Кристаллические структуры силицидов урана

Соединение	Z*	Тип решетки	Параметр решетки, Å	Плотность, г/см^3
a0	b0	с0	Расч.	Эксп.
d – U3Si		OЦ Тетрагональная	6,029 6,033		8,696 8,688	15,60
d ¢ – U3Si		Гранецентрированная кубическая	4,30			15,60
U3Si2		Тетрагональная примитивная	7,3299		3,9004	12,20	11,31
USi		Ромбическая Тетрагональная	5,66	7,67	3,91	10,40	9,30
U3Si5		Гексагональная	3,843		4,069	9,25	7,27
USi2		Гексагональная ОЦ Тетрагональная	4,028 3,948		3,852 13,670	8,98	7,27
USi3		Гранецентрированная кубическая	4,060			8,30

*Z – число формульных единиц на ячейку.

Фазе USi по данным различных исследователей приписывают ромбическую или тетрагональную решетку. Эта фаза обладает небольшой областью гомогенности, ширина которой меняется с температурой. Со стороны силицида U₃Si₂ моносилицид имеет формулу USi_1,03, а со стороны U₃Si₅ - USi_1,04.

Силицид U₃Si₅ считается самостоятельной фазой с гексагональной решеткой. Этот силицид обладает узкой областью гомогенности шириной 0,8 % ат., которая не изменяется с температурой.

Дисилицид урана кристаллизуется в двух типах решеток с температурой превращения 450°С. При температурах ниже 450°С USi₂ кристаллизуется с образованием гексагональной решетки и составом, отвечающим формульному USi₂. При температурах выше 450°С образуется тетрагональная модификация с составом USi_1,86. По данным других исследователей тетрагональная модификация дисилицида урана имеет состав USi_1,88. Эта фаза устойчива при температуре от комнатной до 1500°С и находится в равновесии с трисилицидом урана USi₃.

19.2. Силицид урана U₃Si как ядерное топливо.

При рассмотрении фазовой диаграммы U – Si обращает на себя внимание силицид триурана, как соединение с высоким содержанием делящегося нуклида – урана. Высокая концентрация урана в этом соединении является хорошей основой для разработки ядерного топлива на его основе. В табл. 2 представлены сравнительные данные для U₃Si, диоксида урана и металлического урана как ядерного топлива для водоохлаждаемых реакторов.

Таблица 2.

Ядерно-физические свойства U₃Si, UO₂ и металлического U.

Свойства	UO2	U	U3Si,
Плотность теоретическая, г/см^3	10,96	19,07	15,58
Содержание урана, г/см^3	9,66	19,07	14,99
Теплопроводность, Вт/(м^.К)	5,8 (100 – 600°С)	(0 - 1000°С)	(0 - 1000°С)
Верхняя граница рабочей температуры, °С
Максимальное значение интеграла теплопроводности, Вт/см	72 (14)	80 (79)	86 (25)

Как следует из табл.2, лучшими ядерно-физическими свойствами обладает металлический уран. По содержанию делящегося материала его относят к, так называемому, топливу повышенной плотности. Применение такого топлива может улучшить ядерно-физические характеристики работы ядерного реактора по сравнению с диоксидом урана. Кроме того, благодаря повышенному содержанию урана в единице объема твэла можно получить большой экономический эффект за счет уменьшения топливной составляющей себестоимости электроэнергии, табл.3. И, наконец, еще одно преимущество металлического топлива заключается в возможности снижения обогащения по ²³⁵U и более эффективной наработке и использования плутония, приводящие к снижению расхода природного урана для выработки электроэнергии.

Таблица 3.

Дата добавления: 2014-01-04