Мир атома
Энергетическая стратегия
Диверсификация топлива
ПО «BEACON-MONITOR»
НАЭК «Энергоатом»
ОП «Запорожская АЭС»
ОП «Ровенская АЭС»
ОП «Хмельницкая АЭС»
ОП «Южно-Украинская АЭС»
Физические основы
Радиоактивность деления
Высвобождение энергии
Классификация реакторов
Развитие ВВЭР
Реактор типа ВВЭР
Характеристики (В-320)
Характеристики (В-392Б)
Ядерное топливо (ЯТ)
Реактор EPR-1500
Характеристики
Особенности
Реактор AP1000
Характеристики
АЭС-2006 (В-466П)
Особенности В-466П
Реактор типа CANDU
Описание
Характеристики
Регулирование
Функции
Деятельность
Управление качеством
Научно-техническая поддержка
Безопасность
Общая характеристика
Модернизация
Продление эксплуатации
Снятие с эксплуатации ЧАЭС
Противоаварийная тренировка
Исследования
Добыча урана
Отработанное ЯТ
ОЯТ на действующих АЭС
ОЯТ на ЧАЭС
Зона отчуждения
Объект «Укрытие»
Новости
   
 
 

Развитие ВВЭР. Ядерное топливо (ЯТ)

Папка

Твэл ядерного реактора ВВЭР-1000 представляет собой трубку, заполненную таблетками из двуокиси урана UO2 и герметично уплотненную концевыми деталями на сварке. Трубка твэл изготовлена из циркония, легированного 1% ниобия. Наружный диаметр трубки твэл 9,1 ± 0,05мм, ее толщина 0,65 ± 0,03мм, а внутренний диаметр - 7,72 + 0,08мм.

В эту трубку с зазором 0,19 - 0,32мм на диаметр помещены таблетки двуокиси урана высотой (длиной) 20мм и диаметром 7 53 -0 05мм В середине этих таблеток имеются отверстия диаметром 2,3мм, а края таблеток скруглены фасками Общая длина столба этих таблеток в твэле составляет 3530мм. Все размеры указаны для холодного состояния Длина трубки твэл составляет 3800мм поэтому положение столба топливных таблеток в твэле зафиксировано разрезными втулками из нержавеющей стали и пружиной не препятствующими тепловым перемещениям.

При установке приварке и герметизации концевых пробок твэла его внутренняя полость заполняется гелием до давления 20-25 атм Внутренний объем твэла в холодном состоянии 181 см3 на 70% заполнен таблетками топлива а 30% составляют газовый объем Общая длина твэла 3837 мм общий вес - 2 1 кг на его нижней концевой пробке имеется поперечное отверстие для крепления к нижней опорной решетке тепловыделяющей сборки.

Герметичность каждого твэла проверяется гелиевым течеискателем по самым высоким существующим требованиям Герметизирующие элементы твэла (трубка и концевые детали) называют оболочкой а таблетки двуокиси урана называют топливным сердечником В , качестве материала для изготовления трубок твэл традиционно применяется рекристализованный сплав циркония с 1% ниобия.

Преимущество циркония заключается в удачном сочетании ядерных и физических характеристик с механическими и коррозионными свойствами Цирконий коррозионно стоек в большинстве сред применяемых в качестве теплоносителей ядерных реакторов и достаточно технологичен Наибольшее распространение в реакторах типа ВВЭР получил сплав циркония с одним весовым процентом ниобия (сплав Н-1) Плотность данного сплава 6 55 гр/см3 температура плавления 1860 0С

При исследовании свойств сплава Н-1 было выявлено что температура 350 0С является своеобразной критической точкой после которой прочностные свойства сплава ухудшаются а пластические увеличиваются Наиболее резко свойства изменяются в интервале 400-500 0С При температуре около 1000 градусов цирконий взаимодействует с водяным паром по реакции его окисления

Папка

при 1200 градусах эта реакция протекает быстро (минуты).

При этом выделяется тепло реакции которое далее разогревает оболочку до плавления (1860 градусов) с поверхности вглубь толщины трубки при этом образуется много водорода Таблетки двуокиси урана имеют высокую температуру плавления (около 2800 градусов) не взаимодействуют с водой и паром даже при высоких температурах, совместимы с материалом оболочки твэл.

Двуокись урана имеет такую же плохую теплопроводность как огнеупорные материалы (в 40 раз меньше чем у стали) Плотность двуокиси урана 10 4 - 10 8 г/см3 При осуществлении цепной реакции деления урана в объеме топливных таблеток равномерно выделяется тепло с интенсивностью до 0 45 кВт на 1 кубический сантиметр (450 квт/литр)

Папка

Тепло это отводится из объема таблеток теплопроводностью к поверхности трубок (оболочек), охлаждаемых водой, поэтому наибольшая температура устанавливается в середине таблеток.

При номинальной мощности топлива средняя температура в центре топливных таблеток составляет около 1600 градусов, а на поверхности этих таблеток - около 470 градусов. Максимальная температура соответственно достигает 1940 и 900 градусов. При работе топлива с номинальной мощностью перепад температуры на газовом зазоре между таблетками и трубкой (оболочкой) в среднем составляет 100 градусов, а по толщине самой трубки - 23 0С. Температура наружной поверхности трубки твэл при этом составляет около 350 градусов. Удельный тепловой поток через эту поверхность в среднем около 0,6 мВт/м2, а линейный тепловой поток - 17 квт/метр трубки.

При номинальной мощности давление гелия под оболочкой твэл составляет 80-100 атм. Топливный сердечник твэла при этом удлиняется от нагрева на 30 мм.

Содержание делящегося урана-235 в массе топливных таблеток составляет от 4,4% в начале работы до 0,8 - 1% перед выгрузкой из реактора через три года работы. Около 5% осколков деления урана представляют собой газообразные вещества, которые увеличивают давление газов под оболочкой твэл на 80 атмосфер в конце кампании в горячем рабочем состоянии. После охлаждения топлива парциальное давление этих газообразных осколков деления в оболочке твэл составляет около 20 атм.