氮化铀
可作为快中子堆燃料的化学品
氮化铀是形成的化合物。具放射性。有良好的导电性和金属性。高温下能与各种金属反应。可在2.026×106帕氮气中用电弧熔融金属铀直接转化制得。是一种潜在的动力反应堆核燃料元件。
性质
氮化铀是浅灰色粉末,体心立方结构,熔点~2630℃,理论密度值为14.32g/cm3,具金属性,是热和电的良导体。温度在300℃以下时,与水反应缓慢,生成一层二氧化铀保护层。溶于硝酸、浓高氯酸或热磷酸,不溶于热的或冷的盐酸、硫酸或氢氧化钠溶液。与熔融碱反应迅速。UN与潮湿空气或水能迅速进行反应。易于氧化,温度低于1200℃制得的氮化铀,在空气中室温下就可着火。加热铀和氮到400℃以上,得到的是氮化铀、三氮化二铀和二氮化铀(UN,U2N3和UN2)混合物;在高于1200℃的1个大气压的氮气中仅氮化铀是稳定的。通常在2.0MPa的氮气中电弧熔融金属铀制备。是潜在的核燃料,其铀原子密度高、慢化能力低和熔点高,可作为快中子堆的改进型燃料。
氮化铀在大气环境中表面会迅速形成一定厚度的氧化层,进而阻止氧化反应的继续进行,因此大气环境下氮化铀材料是稳定的。
在辐照环境下,氮化铀表面经氩离子轰击后,表面形貌发生了改变;氩离子轰击氧化与大气中的自然氧化行为存在差异,子轰击增强了氮化铀表面的氧化程度,但其对氧化行为的影响主要在浅表面,大气氧化的氮化铀氧化层更厚;随着氩离子轰击能量的增加,表面氧化物含量及氧化层深度显著增加。总体而言,氩离子辐照对氮化铀层的影响随深度的增加而减弱,并不影响氮化铀的整体稳定性。
制备方法
氮化铀燃料制备的关键技术之一是纯度高、烧结活性好的氮化铀粉末合成工艺。以三碳酸铀酰胺(AUC)流程制备的高活性氧化铀粉末和高纯度的碳黑为主要原材料,采用碳热还原-氮化反应合成氮化铀粉末的工艺可制备获得。
各国广泛采用碳热还原-氮化反应制备 UN 粉末。在 UN粉末制备过程中重点需要考虑的因素有:原材料UO2粉末的活性、碳/铀摩尔比、反应气氛、反应温度和时间等。
应用
氮化铀是一种 潜在的动力反应堆核燃料元件。基于氮化铀(UN)燃料的高铀密度、高热导、高温稳定性、与液态金属良好的相容性等优良的性能,使其成为未来空间堆动力、空间核电源以及核动力火箭的首选燃料,同时也是第四代核能系统的重要候选燃料。
国外关于在空间核动力装置用的氮化铀燃料的研究与开发于 20 世纪 90 年代末已达到工程应用阶段。另外,国际上在第四代核能系统的规划方面,已将氮化铀燃料作为铅冷块堆(简称 LFR)以及钠冷快堆(简称 SFR)等两种堆型的重要候选燃料。国内尚未系统地开展氮化铀燃料制备工艺和性能方面的研究。
参考资料
最新修订时间:2022-12-08 10:34
目录
概述
性质
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