7.Виды ядерного топлива.

В качестве ядерного топлива могут использоваться металлический уран, двуокись урана UO₂, карбиды и бикарбиды урана UC, UC₂. В настоящее время в реакторах на тепловых нейтронах чаще всего используется двуокись урана, которая имеет следующие преимущества:

- совместимость с конструкционными материалами и теплоносителями;

- пористая структура, допускающая достаточно глубокое выгорание ядерного топлива (газообразные продукты деления могут накапливаться в порах, не приводя к повреждению топливной таблетки).

Температура плавления двуокиси урана ≈ 2800 ⁰С, плотность от 6640 до 10970 кг/м³ в зависимости от способа изготовления. Основной недостаток UO₂ - низкая теплопроводность.

Обогащение ядерного топлива – это весовая доля делящегося изотопа (измеряется в процентах).

Природный (ископаемый) уран имеет обогащение 0,72 % и может использоваться в качестве ядерного топлива. Однако чаще используют топливо с обогащением до 4-5 % в реакторах на тепловых нейтронах и до 20-23 % в реакторах на быстрых нейтронах.

Металлический уран использовался в первых проектах газо-охлаждаемых реакторов, имеет температуру плавления 1135 ⁰С, плотность кованого урана 19050 кг/м³, литого - 18600 кг/м³. При облучении нейтронами в реакторе металлический уран распухает за счет образования продуктов деления, его плотность и теплопроводность уменьшаются, металл становится хрупким. Металлический уран химически активен – активно взаимодействует с водой и воздухом. Для улучшения свойств применяется легирование урана алюминием, хромом, бериллием, железом.

Карбиды и бикарбиды урана применяются в настоящее время в высокотемпературных газо-охлаждаемых реакторах. Карбиды урана имеют более высокую по сравнению с двуокисью урана плотность и значительно более высокую теплопроводность. Их недостаток - большая химическая активность со многими реакторными материалами.

8.Замедлители нейтронов.

В качестве замедлителя наиболее часто используются обычная и тяжелая вода, графит, бериллий и окись бериллия.

Основные требования, предъявляемые к замедлителю - высокая эффективность замедления и низкое поглощение нейтронов.

Численными характеристиками этих требований служат замедляющая способность – ξΣ_s и коэффициент замедления – К_з = ξΣ_s / Σ_а.

Перечисленные характеристики зависят от Σ_s, Σ_а - макроскопических сечений рассеяния и поглощения нейтронов и ξ - логарифмического декремента замедления, характеризующего относительную потерю нейтроном энергии в одном столкновении:

ξ = ln(ΔЕ / Е)

где ΔЕ - потеря энергии нейтроном при одном столкновении;

Е - энергия нейтрона перед столкновением.

Наибольшей замедляющей способно­стью обладает легкая вода, однако, она существенно поглощает нейтроны (см. табл.3). Поэтому реакторы с водным замедлителем обладают минимальными габаритами, но требуют обогащенного урана.

У тяжелой воды максимальный коэффициент замедления, но небольшая за­медляющая способность. Поэтому реакторы с тяжеловодным замедли­телем имеют большие размеры, но могут использовать в качестве топлива природный уран и при этом допускают применение конструкционных материалов, поглощающих нейтроны.

Реакторы с графитовым замедлителем имеют еще больший размер, но при этом требуют обогащенного топлива.

Таблица 3.

Характеристики основных замедлителей при энергии тепловых нейтронов

Вещество	Плотность, г/см3	Замедляющая способность ξ Σs. см-1	Коэффициент замедления Кз
Легкая вода	1,0	1,35	61
Тяжелая вода	1,1	0,188	4300
Графит	1,6	0,064	170
Бериллий	1,85	0,155	125
Окись бериллия	2,96	0,120	1.0

С нейтронно-физической точки зрения хорошим замедлителем является бериллий и окись бериллия, тем более что его использование обеспечивает дополнительную генерацию нейтронов вследствие реакции (γ, n) и (α, n). Однако из-за высокой стоимости, токсичности и химической активности в контакте с водой эти вещества в ядерных энергетических реакторах не используются.