Сравнительный анализ экспериментальных данных по сублимации карбонитридов урана и уран-циркониевых карбонитридов при высоких температурах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Настоящий обзор посвящен сравнению новых экспериментальных данных по сублимации уран-циркониевых карбонитридов с различным содержанием углерода, азота и примесей кислорода при высоких температурах (1700-2300 К), полученных нами за последние 2 года, с ранее опубликованными данными по сублимации карбонитридов урана, полученными как нами, так и другими авторами методом масс-спектрометрического и некоторых других методов термодинамического анализа. Основное внимание уделено рассмотрению состава газовой фазы и аналитическим зависимостям парциальных давлений ее компонентов от температуры, а также химическому механизму и теплотам сублимации. Главная особенность процесса сублимации всех материалов на основе карбонитрида урана (как чистого, так и легированного цирконием) заключается в его неконгруэнтном характере, обусловленном потерей азота, что приводит к смещению их составов в сторону фазы с большим содержанием углерода. Рассмотрены химические механизмы сублимации карбонитридов обоих типов, согласно которым примеси кислорода в этих материалах приводят к появлению в газовой фазе оксидных компонентов UO, UO2 и CO и дополнительному выделению азота. Введение циркония в карбонитрид урана и увеличение содержания углерода в нем приводит к снижению парциальных давлений монооксида урана и азота, что повышает термостабильность этого инновационного топливного материала.

Об авторах

Г. С. Булатов

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

Email: bulatov@ipc.rssi.ru

К. Э. Герман

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

Email: guerman_k@mail.ru

Список литературы

  1. Котельников Р.Б., Башлыков С.Н., Каштанов А.И., Мельникова Т.С. Высокотемпературное ядерное топливо. М.: Атомиздат, 1978. 2-е изд. 432 с.
  2. Дегальцев Ю.Г., Пономарев-Степной Н.Н., Кузнецов В.Ф. Поведение высокотемпературного ядерного топлива при облучении. М.: Энергоатомиздат, 1987. 208с.
  3. Доллежаль М.А. // Атом. энергия. 1977. T. 43. С. 432-438.
  4. Kocevski V., Rehn D.A., Terricabras A.J., van Veelen A., Cooper M.W.D., Paisner S.W., Vogel S.C., White J.T., Andersson D.A. // J. Nucl. Mater. 2023. Vol. 576. Article 154241. https://doi.org/10.1016/j.jnucrmat.2023.154241.
  5. Lindemer T.B. // J. Amer. Ceram. Soc. 1972. Vol. 55, N 12. P. 601-606.
  6. Алексеев С.В., Зайцев В.А. Нитридное топливо для ядерной энергетики: М.: Техносфера, 2013. 240 с.
  7. Chernicov A.S., Zaitsev V.A., Khromov Yu.F. // At. Energy. 2017. Vol. 123, N 2. P. 96-104.
  8. Sano T., Katsura M., Kai H. // Thermodynamics of Nuclear Materials. Vienna: IAEA, 1968. P. 301-315.
  9. Любимов Д.Ю., Болотов С.В., Кураева Е.М., Панов А.С., Гедговд К.Н., Булатов Г.С., Соловьев Ю.В. // Материаловедение. 1998. № 12. C. 13-17.
  10. Henry J.L., Blickensdefer R. // J. Ceram. Soc. 1969. Vol. 52, N 10. P. 534-539.
  11. Ikeda Y., Tamaki M., Matsumoto G. // J. Nucl. Mater. 1976. Vol. 59, N 2. P. 103-111.
  12. Prins G., Gordfunke E.H.P., Depause R. // J. Nucl. Mater. 1980. Vol. 89. P. 221-228.
  13. Загрязкин В.Н., Болотов С.В. // Вопр. атом. науки и техники. Сер.: Атомное материаловедение. 1982. Вып. 3(14). С. 16-30.
  14. Besmann T., Shin D., Lindemer T. // J. Nucl. Mater. 2012. Vol. 427. P. 162-168.
  15. Srivastava D., Garg S.P., Gosvami G.L. // J. Nucl. Mater. 1989. Vol. 161. P. 44-56.
  16. Булатов Г.С., Гедговд К.Н., Гулев Б.Ф., Макаренков В.И., Куранов К.В., Глазунов М.П. // Материаловедение. 2000. № 11. C. 28-33.
  17. Булатов Г.С., Гедговд К.Н., Глазунов М.П., Якункина Т.В. // Материаловедение. 1998. № 9. C. 8-12.
  18. Белов А.Н., Лопатин С.И., Семенов Г.А., Виноградов И.В. // Изв. АН СССР. Сер.: Неорг. матер. 1984. T. 20. № 3. C.
  19. Bulatov G.S., German K.E. // Nucl. Eng. Des./Fusion: Int. J. Devot. Therm., Mech., Mater., Struct., Des. Probl. Fusion Energy. 2022. Vol. 3. N 4. P. 352-363. https://doi.org/10.3390/june3040022.
  20. Lyubimov D.Yu., Bulatov G.S., German K.E. // Radiochemistry. 2021. Vol. 63, N 1. P. 16-20. https://doi.org/10.1134/S1066362221010033.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023