Анализ мирового энернетического рынка Воздействие радиации на человека Мировые тенденции в сфере энергетике Традиционные виды энергетики Солнечная коллектор Наука в атомной сфере

 Микроструктура образцов модельного топлива на основе UO2-Er2O3 (рис.3) была получена на сканирующем микроскопе “Camebax” при ускоряющем напряжении 20кэв и токе зонда 0,5-1,2 ηА. Структура таблетки на боковой и торцевой поверхности практически одинакова. Хорошо видны границы зерен. Размер зерен колеблется от 3 до 40мкм. Средний размер в таблетках всех партий изменялся в пределах 12-16мкм.

  Форма зерен в основном приближается к равноосной. По границам зерен и по тройным стыкам часто встречаются поры. Они бывают как мелкими (порядка нескольких мкм) и вытянутыми вдоль границ, так и крупными (10-15мкм). идентична структуре модельного топлива на основе UO2. Небольшие отличия заключались лишь в количестве и размерах пор и включений. Поры и включения располагались по границам зерен и тройным стыкам, а также в незначительной степени в объеме зерна.

Микрорентгеноструктурные исследования позволили установить природу включений. Наиболее подробные исследования проводились на образцах модельного топлива на основе UO2 и их результаты представлены в табл.4.

Исследование элементного состава структурных составляющих показали (табл.4), что основу светлых включений составляют Mo, Ru, Pd. В них отсутствует кислород и очень мало урана. Присутствие в них в отдельных случаях небольших количеств редкоземельных и щелочноземельных металлов объясняется локальностью метода и неравномерным распределением вводимой добавки. Вне всякого сомнения, светлые включения представляли из себя твердый раствор Mo-Ru-Pd с небольшим содержанием урана.

 Серые включения содержали кислород, а также Ba, Sr, Zr, Mo, U, Gd, Er, Ce и La. Их состав был близок к перовскитной фазе АВО3. Общую формулу которой можно записать в следующем виде (Ba1-xzSrx)·(Zr1-m-n-pMomUnGdp)·O3, при этом наибольшая концентрация в перовскитной фазе приходится на долю бария, циркония, урана и гадолиния. Изредка в них находили в небольших количествах РЗЭ, что объяснялось теми же причинами, что и в случае с их присутствием в светлых включениях.

 В оксидной матрице во всех случаях отсутствовали Ru, Pd, Mo и Ва. Редкоземельные элементы находились в основном в твердом растворе на основе диоксида урана. Цирконий присутствовал в UO2 в незначительных количествах и встречался не всегда (табл.4).

Таблица 4

Микрорентгеноспектральный анализ элементного состава структурных составляющих образцов модельного топлива

Mo

Ru

Pd

Nd

La

Ce

Y

Ba

Sr

Zr

U

W

O

Матрца UO2

0,00

0,00

0,00

0,45

0,74

0,59

0,06

0,00

0,21

0,10

85,73

0,30

11,86

0,00

0,00

0,00

3,45

0,31

0,27

0,16

0,00

0,23

0,00

82,65

0,00

11,92

0,00

0,00

0,00

0,45

0,42

0,16

0,00

0,00

0,59

0,12

86,45

0,09

11,48

0,00

0,00

0,00

0,69

0,22

0,43

1,04

0,00

0,00

0,05

83,56

0,03

11,93

Белые включения

66,88

31,46

0,23

0,12

0,03

0,03

0,09

0,05

0,00

0,00

0,16

1,44

0,00

67,37

30,32

0,00

0,14

0,08

0,00

0,05

0,03

0,07

0,00

0,00

0,90

0,00

46,99

50,44

0,00

0,05

0,09

0,00

0,13

0,06

0,00

0,00

0,00

0,48

0,00

47,62

51,46

0,00

0,00

0,00

0,14

0,02

0,03

0,13

0,00

0,06

0,57

0,00

65,11

32,34

0,05

0,00

0,00

0,07

0,00

0,00

0,10

0,00

1,12

1,16

0,00

Серые включения

0,00

0,00

0,00

0,39

0,04

0,28

0,18

0,64

5,19

46,21

30,32

0,00

15,84

1,12

0,00

0,00

0,43

0,17

1,07

0,18

12,52

6,16

32,34

32,51

0,08

13,43

0,08

0,00

0,00

0,91

0,08

0,80

0,19

0,51

2,19

49,80

28,90

0,00

15,95

0,18

0,09

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

1,00

0,16

70,65

7,98

0,05

18,09

Наличие во всех трех фазах почти во всех случаях небольших количеств вольфрама можно объяснить его поступлением из исходных порошков и материалов технологического оборудования.

  Микрорентгеноспектральные исследования элементного состава структурных составляющих образцов модельного топлива, содержащего добавки выгорающих поглотителей (Er, Gd), выявили ту же картину. Отличие заключались лишь в том, что оксидная матрица, а также перовскитная фаза содержали дополнительно Er или Gd.

Измерения теплопроводности проведены на установке “Квант”, предназначенной для определения теплофизических характеристик образцов оксидного ядерного топлива методом лазерной вспышки.

Значения температуропроводности образцов получали путем обработки экспериментальных данных логарифмическим методом [6].

 Теплоемкость образцов определяли с помощью следующего выражения:

, (1)

где Ср – теплоемкость, m – масса, ∆Т – максимальная температура подогрева образца после лазерного воздействия, а Q – поглощенная образцом энергия, определяемая с помощью эталона.

Теплопроводность рассчитывали по уравнению

где а – температуропроводность, Ср – теплоемкость, а ρ – плотность образца.

Измерения, проводившиеся при нагреве и при охлаждении образцов, не показали различий в получаемых результатах. Температурные зависимости теплопроводности исследуемых образцов представлены на рис.4.

Рис. 4. Температурные зависимости теплопроводности образцов МЯТ.

Для исключения влияния пористости, полученные результаты были нормированы на 95% от теоретической плотности (ТП) с помощью формулы Максвелла-Эукина:

λ95= λизм(0,95 / 1+0,05β)·(1+ β·Р / 1-Р), (3)

где где P – пористость, b - постоянная, зависящая от материала и равная 0,5 для UO2 с пористостью менее 10%. Нормированные значения теплопроводности представлены на рис.5, где также приведены рекомендованные значения для чистого диоксида урана с разной стехиометрией и составом: UO2,001 [7] и UO2,000 [8] (U,Gd)O2,000 [9] с плотностью 95%ТП каждый.

Рис.5. Температурные зависимости теплопроводности образцов МЯТ, приведенной к 95% ТП.


Экологические проблемы гидроэнергетики