核电厂核燃料ppt介绍原理.ppt

《核电厂核燃料ppt介绍原理.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在PPT专区-天天文库。

1、第四章核反应堆燃料可以用作核燃料的核素有铀-233、铀-235、钚-239，其中只有铀-235是天然存在的，天然铀中仅含0.714%的铀-235，其余为约占99.28%的铀-238和约占0.006%的铀-234。铀-233和钚-239是在反应堆中通过钍-232和铀-238俘获中子后嬗变得到的。其核反应过程如下：理想的核燃料需具备以下特点燃料中易裂变原子密度高，即材料中应含有高浓度的裂变（或增殖）原子，其它组合元素中不应有中子吸收截面大的原子。导热性能好，即可以有高的功率密度（每单位堆芯体积的热功率高

2、），或高的比功率（每单位质量燃料的热功率高），燃料能承受高的热流而不产生过大的温度梯度，并能使燃料中心温度保持在熔点以下。熔点高，熔点以下没有相变，不会因为相变而导致熔点以下的密度、形状、尺寸及其它变化。低的热膨胀系数，以保持燃料元件的尺寸稳定。具有化学稳定性，与包壳材料相容，与冷却剂不发生化学反应。辐照稳定性好，即在强辐照下不会因肿胀、开裂和蠕变等引起变形而失效；机械性能（强度、韧性等）也不应在辐照下有很大的变化。材料的物理和力学性能好，易于加工，并能经济地生产。4.1燃料的分类固体燃料可以分为金

3、属型、陶瓷型和弥散体型。4.1.1金属型燃料（1）金属铀从室温到熔点有三个同素异构体，分别为α、β、γ相。优点是裂变原子密度高；导热性能好；加工性能好。它缺点是熔点低（1133℃），辐照稳定性差，与包壳相容性差。（2）铀合金铀通过合金化可使材料稳定在某一相，并以此提高辐照时的尺寸稳定性和抗腐蚀性能。铀-锆合金是一种有希望的金属燃料。铀-钼合金也在研究中。美国的快堆一体化燃料循环研究就是用金属型的铀-钚-10%锆合金作燃料的。4.1.2陶瓷型燃料铀、钚、钍与非金属元素（氧、碳、氮等）的化合物组成了陶瓷

4、型核燃料。由于这些燃料有很高的熔点，无相变，与包壳和冷却剂相容性好，辐照稳定性好等有利条件，动力堆普遍采用这类材料作核燃料。陶瓷型核燃料有氧化物型、碳化物型及氮化物型。氧化物型应用最普遍。各种的性能对比参见表4-1。表4-1各种核燃料的性能对比UUO2UCUNPuMOXTh+UO2熔点（℃）113328652380285064024001750晶体结构αRT-668β668-774γ774-MPFCCFCCFCCα、β、γ、δ、δ′、ε1325FCC1325BCC理论密度Mg/M318.06-

5、19.0410.9613.6314.315.92-19.8211.72（RT）热胀系数10-6/℃a:39.0,b:-6.3,c:27.60-1500℃1020-1000℃10δδ负值热导率W/m．K（℃）25（25℃）2.8（1000℃）8.4（20℃）21.7（1000℃）33（44℃）24.5(1000℃）4.2（RT）38(1000℃）45(650℃）断裂强度MPa344-138011062241弹性模量1011Pa1.0-1.72.02.16.9辐照效应450℃肿胀没明显肿胀比UO2肿

6、胀略多氮的寄生俘获U从心部向边缘迁移化学稳定性与氢、水、空气在RT作用稳定至500℃与钠不作用,与水作用与氧、氢、水作用与空气、水作用,与钠不作用生产易粉末冶金法从UO2制得从UO2制得生物学上有害FBR20%PWR3-5%易尺寸稳定性差好好好差4.2二氧化铀燃料优点：a.熔点高，晶体结构为面心立方（FCC），各向同性，并且从室温到熔点没有相变。b.高温稳定性和辐照稳定性好。c.化学稳定性好，与高温水不起作用，与包壳相容性好。d.在1000℃以下能包容大多数裂变气体。e.有适中的裂变原子密度，非裂变

7、组合元素氧的热中子俘获截面低（0.002靶恩）。缺点：a.导热系数小，使芯块的温度梯度过大。b.机械强度低、脆，在反应堆条件下易裂，且加工成型困难4.2.1二氧化铀的物理性能（1）晶体结构（2）密度（3）熔点（4）导热率（5）热膨胀（6）蒸汽压二氧化铀的晶体结构二氧化铀的晶体结构图4-2铀——氧系平衡图相图中的垂线代表化合物UO2(O/U=2.0)和U4O9(O/U=2.25)，O/U比较大的其它化合物是U3O8和UO3。低温下，O/U<2的是UO2和金属铀的混合物，高温下是UO2和液态金属铀的混

8、合物。在一个O/U不等于2.0的很宽的区域，系统是单相。是氧在氧化物中的真正的固溶体。在各种化合物UaOb的垂线之间存在很多的两相混合物。4.2.2力学性能UO2在常温下是脆性陶瓷体，断裂强度约为110MPa，在韧脆转变温度（～1400℃）以上，随着温度升高，强度急剧降低，同时出现塑性。1)断裂强度－二氧化铀在脆性范围内的断裂强度与密度、晶粒度、温度有关。σf=170×[1-2.62（1-D）]12G-0.047exp（-1590/RT）（4-2）式中σf—断裂强度（