с 0,4% Al, 0,5-2,0% Мо, 2,0% Zr, 0,1% Cr. Сплавы второй группы более универсальны, но из-за высокого содержания легирующих элементов требуют значительного обогащения. # сплавов этого типа могут служить сплавы систем U-Mo, U-Zr, U-Nb, а также U₃Si, UAl₄ и др. Совместимость. Уран и его сплавы совместимы с Mg, Zr, сталью типа 1Х18Н10Т до t 773К, с Al совместим до 484К.

8. Анализ эксплуатации металлического топлива, проблемы и перспективы его

использования в ядерной энергетике.

9. Керамическое топливо. Классификация керамического топлива. Оксид урана и его свойства.

Керамич. ЯТ – наз. соединения урана, тория и плутония с неметаллами (О₂, N₂, C и др.), имеющие высокую температуру плавления, значит. пл-ть горючего метариала и стойкость в условиях облучения. Керам. ЯТ подразделяется на 3 группы: 1) оксидная керамика (#UO₂, ThO₂), 2)неоксидная керамика (#UC, ThC, ThS, PuC, PuN), 3)дисперсионные материалы (U₃O₈ с Al). UO₂  tпл=2880 С. ГЦК-решетка. Плотность=10,9г/см3. σ_а=2,56барн -: 1) низкая теплопроводность (высокие градиенты температур, перепады, что может быть причиной растрескивания и расплавления UO₂. Во избежание необходимо делать изделия наименьшей толщины. Может происходить плавление центра таблетки, чтобы это избежать в центре делают отверстие. В процессе эксплуатации в таблетках возникают радиальные трещины, при облучении уменьшается теплопроводность.