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 10^3– 0,5*10^4барн, а самые маленькие у Pu-242, U-235 и U238 и примерно равны 10 – 10^2барн. 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.

Микроскопические сечения неупругого рассеяния

Pu-241

Pu-239

Pu-240

Th-232

U-233

U-235

U-238

Pu-241

Pu-242

Сечения неупругого рассеяния в области тепловых нейтронов самые маленькие у Pu-242 и U-238 и составляют 10 – 10² барн. У остальных элементов значения сечений близки и примерно равны 10³ – 10⁴ барн. Резонансная область самая широкая у U-238 с шириной 0,5*10^-5 – 0,2*10^-1МэВ, самая узкая у Pu-241 с шириной 10^-5 – 0,5*10^-3МэВ. В области быстрых нейтронов наблюдается снижение значений сечений по сравнению с сечениями в области тепловых нейтронов у нечетных элементов, а у четных элементов в области быстрых нейтронов значения сечений немного увеличиваются, не достигая значений сечений в тепловой области.

Полные микроскопические сечения

Pu-239

Pu-242

U-235

U-238

Pu-240

Th-232

U-233

Pu-241

Полные сечения в области тепловых нейтронов у нечетных изотопов составляют примерно 10³ – 10⁴ барн, у четных изотопов меньше по сравнению с нечетными изотопами и составляют примерно 10 – 10³ барн. Резонансная область самая широкая у U-238 и Pu-240 с шириной примерно 10^-5 – 0,2*10^-1МэВ, самая узкая Pu-241 и Pu-242 с шириной примерно 10^-5 – 10^-3МэВ, у остальных элементов ширина резонансной области примерно 10^-5 – 0,5*10^-3МэВ. В области быстрых нейтронов у нечетных изотопов полные сечения значительно меньше, чем в области тепловых нейтронов и составляют 1 – 10 барн, а у четных изотопов полные сечения в области быстрых нейтронов снижаются не значительно по сравнению с тепловой областью и примерно равны 10 барн.

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/см^3	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

*Т_субл= -78,5; r_исп=573 кдж/кг

Нейтронно-физические характеристики[2].

Сечения упругого рассеяния