Таблица 4. Характеристики пожаровзрывоопасности ПМ

ПМ

Характеристика пожаровзрывоопасности

U

Пирофорными свойствами обладают частицы металлического урана несфероидной формы, получаемые в результате восстановления его оксидов. При отношении поверхности к объему меньше или равным 1 температура воспламенения составляет около 360 °C. Для значений больше единицы температура понижается примерно до 245 °C.

При переработке урановых отходов в процессе обезжиривания и травления возгорается стружка размером менее 0,4 мм.

Самовозгорание урана возможно в вакууме, под слоем воды и даже в атмосфере влажного аргона. Механическая нагрузка повышает склонность урана к самовозгоранию.

Компактный уран способен самовозгораться и взрываться при контакте с сухим льдом при комнатной температуре.

Возможно самопроизвольное воспламенение порошка урана в диоксиде углерода. Уран в виде стружки сгорает в оксиде азота при 400 - 500 °C

UO₂

На воздухе порошок UO₂ окисляется при комнатной температуре. Скорость окисления зависит от размера частиц и от характера поверхности, подвергающейся окислению

UN

Температура воспламенения UN в сухом кислороде может колебаться от комнатной температуры для мелкозернистых порошков до примерно 300 °C для спеченных изделий. Свежеприготовленный порошок UN с удельной поверхностью 0,3 м²/г мгновенно загорается при комнатной температуре в кислороде, если давление последнего выше 3 мм рт. ст. Самовоспламенение является следствием локального нагрева внешней поверхности частиц порошка. Если же давление кислорода ниже указанного, то происходит медленное окисление UN с двумя различимыми стадиями без выделения азота.

UN обладает пирофорными свойствами при размерах частиц менее 20 мкм.

Тонкодисперсные порошки UN с размерами частиц 2 - 12 мкм пирофорны и на воздухе при комнатной температуре способны самовозгораться. Нитрид урана в виде тонкого порошка легко воспламеняется в кислороде, и при размере частиц 70 мкм с UN следует работать в инертной атмосфере.

Измельчение UN производят в атмосфере аргона высокой чистоты, содержащего не более 0,001 масс.% кислорода, во избежание окисления нитрида. По сравнению с порошками карбидного уран-плутониевого топлива порошки нитридного топлива менее пирофорны и с ними можно работать в атмосфере аргона, азота или гелия коммерческой чистоты

UN-PuN

Частицы смешанного нитрида уран-плутония (СНУП) обладают пирофорными свойствами при концентрации кислорода более 10% об. Окисление порошкообразного СНУП состава U_0,9Pu_1,0N в газовоздушной среде с содержанием кислорода 3% об. возможно при нагреве материала до 300 °C.

При распылении аэровзвеси частиц UN и СНУП в воздушную атмосферу (21% кислорода) происходит самопроизвольное окисление материала с выделением тепла

PuN

Порошковый PuN реагирует с O₂ при 200 °C и самовоспламеняется при 280 - 300 °C. Во влажном O₂ скорость окисления увеличивается. На воздухе при комнатной температуре порошок PuN превращается в PuO₂ за 3 дня

UH₃

Гидрид урана является очень активным соединением. Он пирофорен и требует осторожного обращения.

Гидрид урана реагирует со многими газами. С кислородом и с воздухом он соединяется очень бурно с образованием воды и U₃O₈. Азот и двуокись углерода начинают реагировать с гидридом урана при температуре 200 - 225 °C. С газообразными галоидоводородными соединениями гидрид урана взаимодействует с образованием четырехвалентных галоидных солей.

Гидрид урана является сильным восстановителем. При взаимодействии больших количеств этого соединения с водой происходит бурная экзотермическая реакция с образованием водорода и UO₂. Если же погрузить небольшие количества гидрида урана в воду, то реакция идет очень медленно. Аналогично гидрид взаимодействует с кислотами, не обладающими окислительными свойствами.

Азотная кислота реагирует с гидридом урана довольно бурно с образованием уранилнитрата; в некоторых случаях реакция сопровождается воспламенением. Щелочи очень слабо или совершенно не взаимодействуют с гидридом урана. Бензол, толуол, спирт, ацетон и другие органические растворители, не содержащие галоидов, не реагируют с гидридом урана.

Органические растворители, содержащие галоиды, представляют большую взрывную опасность при контакте с гидридом урана

UC, USi

Карбиды урана пирофорны, при растирании легко загораются, давая сноп искр. На воздухе карбиды урана интенсивно окисляются при 400 °C до U₃O₈ и CO₂. При комнатной температуре на воздухе они разлагаются.

Порошок силицидов урана весьма пирофорен

Pu

При повышенных температурах плутоний проявляет автотермическую реакцию, самовоспламеняясь на воздухе, когда температура достигает 500 °C.

Металлический плутоний с низкой удельной площадью поверхности самовоспламеняется при температуре выше 500 °C, а металл с большой удельной площадью поверхности (стружка, порошок) самовоспламеняется на воздухе при температуре 150 - 200 °C.

Коррозия металлического плутония во влажном воздухе проходит в 200 раз быстрее, чем в сухом воздухе при комнатной температуре, и на пять порядков быстрее при 100 °C.

В присутствии газообразной или жидкой воды образуется сверхстехиометрического состава оксид плутония PuO_2+x. Наибольшее значение x равно 0,26. В процессе быстрого окисления в присутствии адсорбированной воды на границе газ - твердое тело образуется водород и более высокий оксид. Во влажном воздухе образовавшийся водород соединяется с адсорбированным в результате диссоциации атомарным кислородом, снова образуя на поверхности воду. Катализируемый водой цикл диссоциации и синтеза воды происходит одновременно с тем, как Pu и O₂ превращаются в оксид в реакции металл - вода, которая характеризуется большой скоростью.

Плутоний имеет исключительную пирофорность при нагреве до 470 - 520 °C.

Во влажной среде на поверхности плутония образуются гидриды переменного состава. Реагируя с кислородом, плутоний самовоспламеняется даже при комнатной температуре. В результате окисления плутоний расширяется на 70% и может повредить содержащий его контейнер. При температуре 135 °C плутоний самовоспламеняется благодаря реакции с кислородом, а если его поместить в атмосферу тетрахлорметана, то он взрывается

PuO_x

Оксиды плутония состава гексагональный Pu₂O₃, кубический PuO_1,5, кубический PuO_1,61 являются пирофорными.

Диоксид плутония способен взаимодействовать с водой с выделением водорода.

Водяные пары реагируют с PuO₂ с образованием водорода. Образование водорода в контейнерах для хранения повышает пожаровзрывоопасность ПМ. Материалы перед хранением или транспортированием должны подвергаться термической стабилизации прокаливанием на воздухе и последующей герметизации в сварных контейнерах из нержавеющей стали

PuH_x, PuC_x

Гидриды плутония являются твердыми веществами черного цвета, напоминающими металл, поведение которых зависит от размера частиц и состава. Малые частицы могут быть исключительно реакционно-способными по отношению к O₂ и H₂O, и порошки, близкие по составу к PuH₂, могут быть пирофорными. Гидриды могут также реагировать с N₂ и CO₂, хотя эти реакции довольно медленные. Все манипуляции и хранение должны производиться в инертной атмосфере.

Порошковый PuC_1-x химически активен и пирофорен

Zr

Тонкодисперсный цирконий горит на воздухе, а также в атмосфере N₂ и CO₂. Взвесь порошка Zr в воздухе, содержащая 45 - 300 мг/л, легко взрывается. Порошок циркония почти всегда содержит значительное количество гидрида ZrH₂.

Увлажненный порошок циркония горит интенсивнее, чем сухой, а тушение горящего циркония допустимо только засыпкой порошкообразными CaF₂ или Cao, так как H₂O, CaCl₂, CO₂ и даже CaCO₃ энергично реагируют с цирконием.

При работе с тонкодисперсным порошком циркония (2 - 5 мкм) имели место несчастные случаи.

Температура воспламенения тонкодисперсного порошка циркония около 85 °C.

Грубые фракции порошков Zr имеют температуру воспламенения порядка 180 - 200 °C.

Порошок Zr с размером частиц 10 мкм и более расценивается как малоопасный в обращении.

Порошки циркониевых сплавов устойчиво горят при содержании в них свыше 80% циркония.

Тонкие порошки циркония могут самовоспламеняться на воздухе, а увлажненные - взрываться. В этом отношении цирконий является самым опасным из металлов, используемых в пиротехнике. Порошок воспламеняется при температурах выше 260 °C. Компактный металл стоек к нагреванию.

Цирконий при сплавлении с серебром, медью или золотом становится более воспламеняемым, возгорается и взрывается при трении.

Измельченный порошок циркония, диспергированный в воздухе, самовоспламеняется при комнатной температуре, причем горение может принять взрывной характер. Наблюдались случаи, когда увлажненные обрезки циркония, упакованные в бочки и хранившиеся под открытым небом, самовоспламенялись со взрывом. Практикой установлено, что при резке твэлов и сборок с циркониевой оболочкой обрезки циркония "искрят, но не горят".

Необходимо принимать меры, не допускающие самовоспламенения скапливающейся на фильтрах пыли, образующейся при резке циркониевых твэлов, а также осаждаемых из растворов на фильтрах мелкодисперсных частиц циркония, образующихся в результате растворения твэлов из сплавов урана и циркония

ZrH₂

Цирконий легко адсорбирует водород уже при комнатной температуре, образуя хрупкий металлоподобный гидрид. Оптимальная температура поглощения водорода - около 300 °C (под давлением). Выше 100 °C при обычном давлении гидрид циркония начинает выделять водород.

Гидрид циркония применяется в воспламенительных составах