Реакторы, охлаждаемые углекислым газом, страница 7

     В качестве реакторного топлива (наряду с окислами  и карбидами) м.б. использованы и другие соединения урана): UN, US, UP, U₃Si₂. Они обладают похожими свойствами, но исследованы меньше, чем UO₂, и UC. В табл.1 приведены коэффициенты теплопроводности различных типов реакторного топлива.

Таблица 1.1   1  Коэффициенты теплопроводности керамического топлива и воспроизводящих                            материалов

Топливо или воспроизводящий материал	Средний коэффициент теплопроводности,  Вт/мК	Температурная область, К
UO2(поликристаллическая)	3,6	473 - 1273
UС	23	473 - 1273
UС2	8	473 - 673
UN	20	473 - 1273
US	14	273 - 1073
U3Si2	20	873 - 1273
ThO2	3,6	473 - 1273
ThC	8	473 - 673

     В высокотемпературных газоохлаждаемых реакторах применимы и соединения плутония. Среди них наиболее исследованы PuO₂ и PuC. Воспроизводящим материалом в реакторах может служить также торий, который образует стабильную окись ThO₂. Плотность ThO₂ составляет         10  г/см3.

     Карбид тория ThC по своему поведению похож на карбид урана. Он имеет более высокую плотность, повышенную температуру плавления. Хотя его теплопроводность значительно ниже теплопроводности UC, она все же больше теплопроводности оксида тория.

     Тепловыделяющие элементы всех энергетических реакторов имеют оболочки, уменьшающие выход радиоактивных продуктов деления в первый контур и исключающие химическое взаимодействие м/у топливом и теплоносителем. В высокотемпературных газоохлаждаемых реакторах HTR металлические оболочки твэлов неприемлемы вследствие очень высоких температур в активной зоне. Использование в качестве оболочек твэлов слабо проницаемых сортов графита также не дало желаемых результатов. Поэтому в реакторах HTR используются керамические материалы.

     Было предложено разделить топливо внутри твэла на множество небольших частиц и снабдить каждую из них собственной керамической оболочкой. Диаметр таких микро-твэлов в пределах 200 – 2000 мкм. Для покрытия используются преимущественно пиролитический графит и другие керамические материалы, окружающие топливо несколькими слоями.

     Такое покрытие микротвэлов выполняет следующие функции:

-  защищает графитовую матрицу твэла от  разрушения при накоплении продуктов деления;

-  максимально уменьшает выход  продуктов деления в теплоноситель;

-  защищает топливо от загрязнений теплоносителя;

-  защищает топливо от контакта с воздухом при изготовлении твэлов;

-  уменьшает диффузию и миграцию топлива при высоких температурах активной зоны.

Поскольку внутри микротвэлов создается высокое давление за счет выхода газообразных продуктов деления, поэтому для них наиболее оптимальна форма сферы. В настоящее время можно получать такие микротвэлы, которые  полностью отвечают рабочим условиям высокотемпературных реакторов.

    Сначала топливом в виде смешанных кристаллов служили преимущественно карбиды урана и тория, поскольку они обладают лучшей термодинамической стабильностью в присутствии углерода. Окисное же топливо по сравнению с карбидным лучше удерживает газообразные и твердые продукты деления вследствие специфики своих физико-химических свойств.

     Изготовление собственно микротвэлов состоит из двух этапов: изготовления топливного сердечника (керна) и его покрытия. Топливный сердечник изготовляется методом мезоль-гель-процессом. Наилучшим покрытием для твэлов высокотемпературных реакторов является изотропный пироуглерод.