Оксиды, карбиды, нитриды и сульфиды тория.

Оксиды. Торий образует два оксидных соединения: ThО₂ и ThO. Наиболее распростра­ненным является ТпО₂ (диоксид тория), природный материал, имею­щий кубическую модификацию кристаллической структуры фторидного типа. Диоксид тория имеет температуру плавления около 3000 °С и не подвержен легкому разложению. Плотность ТпО₂ составляет 11,39 г/см³ при комнатной температуре. Монооксид ThO имеет струк­туру типа NaCl.

Нитриды. Торий взаимодействует с азотом и образует два нитрида: ThN и Th₂N₃. ThN имеет структуру типа FCC, т.е. кристаллическую решетку типа NaCl и является изоморфным с UN, PuN, LaN, CeN и дру­гими соединениями. ThN может существовать в различных компози­циях и растворяется в решетке тория в малых количествах, что незна­чительно повышает точку плавления

Сульфиды. ThS получают прокаливанием металлического тория с

требуемым количеством сульфида водорода или восстановлением выс­ших сульфидов гидридом тория. Сульфид тория имеет серебристый металлический блеск и плавится при температуре выше 2200 °С. ThS можно использовать для получения смешанного торий-уранового и то­рий-плутониевого топлив.

Смешанные оксидные, карбидные и нитридные сырьевые и топливные композиции. Из всего набора сырьевых материалов в виде оксидов, карбидов и нитридов тория, а также топливных материалов нa основе UО₂, РиО₂ и топливаUC, UN, PuC и PuN лишь некоторые ком­бинации сырьевых и делящихся материалов могут представлять прак­тический интерес. К перспективным соединениям можно отнести следующие: (ТпU)О₂, (Th, Ри)О₂, (Th, U, Pu)О₂, (Th, U)C, (Th, Pu)C, (Th, U, Pu)C, (Th, U)N, (Th, Pu)N, (Th, U, Pu)N и т.д.

КОРРОЗИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ

Коррозионному поведению сырьевых материалов в торий-урановом или усовершенствованном торий-урановом циклах уделяется серьез­ное внимание.

Оксид тория в воздухе при низких температурах образует защитную пленку. При высоких температурах пленка трескается и окисление разви­вается линейно в соответствии с ростом температуры (тепло выделяет­ся за счет реакции окисления). Линейная зависимость скорости корро­зии от температуры меняется на параболическую при температуре около 1150 °С, что часто называют параболическим законом коррозии.

Торий имеет низкую коррозионную стойкость в воде при любых температурах. Реакция окисления образует при температуре примерно 100 °С плотную окисную пленку. При температурах в диапазоне 15 350 °С пленка быстро растет на поверхности тория, затем трескается и разрушается, что резко увеличивает скорость коррозии на свежей поверхности металла, находящегося в контакте с водой.

Торий имеет хорошую коррозионную стойкость по отношению большинству жидких металлов, таких как Li, Na, К, вплоть до температуры 900⁰С. Увеличение коррозии не наблюдается до 600 °С. При низкой температуре скорость коррозии смешанных керамических ториевых соединений ведет себя по-разному. Соединение (Th, U)Be₁₃ долгое время почти не взаимодействует с воздухом. Торий-урановые монокарбиды (Th, U)C и дикарбиды (Th, и)С₂ бурно взаимодействуют с влажным воздухом и образуют полувязкий оксидный порошок. Скорость коррозии ThC и (Th, U) С много выше, чем у UC или PUC. Для сравнения на рис. 18.4 показано окисление (Th_0,9,U_0,1)C в сыром воздухе при различных температурах. Здесь привес смешанного карбида представляет собой невязкий окисный порошок. Видно, что экспериментальные значения скорости коррозии растут с увеличением температуры.

Рис. 18.4. Окисная коррозия карбида (90% Th - 10% U)C топлива в сыром воздухе