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

температуры выше 2000°. Материал тепловыделяющих элемен­ тов должен обладать радиационной и коррозионной стойкостью, достаточной механической прочностью при рабочей температуре, быть способным выдерживать резкие изменения температуры, неизбежные при быстром запуске ядерных ракетных двигателей.

Наиболее тугоплавкие материалы можно разделить на три класса: металлы, тугоплавкие керамические материалы и гра­ фит. К тугоплавким металлам относятся Та, Mo, W, Re, Os и др. Металлы платиновой группы (Os и др.) не только дороги, но и не технологичны. Тантал поглощает водород уже при темпе­ ратуре 350—650° и охрупчивается. Вольфрам и молибден рекристаллизуются при температуре, сравнительно низкой по отноше­ нию к температуре их плавления. Рекристаллизация приводит к росту зерна и охрупчиванию. Максимальная рабочая темпера­ тура для молибдена 1800°. Введение в вольфрам двуокиси урана тормозиті диффузию через границы между зернами и приоста­ навливает их рост. Прочность вольфрама должна резко падать при температуре выше 1950°.

Нитриды тугоплавких металлов хрупки при температуре ниже 1400°. При температуре выше 2220° они склонны к разло­ жению и науглероживанию. Бориды вольфрама и циркония устойчивы до 2500° и могут использоваться как конструкционные материалы при работе на сжатие. Однако природный бор содер­ жит изотоп 10В, обладающий большим сечением захвата тепло­ вых нейтронов. Карбиды тугоплавких металлов устойчивы в вос­ становительной атмосфере при высокой температуре. Темпера­ тура плавления карбидов тантала и циркония выше 2880°. Карбид ниобия может быть использован при температуре 3230°.

Графит при комнатной температуре менее прочен и пласти­ чен, чем металлы, но его прочность сохраняется до температуры* близкой к 2500°, и при этой температуре приближается к проч: мости вольфрама. Графит становится все более пластичным с ростом температуры и не плавится вплоть до температуры суб­ лимации, равной 3.925° при атмосферном давлении, при которой прочность его падает до нуля. Графит технологичен, обладает высокой теплопроводностью и хорошей термостойкостью.

Тепловыделяющие элементы для ядерного ракетного двига­ теля Киви Л. представляют собой графитовые пластины длиной 203 мм, толщиной 6,3 мм, шириной 195—203 мм, содержащие диспергированную двуокись урана. Пластины изготовлялись из смеси двуокиси урана и неспеченного графита. В других реакто­ рах делящееся вещество в виде частиц карбида урана размером 10—20 мкм защищено слоем пирографита и диспергировано в графитовой матрице. Матрица защищена покрытием из карби­ да ниобия, нанесенным методом термического разложения хло­ рида ниобия.

Глава 8

КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ АКТИВНОЙ

ЗОНЫ

§ 8. 1

Б е р и л л и й

Ф и з и ч е с к и е с в о й с т в а . По совокупности физических свойств бериллий является одним из наиболее интересных и перспектив­ ных реакторных материалов. Он имеет малое сечение поглоще­ ния тепловых нейтронов (табл. 8.1). Сочетание малого сечения

поглощения с высоким сечением рассеяния и большим числом атомов в 1 см3 делает бериллий превосходным замедлителем и отражателем в реакторах; его применение приводит к уменьше­ нию критической загрузки горючего. Однако перспектива широ­ кого применения бериллия ограничена рядом обстоятельств. Бе­ риллий принадлежит к очень редким и дорогим металлам. Стоимость его почти в сто раз выше, чем алюминия, магния, стали. Бериллий хрупок. Облучение вызывает охрупчивание и распухание. Изготовление из него тонкостенных оболочек твэлов и особенно их герметизация крайне затруднительны. Пол(> жительными свойствами бериллия являются малый удельный вес, относительно высокая температура плавления, небольшой коэффициент теплового расширения (см. табл. 8.1). До темпе­ ратуры 1240° бериллий не претерпевает аллотропических пре-

вращений и кристаллизуется в гексагональной плотноупакован­ ной решетке. Отсутствие структурных превращений в широком диапазоне температуры делает бериллий нечувствительным к циклическим изменениям температуры. Бериллий и его соеди­ нения очень токсичны. Металлический бериллий получают маг­ ниетермическим восстановлением окисла бериллия или электро­ лизом.

порога может быть смещена на 50—100° к более низкой темпе­ ратуре за счет очистки бериллия от примесей и главным обра­ зом за счет измельчения зерна. Однако никаким« приемами не удается сдвинуть порог хлодиоломкости квазиизотропного поликристаллического бериллия ниже комнатной температуры, т. е. получить бериллий, пластичный при комнатной температуре. Длительным отжигом при температуре 750—800° и очень мед­ ленным охлаждением можно устранить падение пластичности при 600—800°. Указанная термическая обработка приводит к выделению ннтерметаллидов бериллия по границам зерен.

При выдавливании бериллия базисные плоскости гексаго­ нальной решетки ориентируются параллельно направлению вы­ давливания. Такая текстура вызывает резкую анизотропию свойств бериллия. Вдоль оси выдавливания пластичность берил­ лия возрастает, а в поперечном направлении — падает. Ударным