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    鈾是普遍使用的核燃料

    2016/12/14 13:52:16

    鈾是普遍使用的核燃料。天然鈾中只含0.7%的U235,其余為U238。天然鈾的這個濃度正好能使核反應堆實現自持核裂變鏈式反應,因而成為最早的核燃料,功率密度,一般要用U含量大于0.7%的濃縮鈾。這可以通過氣體擴散法或離心法來獲得。

    金屬鈾在堆內使用的主要缺點為:有同質異晶轉變;熔點低;存在尺寸不穩定性;最常見的是核裂變產物使其體積膨脹(稱為腫脹);加工時形成的織構使鈾棒在輻照時沿軸向伸長(稱為輻照生長),雖然不伴隨體積變化,但伸長量有時可達原長的4倍。此外,輻照還使金屬鈾的蠕變速度增加(50~ 100倍)。這些問題通過鈾的合金化雖有所改善,但遠不如采用UO2陶瓷燃料為佳。

    钚(Pu)是人工易裂變材料,臨界質量比鈾小,在有水的情況下,650克的钚即可發生臨界事故。钚的熔點很低(640℃),一般都以氧化物與UO2混合使用。钚與U組合可以實現快中子增殖,因而使钚成為著重研究的核燃料。

    釷吸收中子后可以轉換為易裂變的U,它在地殼中的儲量很豐富,所能提供的能量大約相當于鈾、煤和石油全部儲量的總和。釷的熔點較高,直至1400℃才發生相變,且相變前后均為各向同性結構,所以輻照穩定性較好,這是它優于鈾、钚之處。釷在使用中的主要限制為輻照下蠕變強度很低。一般以氧化物或碳化物的形式使用。在熱中子反應堆中利用U-Th循環可得到接近于1的轉換比,從而實現"近似增殖"。但這種循環比較復雜,后處理也比較困難,因此尚未獲得廣泛應用。

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