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    鈾是普遍使用的核燃料

    2016/12/14 13:52:16

    鈾是普遍使用的核燃料。天然鈾中只含0.7%的U235,其余為U238。天然鈾的這個(gè)濃度正好能使核反應(yīng)堆實(shí)現(xiàn)自持核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng),因而成為最早的核燃料,功率密度,一般要用U含量大于0.7%的濃縮鈾。這可以通過(guò)氣體擴(kuò)散法或離心法來(lái)獲得。

    金屬鈾在堆內(nèi)使用的主要缺點(diǎn)為:有同質(zhì)異晶轉(zhuǎn)變;熔點(diǎn)低;存在尺寸不穩(wěn)定性;最常見(jiàn)的是核裂變產(chǎn)物使其體積膨脹(稱為腫脹);加工時(shí)形成的織構(gòu)使鈾棒在輻照時(shí)沿軸向伸長(zhǎng)(稱為輻照生長(zhǎng)),雖然不伴隨體積變化,但伸長(zhǎng)量有時(shí)可達(dá)原長(zhǎng)的4倍。此外,輻照還使金屬鈾的蠕變速度增加(50~ 100倍)。這些問(wèn)題通過(guò)鈾的合金化雖有所改善,但遠(yuǎn)不如采用UO2陶瓷燃料為佳。

    钚(Pu)是人工易裂變材料,臨界質(zhì)量比鈾小,在有水的情況下,650克的钚即可發(fā)生臨界事故。钚的熔點(diǎn)很低(640℃),一般都以氧化物與UO2混合使用。钚與U組合可以實(shí)現(xiàn)快中子增殖,因而使钚成為著重研究的核燃料。

    釷吸收中子后可以轉(zhuǎn)換為易裂變的U,它在地殼中的儲(chǔ)量很豐富,所能提供的能量大約相當(dāng)于鈾、煤和石油全部?jī)?chǔ)量的總和。釷的熔點(diǎn)較高,直至1400℃才發(fā)生相變,且相變前后均為各向同性結(jié)構(gòu),所以輻照穩(wěn)定性較好,這是它優(yōu)于鈾、钚之處。釷在使用中的主要限制為輻照下蠕變強(qiáng)度很低。一般以氧化物或碳化物的形式使用。在熱中子反應(yīng)堆中利用U-Th循環(huán)可得到接近于1的轉(zhuǎn)換比,從而實(shí)現(xiàn)"近似增殖"。但這種循環(huán)比較復(fù)雜,后處理也比較困難,因此尚未獲得廣泛應(yīng)用。

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