Антикоррозионная защита ТВЭЛов и ТВС

Для ТВЭЛов необходима герметичная плотно прилегающая защитная оболочка по ряду причин:

· Мера против коррозии топлива в среде теплоносителя и на воздухе.

· Для надёжного удержания РНД. Они ни в коем случае не могут быть потеряны ни в окружающую среду, ни в теплоноситель.

· Непременное условие – равномерная по всей площади передача тепла.

Но при этом должна быть обеспечена высокая q – интенсивность тепловых потоков и длительный ресурс совместимости.

q = Δt / R_тепл. = Δt / (1/α + δ₁/λ₁ + δ₂/λ₂ +... + δ_n/λ_n)

Если R₂ >> R₁, то это вздутие неизбежно приведёт к градиенту температуры и в конечном счёте к потере герметичности.

Методы сцепления оболочки с сердечником. Помимо перечисленных выше используют

Ø горячее прессовое обжатие.

Ø за счёт различного термического расширения (ТВЭл помещают в прочный контейнер из материала с низким коэффициентом термического расширения и сборку нагревают – благодаря различному термическому расширению на границе раздела сердечник-оболочка возникают сжимающие напряжения).

Ø гидростатическое и термопневматическое обжатие (последнее – в автоклавах), преимущества – можно обжимать сложные по конфигурации ТВЭлы и одновременно проверка на герметичность, используют для сердечников из урана и диоксида, оболочка Mg, Al, Zr, сталь.

Ø промежуточный подслой (упоминался выше), особенно необходим когда материал сердечника взаимодействует с материалом оболочки. Например в твёрдом состоянии уран и алюминий начинают заметно взаимодействовать при 250 ^оС. Образующийся UAl₃ деформирует оболочку. При 450 ^оС уран проникает через алюминиевую оболочку толщиной 0,75 мм за 6 часов. Поэтому рабочая температура урана, плакированного алюминием без промежуточного подслоя не должна превышать 225 ^оС. Анодная плёнка толщиной 20 мкм на внутренней поверхности алюминиевой оболочки устраняет взаимодействие между ураном и алюминием, однако ухудшает теплопроводность. Предлагалось в качестве защитного подслоя использовать силумин с температурой плавления 577 ^оС (10,5-11,5 % Si, н/б 0,1 % Cu, н/б 0,5 % Fe). Силуминовый подслой обеспечивает хорошее сцепление и предотвращает взаимодействие урана с алюминиевой оболочкой. В условиях работы реактора температура подслоя не должна превышать температуры его плавления. Естественно при нанесении оболочек кабельным прессованием нанесение силуминового подслоя нетехнологично. В этом случае используют электролитическое никелирование урана. Никелевый послой служит барьером, препятствующим взаимной диффузии U в Al.

Дата добавления: 2014-01-07