Плотность урана и его теплофизические свойства при различных температурах

Плотность урана, теплопроводность и другие теплофизические свойства

Плотность урана

Представлены таблицы значений плотности урана U различной чистоты и способа получения в интервале температуры от -253 до 1227°С.

Уран, в зависимости от температуры, имеет различную кристаллическую структуру:

  • α-фаза (до 930 К);
  • β-фаза (от 930 до 1045 К);
  • γ-фаза (выше 1045 К).

Различие кристаллической структуры оказывает влияние на плотность урана. Например, при 935 К уран α-фазы имеет плотность выше, чем β-фазы; при дальнейшем нагреве до 1045 К плотность урана γ-фазы снижается.

При 25°С плотность урана высокой чистоты, полученного путем направленной кристаллизации, составляет 19070 кг/м3. Деформированный металл имеет плотность от 18700 до 19080 кг/м3. Плотность кованого урана составляет 19050 кг/м3, литого урана — около 18700 кг/м3.

В таблице приведена плотность урана при температурах от 0 до 1100°С. Данные относятся к металлу чистотой 99,99%, вакуумной плавки с последующей протяжкой через фильеру и отжигом в течении одного часа в вакууме при 800 К. По данным таблицы видно, что с ростом температуры плотность урана снижается.

Плотность чистого урана (чистота 99,99%) при различных температурах
T, K t, °С ρ, кг/м3 T, K t, °С ρ, кг/м3
273 (α) 0 19080 998 725 18110
298 25 19070 1023 750 18090
373 100 19010 1045 (β) 772 18070
473 200 18920 1045 (γ) 772 17940
573 300 18820 1073 800 17910
673 400 18700 1123 850 17850
773 500 18580 1173 900 17790
873 600 18450 1223 950 17730
935 (α) 662 18360 1273 1000 17670
935 (β) 662 18170 1323 1050 17610
973 700 18130 1373 1100 17560

Плотность литого урана чистотой 99,7% несколько ниже плотности высокочистого металла, рассмотренного выше. Данные в следующей таблице относятся к металлу без термообработки и не бывшего в употреблении.

Плотность урана при нагревании снижается, а в расплавленном состоянии он становится еще менее плотным. Например, при 1300 К металл в твердом состоянии имеет плотность 17620 кг/м3, а при температуре 1410 К плотность жидкого урана составляет всего 16630 кг/м3.

Следует отметить, что при температурах более 700 К в процессе длительной выдержки при постоянной температуре металл подвергается старению, и его плотность становится меньше. Например, при 800 К и разряжении 10-3 мм. рт. ст. за время 500 часов плотность урана уменьшается до значения 18380 кг/м3; при этом металл становится хрупким.

Плотность литого урана (чистота 99,7%) в зависимости от температуры
T, K t, °С ρ, кг/м3 T, K t, °С ρ, кг/м3
20 (α) -253 18840 700 427 18500
100 -173 18800 800 527 18440
200 -73 18750 940 (β) 667 18170
250 -23 18700 1030 757 18080
300 27 18680 1050 (γ) 777 17940
350 77 18650 1100 827 17910
400 127 18620 1200 927 17750
450 177 18610 1300 1027 17620
500 227 18600 1410 1137 16630
600 327 18550 1500 1227 16700

Теплофизические свойства урана (теплопроводность, теплоемкость  др.)

Теплофизические свойства урана приведены в таблице при температуре от -253 до 1227°С. Свойства указаны для литого металла чистотой 99,7% без термообработки. Даны следующие свойства урана:

  • удельная теплоемкость Cp, Дж/(кг·град);
  • коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м·град);
  • коэффициент линейного теплового расширения α, град-1;
  • удельное электрическое сопротивление ρ, Ом·м.

Удельная теплоемкость урана при комнатной температуре составляет 134 Дж/(кг·град), что является относительно малым значением среди металлов. Теплопроводность урана увеличивается при нагревании (α-фаза), а также с уменьшением количества примесей. При 0°С для металла высокой чистоты она может достигать 26 Вт/(м·град).

Коэффициент линейного теплового расширения урана и его удельное электрическое сопротивление также возрастают при нагревании. При комнатной температуре они равны, соответственно 15·10-6 град-1 и 34·10-8 Ом·м.

Теплофизические свойства урана при температуре от -253 до 1227°С
T, K t, °С Cp, Дж/(кг·град) λ, Вт/(м·град) α·106, град-1 ρ·108, Ом·м
20 (α) -253 125
100 -173 126 11 25
200 -73 130 17,8 11 28
250 -23 132 20 13 31
300 27 134 22,5 15 34
350 77 137 25 15,2 37
400 127 140 26,5 15,3 41
450 177 142 28,8 15,6 44
500 227 145 30 15,8 47
600 327 153 31,8 16,4 52
700 427 162 32,8 16,9 54
800 527 173 32,9 17,5 56
900 627 185 32,4 18 58
940 (β) 667 190 31,3 19,3 57
1030 757 202 28,5 22,1 55
1050 (γ) 777 205 27,5 22,6 58
1100 827 213 25,7 22,6 55
1200 927 232 22,4 22,6 50
1300 1027 250 19,6 22,6 45
1400 1127 18 22,6 40
1410 1137 13,7
1500 1227 13,8

Следует отметить также другие тепловые характеристики этого радиоактивного металла. Так, температура плавления урана равна 1406 К, кипения составляет около 4135 К. Степень черноты урана при температурах от 1200…1400 К равна 0,51. Степень черноты жидкого урана при 1450 К составляет 0,34.

Уран легко корродирует на воздухе и в атмосфере водяного пара. Глубина проникновения коррозии быстро возрастает с увеличением температуры. На воздухе металл принимает «соломенную» окраску через 3 часа и коричневую через сутки.

Источник:
Чиркин В. С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники. М.: Атомиздат, 1967.

Читайте также

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*

code

Подписаться, не комментируяВсе комментарии модерируются. Спам будет удален!