Алюминий тепловыделяющие элементы

В ядерном реакторе, как известно, используются тепловыделяющие элементы (твэлы), представляющие собой чаще всего стержни из металлического урана высокой чистоты. Стержни из урана покрывают защитной оболочкой из алюминия, которая образует своеобразные пробирки (сейчас эти футляры изготовляют из нержавеющей стали). Урановые стержни помещают в каналы между кирпичами из графита (также высокой чистоты). [c.228]

В настоящее время хлорная металлургия применяется для производства титаиа, ниобия, тантала, циркония, гафния, редкоземельных элементов, германия, кремния, олова и даже алюминия. Она является эффективной при переработке не только многокомпонентных руд, но и промышленных отходов, содержащих ценные элементы, металлолома, отработанных тепловыделяющих элементов ядерных реакторов и т. п. Она нашла широкое применение в металлургии редких металлов. Преимуществами хлорной металлургии по сравнению с традиционными способами извлечения металлов из руд являются полнота вскрытия сырья (полнота извлечения из него ценных элементов), а также высокая избирательность. Метод требует совершенной технологии и высокой культуры производства, поскольку хлор и его летучие соединения очень токсичны и химически агрессивны. [c.171]

Сплавы ниобия с никелем, кобальтом, хромом, вольфрамом, молибденом, титаном и алюминием применяют для изготовления деталей реактивных двигателей, ракет, газовых турбин и т. д. Из ниобия и его сплавов изготовляют оболочки урановых тепловыделяющих элементов ядерных реакторов. Свойства ниобия приведены ниже [c.204]

В атомной промышленности при осуществлении технологического процесса растворения тепловыделяющих элементов, имевших алюминиевую оболочку, в азотной кислоте была обнаружена сильная коррозия аппаратуры из нержавеющей стали. По сообщению Эдвардса [68], контакт алюминия с нержавеющими сталями в 3-н. НЫОз вызывал усиленную коррозию нержавеющих сталей. В этом можно убедиться, проанализировав данные, полученные автором (табл. 36). [c.187]

Как видно, контакт алюминия с нержавеющей сталью приводит к совершенно неожиданным результатам наряду с процессом растворения алюминия, который является желательным при химическом растворении тепловыделяющих элементов, наблюдается усиленная коррозия нержавеющих сталей, т. е. аппаратуры, в которой производится этот процесс. Это интересное явление было подробно исследовано Миролюбовым 112]. Автор показал, что скорость растворения нержавеющих сталей в азотной кислоте сильно зависит от потенциала электрода (рис. 61). По мере смещения потенциала в отрицательную сторону скорость растворения нержавеющих сталей до определенного потенциала возрастает. После этого начинается замедление процесса. Это является следствием изменения состояния поверхности стали при изменении ее потенциала. При достижении определенного потенциала, значение которого зависит от состава стали, концентрации электролита и его температуры, становится возможным восстановление пассивирующей окисной пленки и [c.187]

Технологический цикл переработки ядерного горючего начинается с удаления оболочки с тепловыделяющих элементов механическим или химическим путем. Растворение оболочки, состоящей из алюминия, ведется в щелочи или азотной кислоте. [c.617]

Как видно, контакт алюминия с нержавеющей сталью приводит к совершенно неожиданным результатам наряду с процессом растворения алюминия, который является желательным при химическом растворении тепловыделяющих элементов, наблюдается усиленная коррозия нержавеющих сталей, т. е. аппаратуры, в которой производится этот процесс. [c.187]

Алюминий обладает малым сечением захвата тепловых нейтронов, служащих для расщепления материала тепловыделяющих элементов. При этом он практически не влияет на течение ядерных реакций. В то же время, лишь очень малая доля его атомов испытывает ядерные превращения. Образующийся при этом изотоп алюминия имеет период полураспада, равный 2,3 мин, так [c.539]

Алюминий уместен и в активной зоне реактора [69, 92]. Значительные количества его используются в тепловых реакторах как материал для оболочек тепловыделяющих элементов, испытывающих нагрев из-за выхода радиоактивных продуктов деления алюминий предотвращает возможную реакцию тепловыделяющих элементов реактора с водой. Водоохлаждаемые реакторы требуют материалов, стойких по отношению к воде, нагретой до 250— 350° С. Иногда высказываются сомнения в стойкости алюминия (особенно лри температуре воды выше 300°С). Тем не менее, в литературе подчеркивается пригодность в этих случаях алюминиевых сплавов с 1% кремния наряду с железом (в некоторых случаях требуется предварительная термическая обработка сплава) с 2% никеля и 0,5% железа при 0,2% кремния или с 2% никеля и 2% меди, а также с 1% никеля в материале 5АР, изготовленном методом порошковой металлургии. [c.540]

Сплавы алюминия применимы для оболочек тепловыделяющих элементов, охлаждаемых другими агентами — углекислым газом при температуре около 400° С, органическими веществами — дифенилом и трифенилом при ЗОО—350° С или жидким натрием при температуре до 400° С. [c.540]

Каталитическое действие иона ртути состоит в том, что присутствие его предотвращает образование защитной пленки окиси алюминия на поверхности тепловыделяющего элемента. На этой поверхности ртуть восстанавливается алюминием, образуя с ним ртутно-алюминиевую амальгаму. Амальгамированный алюминий реагирует с азотной кислотой но приведенной выше реакции (8. 2). С накоплением нитрата алюминия в растворе скорость реакции уменьшается. [c.311]

В тепловыделяющих элементах из — А1-сплава с алюминиевой оболочкой содержание алюминия по отношению-к урану настолько велико, что при растворении их в азотной кислоте в исходном растворе создается концентрация А1(КОз)з, достаточная для высаливания урана. Поэтому А1(МОз)з в этом случае добавляется только в промывные растворы. [c.339]

Оба эти процесса применимы для переработки таких элементов с обогащенным ядерным горючим из энергетических реакторов, в которых используется не алюминий, а другие металлические разбавители. Например, они применимы для переработки тепловыделяющих элементов из сплава и — 2г с циркониевой оболочкой для реактора с водой под давлением [2 ] или тепловыделяющих элементов из окиси урана с оболочкой из нержавеющей стали для армейского малогабаритного энергетического реактора. Так как цирконий и нержавеющая сталь устойчивы по отнощению к азотной кислоте, то для растворения таких элементов требуются совершенно другие операции, чем для растворения элементов, содержащих алюминий однако полученный исходный раствор перерабатывается в основном при помощи таких же технологических операций, как и растворы, содержащие алюминий. [c.342]

В первых реакторах, построенных в США, твэлы обычно имели форму блоков из природного или слабо обогащенного урана, в более современных реакторах, использующих ядерное топливо в твердом состоянии, блоки заменены пластинчатыми тепловыделяющими элементами. Сердечник этих элементов состоит из сплава урана и заключен в оболочку из коррозионностойкого материала, например из сплавов алюминия с оловом, циркония с оловом или нержавеющей стали. [c.421]

Тепловыделяющие элементы гетерогенных реакторов обеспечивают сохранение Я. г. и образующихся осколков в небольшом замкнутом пространстве, исключая тем самым циркуляцию высокоактивного теплоносителя. ТВЭЛ представляют собой обычно литые ТЬ, и, Ри, их сплавы или прессованную смесь — керамику или металлокерамику — собственно Я. г. в виде окисла, карбида и т. п. с матрицей из металлов, окислов и т. п. Матрица обеспечивает необходимое разбавление делящихся изотопов до допустимых, с точки зрения удельных тепловых нагрузок, концентраций. Гетерогенное Я. г. покрыто снаружи герметичной оболочкой из алюминия, циркония, нержавеющей стали. Комплекты из ТВЭЛ в виде пластин, трубок, цилиндров, стержней часто объединяются в сборки, помещаемые в рабочие ячейки ядерных реакторов. [c.539]

Фторид лития входит в состав флюсов, употребляемых при сварке алюминия и легких сплавов. Карбонат и нитрат лития используются в пиротехнике, так как пары их окрашивают пламя в интенсивно красный цвет. Гипохлорит и перекись лития являются сильными окислителями и применяются в текстильной промышленности для отбеливания тканей. В последние годы литий находит все большее применение в новой отрасли техники — при производстве и преобразовании ядерной энергии. Высокая теплоемкость, широкая область жидкого состояния (180—1336°), высокая теплопроводность, низкая вязкость и плотность жидкого лития представляют удобную комбинацию свойств для теплоносителя в урановых реакторах. Применение лития в этом случае упрощает конструкцию тепловыделяющих элементов, так как давление паров лития при рабочей температуре (500°) составляет всего несколько десятков миллиметров ртутного столба. [c.6]

Применение обогащенного урана привело к существенному разбавлению его алюминием, а использование для тепловыделяющих элементов окиси урана, а также покрытие тепловыделяющих элементов более стойкими металлами, такими как цирконий, выдвигает новые проблемы. [c.255]

Гетерогенные реакторы загружаются ураном (природным или обогащенным) иногда с добавкой тория. В литературе описаны тепловыделяющие элементы различного состава и формы. Применяются металлический уран, двуокись урана, металлический торий, сплав урана с алюминием, сплав урана с цирконием, сплав урана с молибденом и многие другие комбинации различных элементов с ураном и его изотопами или с плутонием [10, И ]. Для предохранения от коррозии тепловыделяющие элементы покрывают оболочкой из алюминия или его сплавов, из циркония или из нержавеющей стали. Тепловыделяющие элементы различаются и по форме применяют цилиндрические блоки разной длины (100— 300 мм) и диаметра (22,8—28 мм), стержни более 2 м длиной и диаметром 27 мм, трубки, пластины и прочее. [c.40]

Если тепловыделяющий элемент состоит из урана, тория или сплава урана с алюминием, то для растворения обычно применяют азотную кислоту с соответствующим катализатором. Когда тепловыделяющие элементы одеты в алюминиевую оболочку, последнюю удаляют растворением в едком натре, содержащем нитрат натрия, либо в азотной кислоте с добавкой катализатора. Если оболочка сделана из циркония, его сплавов или нержавеющей стали, ее можно снять механическим путем или растворить в плавиковой, серной или соляной кислоте, царской водке или в расплавах солей [14]. Эти растворители пока еще не имеют широкого применения вследствие трудности подбора материала для аппаратуры и его дороговизны (металлический титан, тантал и др.). После растворения оболочки уран (или торий) должен остаться нетронутым. Для ускорения процесс растворения ведут при температуре кипения растворителя. [c.41]

Рассмотрим ядерный тепловыделяющий элемент сферической формы, изображенный на рис. 9-2. Этот элемент представляет собой шарообразный сплошной кусок делящегося материала радиуса окрун енный сферической оболочкой из алюминия, внешний радиус которой будем обозначать через Внутри тепловыделяющего элемента образуются осколки деления, обладающие очень большой кинетической энергией. В результате столкновений между этими осколками и атомами делящегося материала в реакторе выделяется основное количество тепловой энергии. Интенсивность объемного источника тепла, возникающего при делении ядер, обозначим через (в кал-см -с ). Эта интенсивность распределена по объему сферы неравномерно в центре она минимальна. Примем для простоты, что интенсивность является параболической функцией радиальной координаты г [c.251]

Считалось, что магний малопригоден в качестве компонента сплава для оболочек тепловыделяющих элементов (твэлов), так как он довольно интенсивно поглощает нейтроны. Измерения на более чистых образцах магния показали, что сечение захвата тепловых нейтронов у него меньше, чем у алюминия. [c.146]

Система уран — алюминий. Диаграмма состояния этой системы (рис. 10. 45) особенно важна для производства тепловыделяющих элементов (относящиеся к этой диаграмме дополнительные данные приведены в другом источнике [43]). Сплавы из алюминиевого угла диаграммы широко применяются для производства активных зон реактора, содержащих около 16 вес.% обогащенного урана. [c.361]

Сплавы урана с алюминием. Наибольший интерес представляют сплавы с большим содержанием алюминия, используемые для изготовления тепловыделяющих элементов с обогащенным ураном. Однако недавно были предприняты некоторые попытки разработать технологию изготовления тепловыделяющих элементов из сплавов, содержащих от 30 до 45 вес. % урана 17 ]. Есть основания полагать, что здоровые, обезгаженные слитки могут быть отлиты в вакууме или на воздухе. Сплавы, содержащие от 16 до 46% урана, должны удовлетворительно обрабатываться при температуре свыше 399° С, причем все они легко прессуются. [c.437]

Композиты характеризуются высокой прочностью, твердостью, износостойкостью. Например, предел прочности на растяжение композита, состоящего из железного порошка и нитевидных кристаллов оксида алюминия в три раза выше, чем у неармированного железа. В пять раз возрастает усталостная прочность меди при ее армировании волокнами вольфрама. Композиты широко используются в качестве конструкционных материалов, материалов износостойких контактов, подшипников, штампов и инструментов. Многие из них обладают жаростойкостью, поэтому служат огнеупорами, материалами чехлов термопар, испарителей металлов, тепловыделяющих элементов, аварийных стержней в атомной энергетике и др. [c.357]

Реакторы бассейнового типа. Реакторы бассейнового (погружного) типа, во многом аналогичные реактору для испытания материалов, но значительно более простые и экономичные, в последние годы стали наиболее широко распространенным типом исследовательских реакторов (см. гл. XI, раздел В, и работы [1, 2]). У реакторов этого типа (в соответствии с их названием) активная зона подвешена на глубине 7,5 м в бассейне с водой, служащей одновременно замедлителем, охладителем, отражателем и защитой. Ядерное топливо состоит из сплава алюминия с ураном, обогащенным изотопом до 20 или, лучше, 93%. Пластины из А1 — 11-сплава шириной 7,5 см, толщиной 0,5 мм и длиной 60 см в алюминиевых оболочках такой же толщины образуют элементы для циркуляции воды между пластинами оставляют примерно 3-миллиметровые просветы. Критическая масса для погружных реакторов равна примерно 2500 г, размер активной зоны составляет около 0,05 м . Регулирующие стержни представляют собой алюминиевые пеналы, во многом аналогичные оболочкам тепловыделяющих элементов, заполненные карбидом бора и выложенные кадмием. [c.479]

Подробное описание реактора СР-5 представлено в материалах Комиссии по атомной энергии США [50], некоторые его основные характеристики приведены здесь. Активная зона реактора представляет вертикальный цилиндр из тяжелой воды, высота которого 62 см, и диаметр 62 см. В тяжелую воду помещены 16 тепловыделяющих элементов. С боков и снизу активная зона окружена сначала отражателем из D O толщиной 62 см, затем слоем графита толщиной 62 см. Верхний отражатель из D2O имеет толщину 76 см. Тепловыделяющие элементы собраны из плоских пластин, изготовленных из сплава урана с алюминием (17,5% алюминия и 82,5% урана). При вычислении иредноложим, что объемная доля алюминия в активной зоне fAi = 0,0688 и DjO—i d2O=0i914. Проектная тепловая мощность реактора 1000 кет, на этой мощности температура D O составляет 49 С. [c.228]

Многие действующие реакторы имеют трубки водяного охлаждения и оболочки тепловыделяющих элементов из алюминия. В случае высоких температур и при применении в качестве теплоносителей жидких металлов алюминий непригоден. Сталь 1Х18Н9Т используется в тех случаях, когда требуются высокая прочность и химическая стойкость 1при вЫ(Соких температурах. [c.45]

Высокая электропроводность алюминия позволяет использовать его для изготовления проводов, кабелей, электротехнических шин и т. д. Относительно низкое сечение захвата тепловых нейтронов и малая чувствительность структуры и свойств к радиационным воздействиям, хорошая коррозионная стойкость в средах-теплоносителях позволяют использовать алюминий и некоторые его сплавы в атомном реакторо-строении для изготовления защитных оболочек тепловыделяющих элементов, трубопроводов и т. д. Наиболее часто используют технический алюминий в реакторах с водяным охлаждением прн температурах до 130 С. С середины 20-х годов началось широкое применение алюминия и его сплавов в авиастроении. Чистый алюминий применяют главным образом в виде фольги для сотовых конструкций. Высокопрочные сплавы систем А1—Си—и А1—2п——Си используют для силовых элементов планера и крыльев самолетов. Ковочные и жаропрочные сплавы используют для изготовления шасси, лопастей воздушных винтов, шпангоутов, а также для различных деталей двигателей. Около 70 % материалов, применяемых в современных дозвуковых самолетах, Приходится на алюминиевые сплавы. [c.168]

Алюминий является составной частью алюминиевоуранового сплава, применяемого для изготовления самих тепловыделяющих элементов. Стержни из этого сплава после специальной обработки вставляются в алюминиевый патрон и прокатываются в пластины. Кроме того, из чистого алюминия или из его сплавов с магнием или с магнием и кремнием изготовляют реакторные танки. Такие танки оправдали себя как для легкой, так и для тяжелой воды. Далее, из алюминия изготовляют запорные пластины, футляры. Для внешней экранировки реактора служат листы бораля (материал, изготовляемый из механической смеси карбида бора и алюминия). [c.540]

Интересные возможности открываются для применения магния в области реакторостроения. Магний, как и алюминий, бериллий и цирконий, обладает небольшим сечением поглощения тепловых нейтронов. Магниевый сплав с 1% алюминия и 0,05% бериллия применяют как материал для оболочек тепловыделяющих элементов в реакторах с газовым (углекислый газ) теплоносителем. В колдерхольском реакторе магний находится в соприкосновении с углекислым газом (теплоносителем), который поступает в реактор при температуре 140° С и давлении 7 ат, а покидает его с температурой 330° С [121], По сравнению с отлитым и мундштучнопрес-сованным магнием предпочитается материал, изготовленный способом порошковой металлургии [122]. [c.553]

Конструкционные материалы. Кроме топлива и теплонб-сителя, во всех реакторах применяются конструкционные материалы для оболочек тепловыделяющих элементов или для других целей. Эти конструкционные материалы при высокой температуре и облучении должны обладать соответствующей механической прочностью, а также иметь достаточно малое сечение захвата нейтронов. Наиболее щироко применяемыми конструкционными материалами являются нержавеющая сталь и различные сплавы алюминия или циркония. Наиболее подходящи для этой цели сплавы циркония, поскольку они имеют малое сечение захвата, обладают хорошими механическими свойствами, а также устойчивы против коррозии. [c.13]

Для растворения тепловыделяющих элементов применяются следующие реагенты азотная кислота для алюминия, металлического урана, металлического тория, двуокиси урана и ураноалюминиевых сплавов едкий натр для алюминия и урано-алюми-ниевых сплавов плавиковая кислота для циркония и ураноциркониевых сплавов и серная или соляная кислота для нержавеющей стали и матриц из этой стали, содержащих иОг. Если для переработки топлива применяется экстракционный пурекс-процесс, то для растворения алюминиевых оболочек металлического урана используется едкий натр. После растворе1ШЯ оболочки уран, практически не подвергающийся действию щелочи, растворяется в азотной кислоте. Отсутствие нитрата алюминия в поступающем на переработку растворе упрощает в дальнейшем удаление [c.308]

Окись бериллия в значительной мере проявляет ковалентный характер и после прокаливания при высокой темперагуре не растворяется в кислотах. Такую окись можно растворить лищь в концентрированной плавиковой кислоте, либо перевести в растворимое в воде соединение ВеРа обработкой фтористым водородом при температуре около 300°. Этим способом можно перевести в растворимое состояние и керамические тепловыделяющие элементы. Как и в случае алюминия, гидроокись бериллия, выпадающая при добавлении щелочи, растворяется затем г> избытке щелочи (но не гидроокиси аммония). Получаюишй- я при этом раствор неустойчив, и при стоянии из него выпадает гидроокись бериллия. [c.103]

Термином шлак в металлургии обозначается почти любая вто, рая фаза, находящаяся в контакте с расплавленным металлом Шлаками могут называться, например окислы, силикаты, фосфаты и т. д. Здесь термин шлак обозначает, окислы или карбиды образующиеся в процессе очистки урана или плутония. Образовав ние шлака осуществляется двумя методами. Во-первых, продукты деления могут реагировать со следа ми растворенного кислорода или углерода, имеющимися почти в каждом тепловыделяющем элементе. Такой шлак можно флотировать и отделить в виде пены. Этот процесс называется самошлакованием и происходит до некоторой степени в любом процессе, где производится плавка топлива. Во-вторых, те же элементы, если они присутствуют в большем количестве, чем можно удалить за счет самошлакования, можно вывести из топлива благодаря реакции со второй фазой. Этой второй фазой может быть твердая окись (например, материалы контейнера, как двуокись урана или окись алюминия) или окись урана, образующаяся при добавлении в систему небольшого количества кислорода. Это может быть также углерод (например, графитовый контейнер). Из этих двух процессов самошлакование происходит быстрее, так как оно, по существу, является результатом взаимодействия между двумя компонента- [c.202]