基本介紹
- 中文名：碳化鈾
- 外文名：uranium carbide
在鈾-碳二元系中有UC、UC2和U2C3三種化合物，只有UC在熔點2763K以下無相變。UC晶體呈NaCl型面心立方結構，理論密度13.61t/m。與UO2相比，UC的含鈾密度高，等於12.96t/m；在1237K時的熱導率21.7W/(m·K)，約為二氧化鈾的8倍，故被認為是性能優越的新型核燃料。
UC燃料可由鈾和石墨在電弧爐里直接反應並鑄成富碳錠，然後在高溫H2中脫碳製成；或在高溫真空中由碳還原高純UO2製成。為獲取化學計量的UC，要嚴格掌握組分的配料制度和細心控制反應參數。由於UC的化學性質活潑，易與水、空氣發生反應，影響成品質量，操作UC必須在充有惰性氣體的手套箱中進行。UC粉末易燃，粉碎時需用三氯乙烯保護。
在反應堆內使用時，UC燃料的最高工作溫度為1773K，遠比UO2的為低。即使在燃耗80000MW·d/t時，裂變氣體釋放量只有30%~50%，約為UO2的1/2。保存在燃料內的裂變氣體使燃料腫脹，引起燃料與包殼的機械相互作用，可能導致包殼破損。為改進燃料棒性能，將有效密度限制為80%理論密度，線功率低於90kW·m。在輻照到更高的燃耗時，觀察到奧氏體不鏽鋼的碳化，但不會使包殼性能變壞。試驗也表明:碳化鈾與Na、Ta、Zr及Ti等材料可相容到1273K。所以，只要元件設計時採用較寬的芯塊-包殼間隙，並用Na結合代替He結合來增加輻照穩定性和提高傳熱效率，碳化物是有希望用作快中子增殖堆燃料的。例如印度的FBTR快中子堆就是採用UC-PuC混合物作為燃料的。
