Файл: Герасимов В.В. Материалы ядерной техники учеб. пособие.pdf

ного при облучении сплава. Уран-плутониевые сплавы радиадионно нестойки вследствие радиационного роста и газового распухания. Термическая обработка позволяет избежать радиа­ ционного роста, но создаваемое приэтом крупное зерно приво­ дит к появлению излишне шероховатой поверхности металла после облучения. Радиационная стойкость уран-плутониевых сплавов (до 10—15% Pu) повышается при дополнительном леги­ ровании их молибденом в количестве 28 ат. %. Радиационная стойкость сплавов систем Th—Pu выше, чем у сплавов U—Pu.

Удовлетворительную радиационную стойкость показали спла­ вы алюминия с 0,5—20% Pu. Эти сплавы имеют хорошие литей­ ные качества и поддаются механической обработке. Структура сплавов с большим содержанием плутония двухфазная и пред­ ставляет собой отдельные зерна хрупкого интерметаллида РиАЦ, диспергированного в пластичной алюминиевой матрице. Проб­ лема радиационной стойкости снимается в случае применения жидкометаллического горючего на основе плутония. Однако в этом случае появляется проблема выбора конструкционных ма­ териалов, совместимых с ядерным горючим. Наименьшую ско­ рость растворения в жидком уране по сравнению с другими ту­ гоплавкими металлами имеют вольфрам и тантал. Возможно, они будут совместимы с плутонием и его сплавами при высокой температуре, и длительной экспозиции.

Ф и з и ч е с к и е с в о й с т в а . Торий — радиоактивный химический элемент семейства актиноидов с порядковым номером 90. В про­ тивоположность урану и плутонию торий сам по себе не является делящимся (расщепляющимся) материалом. При облучении природного тория тепловыми нейтронами образуется уран-233, который можно извлечь и использовать как расщепляющийся

материал.

Торий мягкий серебристый металл. Низкотемпературная a -модификация тория с гранецентрированной кубической решет­ кой при температуре 1400° переходит в ß-модификацию с объем­ ноцентрированной кубической решеткой. Температура плавления тория 1695°; плотность 11,71 г/см3\ коэффициент теплового рас­

большие загрязнения существенно сказываются на механических Свойствах тория. В зависимости от способа получения варьиру­ ются и предел прочности 14—22 кГ/мм2, предел текучести 8— 13 кГ/мм2, относительное удлинение 20—50%. Примеси боль­ шинства элементов, особенно углерода, заметно упрочняют то­ рий, а примеси кислорода и азота почти не влияют на механиче­ ские характеристики тория. Прочность тория быстро падает с ростом температуры.

Коррозионная стойкость. Торий более коррозионностоек, чем уран и плутоний. Поверхность его на свежем срезе остается неокисленной длительное время. С увеличением температуры скорость окисления тория на воздухе возрастает. При темпера­ туре до 850° окисление идет по линейному закону с образова­ нием двуокиси тория. В дистиллированной воде торий стоек до 100°. На поверхности металла образуется защитная пленка. С дальнейшим повышением температуры скорость коррозии то­ рия в воде резко возрастает. Легирование титаном, цирконием, бериллием повышает стойкость тория.

Радиационная стойкость. В жидкометаллических теплоноси­ телях торий стоек. Загрязнение ■жидких металлов кислородом снижает его стойкость. Металлический торий не претерпевает аллотропических превращений до температуры 1400°, имеет изотропную гранецентрированную кубическую решетку. В связи с этим не следует ожидать размерной нестабильности и анизо­ тропных свойств при облучении, характерных для урана. Так, после облучения интегральным потоком ІО21 нейтрон/см2 диа­ метр, ториевых блоков увеличился на 0,02%. Сплавы тория с ура­ ном радиационностойки, хорошо сопротивляются газовому рас­

Соединения урана, плутония, тория с неметаллами (кисло­ родом, углеродом, аз.отом и др.), имеющие высокую температуру плавления, значительную плотность горючего материала, низкое сечение захвата, стойкость в условиях облучения, обычно объ­ единяют в одну группу — керамическое ядерное горючее. Кера­ мическое ядерное горючее находит все более широкое примене­ ние, особенно для высокотемпературных реакторов. Применяе­ мые материалы можно разбить на три основные группы. Первая группа включает керамику на основе окислов урана, тория, плу­ тония или их смеси. Применяют также смеси окислов делящихся и неделящихся материалов. Ко второй группе относятся неокис-

208 Г л . 7. Ядерно-горю чие материалы

метного распухания и нарушения геометрических размеров твэлов. Так, при выгорании до 15,5 ат.% увеличение объема не превышало 8%. Верхняя граница распухания при выгорании до 9 ат.% составляет 0,33% на 1 ат.% выгорания и не зависит от температуры в интервале 760—1980°. При выгорании более 9 ат.% распухание интенсифицируется и изменение объема со­ ставляет в среднем 0,7%. на 1 ат.% выгорания. Снижение плот­ ности двуокиси урана до 81% теоретической уменьшает рас­ пухание. Однако приведенные величины распухания невелики, они существенно меньше, чем в случае металлических сплавов; урана, и легко могут быть учтены при конструировании твэлов. Если при облучении температура в центре превышает температуру плавления двуокиси урана, объемное расширение сущест­ венно возрастает. При расплавлении более 70% поперечного се­ чения стержня двуокиси урана распухание достигает 5—7% на 1% выгорания. Распухание двуокиси урана связывают с обра­ зованием газообразных продуктов деления. Часть газообразных продуктов деления удерживается в двуокиси, а часть выделяется