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行业新闻

铀是普遍使用的核燃料

2016/12/14 13:52:16

铀是普遍使用的核燃料。天然铀中只含0.7%的U235,其余为U238。天然铀的这个浓度正好能使核反应堆实现自持核裂变链式反应,因而成为最早的核燃料,功率密度,一般要用U含量大于0.7%的浓缩铀。这可以通过气体扩散法或离心法来获得。

金属铀在堆内使用的主要缺点为:有同质异晶转变;熔点低;存在尺寸不稳定性;最常见的是核裂变产物使其体积膨胀(称为肿胀);加工时形成的织构使铀棒在辐照时沿轴向伸长(称为辐照生长),虽然不伴随体积变化,但伸长量有时可达原长的4倍。此外,辐照还使金属铀的蠕变速度增加(50~ 100倍)。这些问题通过铀的合金化虽有所改善,但远不如采用UO2陶瓷燃料为佳。

钚(Pu)是人工易裂变材料,临界质量比铀小,在有水的情况下,650克的钚即可发生临界事故。钚的熔点很低(640℃),一般都以氧化物与UO2混合使用。钚与U组合可以实现快中子增殖,因而使钚成为着重研究的核燃料。

钍吸收中子后可以转换为易裂变的U,它在地壳中的储量很丰富,所能提供的能量大约相当于铀、煤和石油全部储量的总和。钍的熔点较高,直至1400℃才发生相变,且相变前后均为各向同性结构,所以辐照稳定性较好,这是它优于铀、钚之处。钍在使用中的主要限制为辐照下蠕变强度很低。一般以氧化物或碳化物的形式使用。在热中子反应堆中利用U-Th循环可得到接近于1的转换比,从而实现"近似增殖"。但这种循环比较复杂,后处理也比较困难,因此尚未获得广泛应用。

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