Керамический уран.

Керамическое топливо (керамики) – твердые неорганические материалы с высокой температурой плавления. Межатомные связи в керамиках преимущественно ионные или ковалентные. Поэтому керамики можно использовать при высоких температурах. UCx, UOx, UN, US, UP.Основные преимущества:1) возможности эксплуатации топлива АЭС при более высоких температурах, поскольку Тпл керамических топлив существенно превышает температуру плавления металлических топлив; 2) хорошей радиационной (размерной, структурной и объемной) стабильности из-за отсутствия низкотемпературных фазовых превращений; 3) высокой стойкостью к коррозии, окислению и взаимодействию с теплоносителем в результате относительной химической инертности и совместимости с материалами оболочек и реакторного теплоносителя (вода, пар и т.д.).

Окисное горючее наиболее широко применяется в реакторах. Его главным преимуществами являются: хорошая коррозионная стойкость во многих средах, размерная стабильность против облучения и тугоплавкость. Эти свойства наиболее важны для энергетических реакторов. Основные недостатки этих видов горючего – хрупкость и малая теплопроводность.

UO2 используется в современных тепловых энергетических реакторах (легководные и тяжеловодные реакторы и т.д.).Монокарбид урана UC является потенциальным топливом, которое находится сейчас в стадии разработки и исследований. Нитрид урана UN – альтернативное потенциальное топливо для будущих тепловых энергетических реакторов. Оно также сейчас находится в стадии исследований и разработки. В качестве смешанных керамических топлив UO2×PuO2 или (U, Pu)O2 используется в быстрых реакторах-размножителях с жидкометаллическим теплоносителем, а UC×PuC и UN×PuN или (U, Pu)C или (U, Pu)N разрабатываются в настоящие время как перспективные топлива для будущих быстрых реакторов-размножителей с жидкометаллическим теплоносителем.

Коррозия.более стойки к коррозии, чем металлические топлива. UO2 стабилен в воде и паре легководных и тяжеловодных реакторов при температурах вплоть до 320 ºС. Он корродирует на воздухе и в окислительном теплоносителе (в случае разгерметизации оболочки) при высоких температурах (выше 320 ºС) и интенсивном облучении. UC обладает плохой коррозионной стойкостью в воде, паре или содержащем кислород теплоносителе при относительно низких температурах (выше 55 ºС). Скорость коррозии UN очень сильно зависит от стехиометрии. Присутствие свободного урана или U2N3 отрицательно сказывается на коррозионной стойкости. В воде или паре при температурах около 100 ºС защитная пленка, которая образуется на поверхности UN, постепенно теряется по мере увеличения ее толщины и растрескивания. Такое коррозионное поведение аналогично наблюдаемому на поверхности металлического топлива.

Влияние облучения. Радиационный рост оказывает небольшое влияние на оксидное или керамическое топливо, поскольку оно, как правило, работает при высокой температуре. Термическоециклирование обычно приводит к растрескиванию топливных таблеток из UO2, а не к изменению их размеров. Поэтому основными радиационными эффектами, заслуживающими рассмотрения при анализе влияния облучения на оксидные или керамические топлива, остаютсярадиационное распухание(увеличение объема за счет ГПД; зависит от выгорания и температуры топливных таблеток)и радиационная ползучесть (проявляется при температурах 800–1000 ºС).

Изготовление. Большая часть оксидного топлива используется в виде таблеток, приготовленных прессованием и спеканием.