Оболочки тепловыделяющих элементов

Цирконий в настоящее время не принадлежит к числу редких металлов, а является металлом №1 атомного века. Запасы циркония довольно велики (0.8%), занимает 11ое место среди элементов периодической системы.

Клапрот в 1789 году делал анализ драгоценных камней и выделил неизвестное вещество, которое назвал «циркониевая земля». В 1824 году Берцелиус выделил металлический цирконий. И только в 1925 году Ван Аркель разработал метод высокой очистки циркония путём йодного рафинирования:

В природе цирконий содержит от 1% гафния. Гафний имеет схожие с цирконием свойства, поэтому его тяжело отделить. Причём у гафния коэффициент захвата нейтронов в 500 раз выше, чем у циркония.

Промышленный способ йодного рафинирования позволяет получать от 100 тонн в год. Исходным продуктом для йодного рафинирования служит губчатый цирконий.

Шифтой для йодидного (=йодного) рафинирования служит губчатый цирконий. Губчатый цирконий получают по процессу Крола. Проводят в начале хлорирование соединений циркония, а дальше восстанавливают хлориды циркония. Процесс восстановления состоит из трёх стадий:

1. Очистка тетрахлорида циркония возгонкой

2. Восстановление паров тетрахлорида циркония расплавленным магнием

3. Вакуумная дистилляция (возгонка избыточного магния и хлорида магния с получением губчатого циркония).

Если мы получаем чистый цирконий, то по сечению тепловых нейтронов (оно равно 0,185 барн), то цирконий уступает только магнию и бериллию. При облучении циркония нейтронами образуется три радиоактивных изотопа с массовыми числами 93, 95 и 97 (всё цирконий). Периоды полураспада у 93 , у 95 – несколько дней, у 97 – 17 часов.

Цирконий-93 является бета-излучателем с небольшой энергий (65 кэВ), цирконий-95 гамма-излучателем (724 кэВ), цирконий-97 также гамма-излучатель.

Цирконий имеет теплопроводность близкую к нержавеющей стали (18-21 Вт/K). Однако в целом его теплофизические свойства лучше, чем у стали. Цирконий – полиморфный металл, имеет модификации:

– гексагонольная кристаллическая решетка

– объёмо-центрированная кристаллическая решётка (862 )

Цирконий характеризуется аномально большим радиусом (1,62 ангстрема), что превышает радиусы переходных металлов. Эта аномалия обусловлена низкой степенью застройки внутренней d-оболочки, а большой радиус свидетельствует о пониженной прочности межмолекулярной связи.

Температура плавления у цирконий 1852 . И не смотря на высокую температуру плавления, цирконий обладает низкими прочностными свойствами. Прочность циркония существенно снижается (в 2 раза) при температуре . Высокая при комнатной температуре его пластичность в сочетании с небольшим пределом текучести обеспечивают хорошую деформируемость циркония.

Механические свойства циркония чувствительны к содержанию примесей. Если примеси находятся в виде твердых растворов внедрения, то это приводит к заметному повышению пределов прочности и текучести и снижению пластичности. Механические свойства также зависят от способа изготовления циркония (цирконий губчатый, цирконий йодидный, цирконий электролизный). Электролизный и губчатый цирконий несколько лучше, чем йодидный цирконий за счёт разного содержания кислорода.

Вторник, Август 20, 2013 нет комментариев