Изготовление сердечников твэлов

Реакторные испытания микротвэлов и шаровых твэлов.

Характеристики шаровых твэлов на основе графита 30ПГ.

Динамическая прочность: Число падений на стальную плиту с высоты 1 м Высота двукратного падения на стальную плиту, не приводящего к разрушению, м	>3000 (DG£2,5% масс.) 17,5
Средняя интенсивность износа в контуре циркуляции, мг/км	£ 30
Коррозия в среде гелия с объемной долей H2O 1% при 1000°С, мг/(см^2.ч)	< 0,25
Исходная герметичность (относительная утечка 135Xe при 1050°С из общего объема)	£ 3^.10^-6

Метод объемного уплотнения пироуглеродом пористой заготовки заключается в следующем. Порошок графита смешивают с микротвэлами делящегося материала и с легко удаляющимся без образования коксового остатка пластификатором. Затем из полученного пресс-порошка формуют шаровые заготовки твэлов, связывают их пироуглеродом с последующей термообработкой при 1600°С и механически обрабатывают до заданного размера. Полученные таким образом шаровые твэлы характеризуются близкими механическими свойствами твэлам, полученным из графита МПГ-6.

Реакторные испытания образцов матрицы на основе графита 30ПГ при температуре 900-1100°С и флюенсе нейтронов ~ 1,7^.10²¹ см^-2 показали, что максимальная линейная усадка наблюдается в направлении, перпендикулярном оси прессования, и составляет 1,2%.

Для облучения твэлов на пироуглеродной связке равномерная объемная усадка без образования трещин и нарушения сплошности составляет 3%.

Теплопроводность облученных образцов на основе графита 30ПГ изменяется от 22 Вт/(м^.К) при 22°С до 35 Вт/(м^.К) при 800°С и выше.

Предел прочности в случае изгиба при 22°С увеличивается с 28 МПа до 35 МПа для облученных образцов.

Облучение микротвэлов и шаровых твэлов с UO₂ на исследовательских реакторах проводили при следующих условиях.

Температура в центре твэлов, °С	450 – 1600
Число теплосмен	20 – 150
Выгорание, % aт.	До 40
Флюенс нейтронов (E>0,18 МэВ)	2,3^.10^21
Длительность облучения, ч	До ~ 33000

Относительный выход газообразных продуктов деления из шаровых твэлов при выгорании до ~ 10 % составил < 10^-5 при всех температурных режимах до 1400°С.

Одна из важнейших технологических операций – равномерное распределение частиц топлива в материале матрицы. В производстве твэлов равномерное распределение частиц топлива в матрице обеспечивают на первой стадии изготовления тщательным перемешиванием порошкообразных материалов, составляющих сердечник. Перемешивание проводят с использованием различного типа смесителей и шаровых мельниц.

Для получения равномерной по составу смеси, которая не расслаивалась бы при дальнейших операциях, широко используют связующие вещества, добавляемые в шихту до или в процессе перемешивания. Эффективным связующим веществом является раствор полибутилметакрилата и дибутилфталата в толуоле или ацетоне. Этот препарат вводят в шихту до 10%. Шихту сначала перемешивают всухую, а затем добавляют связующее и продолжают перемешивать до тех пор, пока не испарится растворитель из связки. В результате получают равномерную смесь в виде гранул, пригодную для объемной дозировки в пресс-формы при ее брикетировании.

При диспергировании оксида урана, тория и плутония в огнеупорные оксиды алюминия, магния и бериллия рекомендуется в качестве связки использовать раствор парафина в керосине в количестве 5-8%. Компоненты смешивают в барабане при 50°С. Парафин выплавляют во время сушки прессованных форм в вакуумном сушильном шкафу при 250°С.

В состав смесей на основе графитовой матрицы вводят до 10% карбонизирующей связки в виде каменноугольной смолы в бензоле или трихлорэтилене. После горячего прессования такой смеси получается высокоплотная матрица.

Применяют и другие разнообразные способы смешения материалов дисперсионных твэлов. При этом большое внимание уделяют методам контроля равномерности состава приготовленных смесей. Наиболее распространенным методом является химический анализ проб, отобранных из различных мест приготовленной смеси. Однако этот метод не претендует на высокую точность.

Для контроля применяют также авторадиографию, метод основанный на измерении плотности почернения отпечатков на фотоэмульсионном слое пластинки под действием радиационного излучения.

Критерием однородности может служить степень рассеяния радиоактивности нескольких проб смеси, взятых на контроль.

Дата добавления: 2014-01-04