Tije de tije - elementele de combustibil ale reactoarelor nucleare

Pagina 15 din 39

În reactoarele nucleare utilizate elementele combustibile dispersie având forma de tije. Cu rigiditatea lor în adunare, și la proiectarea ansamblului de combustibil devine sarcină esențială fixare și tije drepte poziționate unul față de altul, pentru întreaga perioadă de funcționare menținând în același timp cerințelor fizice și termice ale scădere bare de combustibil diametru, împreună cu dificultatea de fabricație este redusă.

Tabelul 4.3. Parametrii principali ai ansamblurilor de combustibil și a ansamblurilor acestora

În cele mai multe cazuri, tijele sunt distanțate de o sârmă înfășurată în jurul liniilor elicoidale. Amestecarea constantă a agentului de răcire în ansamblurile de combustibil cu tije de combustibil, cauzate parțial de un fir înfășurat în spirală, reduce posibilitatea supraîncălzirii locale și mărește coeficientul de transfer de căldură. Tije de tije în ansamblu sunt distanțate în alte moduri: cochilii cu nervuri, asteriscuri, grilaje, capace.
Formele matriceelor ​​distanțate aplicate sunt prezentate în Fig. 4.18.
În tabel. 4.3 prezintă caracteristicile barelor de combustibil pentru dispersia tijei și a ansamblurilor acestora.
Ansamblul de combustibil al barelor de combustibil ML-1 reactor de cercetare utilizată, în care rândul exterior cuprinde 12 bare de combustibil și un interior - 6 (Figura 4.19, tabelul 4.3 ..). Pentru bare de combustibil exterior într-un combustibil utilizat granule UO2 amestecului (31%) și BEO (69%), iar pentru interne - tablete de dioxid de uraniu. Carcasele pentru toate elementele combustibile sunt fabricate din Hastelloy X, cu un diametru de 6,1 x 0,76 și o lungime de 812,8 mm (partea activă 558,8 mm). Partea superioară a tijelor pentru izolarea termică comprimate de oxid de magneziu plasate, iar cu capetele inferioare ale tabletei printr-un arc presat beriliu combustibil oxid care se poate prelungi în mod liber în timpul expansiunii termice. Pentru a reduce presiunea totală și a colecta fragmente de fisiune gazoasă într-o tijă de combustibil, este prevăzut un volum liber unde arcul este localizat. În centrul ansamblului de combustibil există o tijă din aliaj Heins-25. Toate barele din ansamblu sunt distanțate de o sârmă înfășurată într-o spirală.

Fig. 4.23. FA a reactorului ERR:
1 - vârful superior al oțelului inoxidabil 304; 2 - arc (pentru dilatarea termică a întregului ansamblu); 3 - miezul central; 4 - piulița; 5 tije de combustibil; 6 - grilă superioară: 7 - mufă inelară; 8 - proeminențe pentru cleme de prindere; 9 - cleme pentru fixarea barelor de combustibil; 10 - grilă de sprijin inferioară a miezului; 11 - vârf de ghidare inferior (suport)

ERR asamblare combustibil este format din 25 de bare de combustibil, bare distantsioniruemyh interconectate la capete și două de-a lungul lungimii grilelor tijei de combustibil (Fig. 4.23, tab. 4.3). Pe cochilii tijei de combustibil, la zonele de zăbrele, există perle care fixează rigid barele de combustibil în direcția longitudinală. Proiectarea ansamblurilor de combustibil permite extragerea elementului central de combustibil și înlocuirea acestuia cu o tijă care conține bor. Tabletele sunt plasate într-o carcasă cu un spațiu inelar de 0,6 mm. Capetele elementelor combustibile sunt etanșate prin sudare (fără heliu). Diferitele moduri de distanțare a tijei tijelor au fost testate folosind grile și sârme. În primul rând, grilajul a fost testat, constând din două brațe de acoperire metalice subțiri lipite pe tija și sudate împreună prin sudură punctată. Un astfel de design rigid ne-a permis să compensăm extinderea termică a elementelor combustibile; în plus, este prea complexă și costisitoare de fabricat. Apoi, a fost testată o distanță de sârmă de 0,8 mm, înfășurată în jurul fiecărei tije. Capetele sârmei au fost sudate pe un suport din metal care conține cinci rânduri de țevi. Acest proiect a trebuit, de asemenea, să fie abandonat din cauza distanței slabe a tijei și a prezenței tensiunii în sârmă. Într-o variantă finală, spațierea este produs prin capse metalice, agrafe, curbate într-o buclă semicirculară, care acoperă ambele părți ale unui rând de tije și sudate împreună prin sudare cu zăbrele (vezi. Fig. 4.23). Exact aceeași rețea este situată la capetele ansamblului de combustibil.
În Fig. 4.24 prezintă designul original al deschise (ventilate) barele de combustibil într-o carcasă de grafit la o temperatură ridicată HTGR reactor Peach Bottom (USA) (vezi. Tabelul 4.3.). tijă de combustibil 90 diametru, lungimea totală a părții active 3660 și aproximativ 2300 mm lungime compus din secțiunea reflector superior, secțiunea de mijloc care conține combustibil, secțiunea inferioară reflector, manșonul de grafit (țeavă), brichete de combustibil, capcana internă pentru produsele de fisiune și tija de grafit. Bucșa, din grafit impermeabil, conține combustibil, o parte a reflectorului inferior și o capcană. Bucșa de grafit este conectată la reflectoarele superioare și inferioare. Tija de grafit este umplută cu brichete inelare de combustibil (înălțime 38, 069,7 mm). Particulele (U, Th) C2 cu un diametru de 150-400 μm au o acoperire de RuC densă cu o grosime de 50-60 pm. Această acoperire protejează materialul de combustibil de oxidare în timpul procesului de fabricație și promovează reținerea produselor de fisiune. Rezistența mecanică a brichetei de combustibil este asigurată de o matrice de grafit, care practic nu este deteriorată de fragmentele de fisiune. Capcana interioară, situată în reflectorul inferior, constă într-un cilindru de grafit cu fante care conțin cărbune tratat sub formă de granule.
O mică parte a lichidului de răcire heliu intră în elementul combustibil, în partea superioară a reflectorului. Gazul trece în jurul brichetelor de combustibil, transportând produsele de fisiune din spațiul dintre brichetele de combustibil și bucșa de grafit. Apoi, acesta intră în canelurile turnate pe suprafața exterioară a brichetelor de combustibil. După curățarea miezului produselor de fisiune, gazul trece printr-o capcană internă, unde rămân majoritatea produselor de fisiune. Din partea inferioară a capcanelor interioare, gazul trece pe linia de curățare care duce la capcană exterioară, unde produsele de fisiune rămase sunt îndepărtate.
Temperatura maximă a combustibilului din brichetă este

1500 ° C, temperatura pe suprafața elementului combustibil

Р00 ° С. Modelele ansamblurilor de combustibil pentru reactoare de mari utilizate elemente combustibile cu o lungime mai mare și un diametru mai mare. Zonele active sunt proiectate pe baza burnout 80 000-100 000 megawatt-zile / tonă de combustibil la funcționarea pe termen la putere maximă timp de aproximativ 6 ani.

În elementele de combustibil ale reactorului HTGR nu există cochilii metalice și alte părți, ceea ce reduce semnificativ captarea neutronilor paraziți. Ca rezultat, majoritatea neutronilor sunt folosiți pentru a converti combustibilul (232 Th) în combustibil nou (233U), ceea ce contribuie la arderea ridicată a combustibilului.

Utilizarea heliului ca agent de răcire și utilizarea grafitului în elementele combustibile face posibilă crearea unor temperaturi ridicate într-un reactor nuclear, deoarece, spre deosebire de metale și aliaje, proprietățile mecanice ale grafitului se îmbunătățesc odată cu creșterea temperaturii.

Ansamblu de combustibil „Dragon“ reactor de temperatură ridicată cuprinde șapte hexagonali ventilate bare de combustibil în membrane de grafit (Fig. 4.25, tab. 4.3). Stsrzhni hexagonale goale cu nervuri de distanțare formează canale pentru lichidul de răcire, care au forma de robinet. Deasupra și dedesubtul ansamblului de combustibil există reflectoare neutronice. Din combustibil, bucșele sunt realizate și așezate pe o tijă de grafit central goală sau solidă, care este plasată într-o țeavă de grafit. La capetele bucșei, de la centru până la margine, există degajări pentru colectarea gazului. Tubul de grafit se termină de sus, cu un canal foarte îngust, prin care un mic flux de heliu purificat intră din primul circuit. Heliul trece prin canalul tijei de grafit într-o capcană, unde este purificată din produsele de fisiune.
În reactorul experimental de gaz EBOR, care funcționează pe combustibil de uraniu-plutoniu, a fost utilizat un ansamblu de combustibil alcătuit din 18 tije de combustibil cu tija distanțate prin fir. Toate elementele de combustibil ale tijei sunt amplasate în spațiul inelar al oxidului de beriliu (Figura 4.26, Tabelul 4.3). Tija tijei constă din 178 de pelete combinate de combustibil sinterizat plasate într-o coajă de Hastelloy X.
Tijele de dispersie a barelor de rod au găsit o largă aplicație în domeniul cercetării și al reactoarelor energetice (SUA). O compoziție foarte diversă a compoziției combustibilului nuclear, în special UO2 cu matrice diferite, a fost adoptată, în funcție de condițiile de funcționare ale reactorului. Deoarece materialul de coajă, grafitul, Hastelloy-X, oțelul inoxidabil, zircaloia și aluminiu sunt folosite. Distanțarea tijei de carburant în ansamblu se face în principal prin sârmă înfășurată spiralat sau prin alte mijloace. Trebuie remarcat faptul că în Statele Unite se efectuează cercetări aprofundate privind utilizarea combustibilului uraniu-plutoniu mixt în tijele de combustibil dispersate ale reactorului PRTR.
Fig. 4.26. FAB reactor EBOR:

1 - peleta de combustibil din UO2-BeO; 2 - brichete din BeO; 3 - un tub cu dispozitive de monitorizare; 4 - tija de carburant; 5 fire pentru deturnarea tijei de combustibil; 6 - adaptarea cu un arc pentru a compensa expansiunea termică a BeO în ansamblu; Placă de 7 nuclee a miezului. Săgețile indică direcția de curgere a agentului de răcire