Ядерное топливо Сечения деления, барн Энергия, эВ U235 U233 Pu239 Тепловые, 0.01-0.1 582 524 742 Промежуточн. 5.102-105 2 3 2 Быстрые 105-106 1.3 2 2 = 239U – (23,5 мин) 239Np – (2,3 сут) 239Pu. 232Th+1n = 233Th– (23,3 мин) 233Pa– (27,4 сут) 233U 238U+1n Топливные циклы ВВЭР-1000 Выгорание 40 ГВт/с.т Загружено 44 кг/т U235 Выгружено: • • • • • 12.6 кг/т U235 5 кг/т U236 0.6 кг/т Np237 5.6 кг/т Pu239 1.8 кг/т Pu241 Требования к ядерному топливу • • • • Высокая ядерная плотность. Концентрация делящегося изотопа должна обеспечивать возможность необходимой критической загрузки и запас реактивности реактора. Радиационная стойкость, т.е. минимальное изменение свойств, объема и способность удерживать внутри себя продукты деления, в том числе и газообразные. Высокая теплопроводность. Теплопроводность определяет уровень температуры, градиентов температуры и величину термических напряжений. Однако в случае высоких температур плавления и жаропрочности ядерного топлива возможно использование его и при относительно низкой теплопроводности. Определенная пористость, желательная потому, что она является компенсатором радиационного распухания и повышает радиационную стойкость ядерного топлива. Требования к ядерному топливу • • • • • • • Механическая прочность, совместно с оболочкой обеспечивающая механическую прочность твэла. Высокая температура плавления, с определенным запасом превышающая максимальную рабочую температуру. Низкая упругость паров. Совместимость с материалами оболочки. Коррозийная и эрозийная устойчивость по отношению к теплоносителю для предотвращения загрязнения контура реактора продуктами деления и самим топливом. Доступность, относительная дешевизна, простота получения и обработки. Возможность регенерации отработавших твэлов простыми и дешевыми способами, а также возможность переработки технологических отходов и выбракованных твэлов. Основные виды топлива С, % Тпл,, 0C V/V Освоенность U 100 1130 + - + Pu 100 640 + - +, - UO2 88 2880 - + + UPuO2 88 2840 - + + UC 95.2 2370 + + +.- UPuC 95.2 2340 + + +,- UN 94.4 2850 + + +,- UPuN 94.4 2820 + + +,- Топливо Теплопроводность соединений U и Pu 20 Коэффициент теплопроводности Вт/мК UPuN UN 10 UO2 UPuO2 0 0 1000 2000 Температура, Цельсия 3000 Распухание нитридного и оксидного топлива Скорость распухания, %/% 5 4 3 UPuN 2 1 UO2, UPuO2 0 400 800 1200 Температура, С 1600 Требования к конструкционным материалам • • • • • • • • Малое сечение захвата нейтронов. Высокая температура плавления Высокая прочность и достаточная пластичность, что бы выдерживать без разрушения напряжения и деформации в процессе эксплуатации. Способность сохранять свойства и размеры при облучении, или менять их в допустимых пределах. Высокая теплопроводность, для ограничения температур, градиентов температур и термических напряжений. Коррозийная и эрозийная стойкость в среде теплоносителя. Достаточное сопротивление усталости в связи с наличием в твэлах циклических нагрузок. Отсутствие значительного различия коэффициентов термического расширения конструкционных материалов и сердечников твэлов. Требования к конструкционным материалам • Отсутствие значительного количества элементов, обладающих большим поперечным сечением активации, высоким периодом полураспада нестабильных изотопов и относительно жестким излучением, которые в основном обусловливают появление наведенной активности после нейтронного облучения. Присутствие таких элементов затрудняет обращение с отработавшими твэлами и их переработку. • Дешевизна, доступность, простота в получении и легкость в обработке в процессе изготовления твэла. • Возможность отделения от делящегося материала твэла механическими, химическими или пирометаллургическими способами для проведения регенерации ядерного топлива. Конструкционные материалы Конструкционные материалы Материал Тпл, 0С , барн Вода, 0С Na-K , 0С Алюминий 660 0.22 200 300 Цирконий 1855 0.18 330 600 Сталь 1420 2.88 600 900 Магний 651 0.06 - - Графит 3650 0.0045 - - Вольфрам 3380 19.2 900 -