Термоядерный синтез Физические основы ядерного синтеза Токамак Реакторная технология Перспективы термоядерной энергетики Атомные реакторы на быстрых нейтронах ТВЭЛ для РБМК Корпус ядерного реактора


Ядерные материалы и изделия

Развитие ядерной индустрии невозможно без создания специальных материалов со специфическими (и уникальными!) свойствами. Ядерные материала можно разделить на два класса: функциональные и конструкционные. Функциональные материалы непосредственно участвуют в ядерном топливном цикле. К ним относятся: ядерное топливо (и изделия с его участием - ТВЭЛы, ТВС, боевые заряды бомб и др.), замедлители, поглотители и отражатели нейтронов (и изделия на их основе, такие, как управляющие стержни атомного реактора), материалы фильтров (активных и пассивных), селективные мембраны, ионно-обменные смолы, адсорбенты и другие материалы, задействованные в синтезе и очистке промышленных радионуклидов. Другой класс - конструкционные материалы - используются в различных узлах атомных реакторов и многочисленных ядерных- и термоядерных установок. Особенностью ядерного материаловедения является получение сверхчистых материалов, устойчивых к мощным радиационным воздействиям.

В настоящей лекции мы рассмотрим физико-химические основы создания структурно стабильных функциональных и конструкционных материалов. Основное внимание уделим изложению принципов разработки материалов с заранее заданными свойствами, особенностям поведения материалов при термических, радиационных и механических воздействиях, а также в условиях интенсивной коррозии.

1. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА 1.1 Ядерное горючее

Ядерное горючее - вещество, в котором протекают ядерные реакции деления с выделением полезной энергии.

Ядерное топливо для энергетического реактора выбирается с учетом его ядерных и химических свойств, а также стоимости. К делящимся веществам относятся изотопы 233U, 235U, 239Pu, 241Pu, способные делиться при взаимодействии с нейтронами любых энергий (беспороговое деление) и, следовательно, способные поддерживать цепную реакцию деления, а также 232Th и 238U, которые делятся под действием быстрых нейтронов (пороговое деление). К сырьевым элементам относится уран-238 (наработка плутония-239) и торий-232 (наработка урана-233). Реакторы с кипящей водой BWR. Последовательность событий, связанная с плавлением активной зоны, взаимодействием воды и топлива и окончательным расположением бассейна с расплавленным топливом очень сходна с событиями, происходящими в PWR.

235т т 23 8т т 232ти 233тт 239™ 241т,

U, U и Th относятся к природным, U, Pu, Pu - к искусственным изотопам. Единственный природный изотоп, делящийся под действием нейтронов любых энергий, - 235U - называется первичным ядерным горючим, остальные 5 изотопов - вторичным. При реакции деления ядер урана выделяется 180 МэВ на один акт деления, что соответствует 7.4*1010 дж на 1 г горючего. Промышленные запасы первичного ядерного горючего - U - в рудах оцениваются в 15 тыс. т., запасы природного вторичного ядерного горючего - 238U и 232Th - 2.5 млн. т.

Природный уран состоит из смеси трех изотопов - урана-238 (99,28%), урана-235 (0,7%) и урана-234 (0,006%). Самоподдерживающаяся реакция деления происходит только на уране-235.


Топливо для реакторов на быстрых нейтронах