Тепловыделяющие элементы ядерных реакторов

Краткое содержание раздела

Изготовление металлических ТВЭЛ прокаткой и другими методами пластической обработки металлов давлением: прессованием, штамповкой, ковкой. Механическая обработка: резанием, шлифованием и другими способами.

Нанесение защитных покрытий, оболочек и герметизация ТВЭЛов.

Особенности службы ТВЭЛ в реакторах. "Живучесть" ТВЭЛ и причины их повреждений. Глубина выгорания топлива, безопасность и экономика ядерных реакторов, зависящие от конкретных характеристик ЯТ, материалов, конструкций ТВЭЛ и ТВС.

ТВЭлы служат для преобразования энергии ядерного деления в тепловую энергию, причём тепловыделение происходит в количествах, значительно превосходящих тепловыделение в аппаратах обычной теплоэнергетики.

Основу ТВЭла составляет активный объём, в котором могут помещаться ядерное топливо и материалы воспроизводства. Кроме того ТВЭл содержит оболочку, концевые и дистанционирующие детали. ТВЭлы, предварительно собранные в группы, называются тепловыделяющими сборками (ТВС).

По назначению ТВЭлы разделяют на следующие группы:

а) ТВЭлы, в активной зоне которых содержится только ядерное топливо;

б) ТВЭлы, в активной зоне которых имеются материалы воспроизводства с небольшим содержанием ядерного топлива или без него (в реактор они загружаются совместно с ТВЭлами предыдущего типа);

в) ТВЭлы двухцелевого назначения; в их активной зоне содержатся ядерное топливо в количестве, обеспечивающем протекание цепной реакции, и материалы воспроизводства.

В зависимости от вида ядерного топлива и материала воспроизводства различают следующие виды ТВЭлов:

а) на основе металлического ядерного топлива (уран или его сплавы с легирующими добавками, Mo, Fe, Si, Ni, Cr, Al);

б) на основе керамического ядерного топлива (компактная двуокись урана в виде таблеток диаметром от 6,35 до 12,7 мм);

в) ТВЭлы дисперсионного типа (керамическое топливо распределено в матрице из металлов (Al, Zr, сталь), графита или керамических материалов). ТВЭлы такого типа устойчивы при облучении и поэтому могут быть использованы в реакторах большой мощности.

Оболочки служат для изоляции активного объёма от теплоносителя. Изготавливаются они из прочного, коррозонно-устойчивого материала и должны предотвращать загрязнение первого контура реактора ядерным топливом и продуктами его деления. Концевые детали герметизируют активный объём и вместе с дистанционирующими деталями служат для крепления и фиксации положения ТВЭлов в каналах реакторов.

К ТВЭлам предъявляются следующие требования:

● Объёмное содержание ядерного топлива, материалов воспроизводства, выгорающих поглотителей и конструкционных материалов в ТВЭлах должно находиться в строгом соотношении с количеством замедлителя и теплоносителя в активной зоне реактора.

● Конструкционные материалы, из которых изготавливают ТВЭлы, должны быть предельно чистыми.

● Конструкция ТВЭла должна обеспечивать прочность всех его узлов в рабочих условиях при эксплуатации реакторов.

● Конструкция ТВЭла должна обеспечивать отсутствие локальных перегревов, должна быть простой и по возможности недорогой, должна обеспечивать наиболее простой способ их переработки после облучения.

Наиболее простыми являются стержневая, трубчатая и кольцевая конструкции ТВЭлов.

а	б	в	г
д	е	ж

Конструкции ТВЭЛов

а – стержневая, б – трубчатая, в – кольцевая, г – звездообразная,
д – винтовая, е – прутковая, ж – пластинчатая

1 – топливо, 2 – оболочка, 3 – теплоноситель

Дата добавления: 2014-01-07