ТОП 10:

Микроскопические сечения деления



Топливные элемент

Теплофизические свойства[1]

Элемент i Плот-ность gi, г/см3 Молярная масса Аri, а.е.м Темпе-ратура плавле-ния Тпл, °C Температура кипения Ткип, °C Теплота плавления   кДж/моль Теплота испарения   кДж/моль Молярная теплоемкость   Дж/К*моль Теплопро-водность   Вт/м*К
235U 18,7 - - - - - -
238U 19,05 1132,5 12,6 27,67 27,5
UO2 11,0 63,6 6,9
239Pu 19,74 639,7 2,8 343,5 32,77 6,74
240Pu 19,82 - - - - - -
241Pu 19,9 - - - - - -
242Pu 19,94 - - - - - -

 


 

Эффект парности.

На величину энергии связи отдельных нуклонов влияет эффект парности : особо прочно связанны в ядре пары протонов и пары нейтронов. Наибольшие значения энергии связи у ядер с четным числом протонов и четным числом нейтронов – так называемые четно-четные ядра. Энергия связи нуклона значительно меньше у нечетно-четных ядер, а самая малая у нечетно-нечетных ядер.

Соответственно у четных изотопов урана и плутония микроскопические сечения поглощения должны быть значительно меньше, чем у нечетных.

 


 

Нейтронно-физические характеристики[2].

Микроскопические сечения деления

Pu-241
Pu-239

Pu-242
Pu-240

U-235
Th-232

U-233
U-238


Оценка сечений

Сечения деления в области тепловых нейтронов у нечетных изотопов составляют примерно 103 - 104 барн, у четных изотопов значения в этом же диапазоне энергий значительно меньше и составляет примерно 1 – 10-4 барн. Резонансные области у четных изотопов самые широкие с шириной примерно 10-5 – 10-1МэВ, у нечетных изотопов ширина резонансных областей меньше и составляет примерно 0,5*10-5 – 0,2*10-2МэВ. В области быстрых нейтронов у нечетных изотопов сечения деления снижаются по сравнению с сечениями в тепловой области до значений примерно 1-1,5 барн, а у четных происходит резкое возрастание сечений до значений примерно 1– 10 барн.

Микроскопические сечения радиационного захвата

Pu-239
Pu-241
Pu-241

Pu-242
Pu-240
Th-232
U-235

Сечения радиационного захвата в области тепловых нейтронов самые большие у Pu-239, Pu-240 и Pu-241 и примерно равны 103– 0,5*104барн, а самые маленькие у Pu-242, U-235 и U238 и примерно равны 10 – 102барн. Резонансная область самая широкая у U-235, U-238 с шириной примерно 0,9*10-5– 0,2*10-1МэВ, самая узкая у Pu-241с шириной 10-5– 0,5*10-3МэВ, у остальных элементов ширина резонансной области примерно 10-5– 10-3МэВ. В области быстрых нейтронов значения сечений захвата ниже, чем в области тепловых нейтронов у всех элементов.
U-233

U-238


Микроскопические сечения упругого рассеяния

Pu-239
Pu-240
Pu-241
Pu-242


U-235
U-233
U-238
Th-232


Сечение упругого рассеяния в области тепловых нейтронов самые большие у U-238 и Pu-242 составляет примерно 50 барн, самое маленькое у Pu-240 и составляет примерно 1 барн. У остальных элементов значения сечений близки и эти значения составляют примерно 7-11 барн. Резонансная область самая широкая у U-233 и ее ширина составляет 0,9*10-5-10-1МэВ, самая узкая - у Pu-242 с шириной 0,5*10-4–10-3. В области быстрых нейтронов у четных изотопов сечения упругого рассеяния на уровне сечений в области тепловых нейтронов. У нечетных изотопов в области быстрых нейтронов значения сечений понижаются по сравнению с сечениями для тепловых нейтронов.


Требования к ядерному топливу

К ядерному топливу применяются высокие требования по химической совместимости с оболочками ТВЭЛов, у него должна быть достаточная температура плавления и испарения, хорошая теплопроводность, небольшое увеличение объёма при нейтронном облучении.

Металлический уран сравнительно редко используют как ядерное топливо. Его максимальная температура ограничена 660°С. При этой температуре происходит фазовый переход, в котором изменяется кристаллическая структура урана. Фазовый переход сопровождается увеличением объёма урана, что может привести к разрушению оболочки ТВЭЛов . При длительном облучении в температурном интервале 200—500°С уран подвержен радиационному росту. Это явление заключается в том, что облучённый урановый стержень удлиняется. Экспериментально наблюдалось увеличение длины уранового стержня в полтора раза.

К хорошим ядерным топливам относятся некоторые тугоплавкие соединения урана: оксиды, карбиды и интерметаллические соединения и в перспективе нитриды. Наиболее широкое применение получила керамика — двуокись урана UO2.

Идеального топлива не существует, но наиболее привлекательным на данный момент можно считать диоксид урана ,так как он обладает высокой температурой плавления, он менее подвержена температурному расширению, чем сплавы урана, не имеет фазовых переходов , значительно меньше подвержен коррозии и не взаимодействует с конструкционными материалами . Но низкая плотность оксидного топлива требует увеличения обогащения топлива, чтобы увеличить кампанию топлива. Низкая теплопроводность UO2 приводит к высокому уровню температур топлива и увеличению запасенной энергии в топливе. Эти недостатки оксидного топлива ограничивают возможности повышения эффективности топливного цикла и безопасности АЭС.

Вывод:

1) Исходя из теплофизических свойств, в качестве топлива предпочтительна двуокись урана, так как у нее более линейны плотность, теплоемкость, коэффициент линейного расширения и теплопроводность в достаточно широких диапазонах температур по сравнению с металлическим ураном и плутонием.

2) Нечетные изотопы хорошо делятся на тепловых нейтронах, а четные – на быстрых нейтронах. У четных изотопов больше резонансная область, по сравнению с нечетными изотопами.

 

Теплоносители.

Теплофизические свойства[1].

Эле- i мент Плот-ность gi, г/см3 Молярная масса Аri, а.е.м Темпе-ратура плавления Тпл, °C Темпера-тура кипения Ткип, °C Теплота плавления   кДж/моль Теплота испарения   кДж/моль Молярная теплоемкость   Дж/К*моль Теплопроводность   Вт/м*К
O 0,00143 15,995 -218,35 -182,96 0,444 3,41 29,4 0,027
He 17,85×10-5 4,003 -271 (при 3,76 МПа) -268,8   0,08 20,79 0,152
H2O 0,997 18,011 - - 75,37 0,56
D2O 1,1 20,023 3,81 101,43 5,301 45,4 84,3  
N 0,808 -209,86 -165,75 0,72 5,57 29,125 0,026
Pb 11,34 207.2 327,46 4,77 177,8 26,65 35,3
Bi 9,79 208,9 271,44 11,3 7,9
Pb-Bi     396,6 - - 12,7
Na 0,971 22,9 2,64 97,9 28,23
K 0,856 39,1 2,33 76,9 29,6
Na-K 0,89   - - 25,8
Hg 13,55 200,59 -38,83 356,73 2,295 58,5 27,98 8,3
Ar 0,001784 39,948 -189,35 -185,85 7,05 6,45 20,79 0,0164
Li 0,534 6,938 180,54 2,89 24,86 84,8
CO2* 0,00468 -78°C -57°C 25,13 - - 0,0233

субл= -78,5; rисп=573 кдж/кг

Нейтронно-физические характеристики[2].

Сечения упругого рассеяния

 

Газовые теплоносители

N
He
Ar

 

 


В области тепловых нейтронов у Na и Hg самые большие значения сечений упругого рассеяния и примерно равны 10 – 102 барн. У K самая широкая область резонансов с шириной примерно 10-3 – 1МэВ, у Hg эта область уже и равна 10-4 – 10-3 МэВ. У остальных представленных элементов резонансной области нет. У всех элементов в области быстрых нейтронов наблюдается снижение значений сечений упругого рассеяния.

 

У CO2 в области тепловых нейтронов значения сечений низкие и примерно равны 0,01 барн, а в области быстрых нейтронов значения сечений выше и составляют 0,5 – 2 барн. У остальных газов в области тепловых нейтронов значения сечений высокие и равны 0,5*10-4 – 5 барн, а в области быстрых нейтронов значения сечений ниже и составляют 10-15 – 10-1 барн.

Вывод: 1) Для сплавов жидкометаллических теплоносителей характерно более плавное изменение теплофизических свойств, а для газовых теплоносителей, наоборот – для смеси газов характерно менее линейное изменение теплофизических характеристик.

2) И у жидкометаллических, и у газовых теплоносителей сечения в тепловой области больше чем в области быстрых нейтронов (в среднем на 3-4 порядка), но у газовых теплоносителей значения сечений меньше чем у жидкометаллических и в области тепловых нейтронов, и в области быстрых нейтронов.

 

 

Газовые теплоносители

Замедлители

Теплофизические характеристики[1].

 

Элемент i Плотность gi, г/см3 Молярная масса Аri, а.е.м Температура плавления Тпл, °C Температура кипения Ткип, °C Теплота плавления   кДж/моль Теплота испарения   кДж/моль Молярная теплоемкость   Дж/К*моль Теплопровод-ность   Вт/м*К
Be 0,1848 9,0122 - -
C* 2,1 12,0 - 4227-4727 - - -

субл=37270С

 

Зависимость теплоемкости от температуры

 

У бериллия значения теплоемкости меньше чем у графита, но у бериллия небольшая зависимость теплоемкости от температуры в сравнение с графитом.

 

Поглотители.

Теплофизические характеристики[1].

Эле-мент i Плот-ность gi, г/см3 Молярная масса Аri, а.е.м Температура плавления Тпл, °C Темпера-тура кипения Ткип, °C Теплота плавления   кДж/моль Теплота испарения   кДж/моль Молярная теплоемкость   Дж/К*моль Теплопроводность   Вт/м*К
135Xe 0,00585 -111,85 -107,05 2,27 12,65 20,79 0,0057
149Sm 7,52 8,9 29,5 13,3
10B 2,22 - - - - - -
11B 2,34 23,6 504,5 11,09 27,4
Eu 5,243 151,965 - 27,656 13,9
Сd 13,29 112,4 53,59 0,147 85,6

 

 

Сечения упругого рассеяния.

Nb
Zr
Ti

У Zr в области тепловых нейтронов значения сечения рассеяния больше, чем у Nb и Ti и примерно равны 10 – 20 барн. У Nb и TI в этой же области сечения примерно равны03 – 5 барн . У Zr самая широкая область резонансов c шириной 10-4 – 0,5*10-1 МэВ. У Ti и Nb резонансная область уже чем у Zr и ширина примерно равна 10-4 – 10-1 МэВ. В области быстрых нейтронов у всех элементов значения сечений уменьшаются до значений 0,1 – 2 барн.

 

Топливные элемент

Теплофизические свойства[1]

Элемент i Плот-ность gi, г/см3 Молярная масса Аri, а.е.м Темпе-ратура плавле-ния Тпл, °C Температура кипения Ткип, °C Теплота плавления   кДж/моль Теплота испарения   кДж/моль Молярная теплоемкость   Дж/К*моль Теплопро-водность   Вт/м*К
235U 18,7 - - - - - -
238U 19,05 1132,5 12,6 27,67 27,5
UO2 11,0 63,6 6,9
239Pu 19,74 639,7 2,8 343,5 32,77 6,74
240Pu 19,82 - - - - - -
241Pu 19,9 - - - - - -
242Pu 19,94 - - - - - -

 


 

Эффект парности.

На величину энергии связи отдельных нуклонов влияет эффект парности : особо прочно связанны в ядре пары протонов и пары нейтронов. Наибольшие значения энергии связи у ядер с четным числом протонов и четным числом нейтронов – так называемые четно-четные ядра. Энергия связи нуклона значительно меньше у нечетно-четных ядер, а самая малая у нечетно-нечетных ядер.

Соответственно у четных изотопов урана и плутония микроскопические сечения поглощения должны быть значительно меньше, чем у нечетных.

 


 

Нейтронно-физические характеристики[2].

Микроскопические сечения деления

Pu-241
Pu-239

Pu-242
Pu-240

U-235
Th-232

U-233
U-238


Оценка сечений

Сечения деления в области тепловых нейтронов у нечетных изотопов составляют примерно 103 - 104 барн, у четных изотопов значения в этом же диапазоне энергий значительно меньше и составляет примерно 1 – 10-4 барн. Резонансные области у четных изотопов самые широкие с шириной примерно 10-5 – 10-1МэВ, у нечетных изотопов ширина резонансных областей меньше и составляет примерно 0,5*10-5 – 0,2*10-2МэВ. В области быстрых нейтронов у нечетных изотопов сечения деления снижаются по сравнению с сечениями в тепловой области до значений примерно 1-1,5 барн, а у четных происходит резкое возрастание сечений до значений примерно 1– 10 барн.







Последнее изменение этой страницы: 2016-09-05; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.94.200.93 (0.038 с.)