碳化鈾

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。
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。

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