RU180840U1 - Твэл дисперсионного типа - Google Patents
Твэл дисперсионного типа Download PDFInfo
- Publication number
- RU180840U1 RU180840U1 RU2017143417U RU2017143417U RU180840U1 RU 180840 U1 RU180840 U1 RU 180840U1 RU 2017143417 U RU2017143417 U RU 2017143417U RU 2017143417 U RU2017143417 U RU 2017143417U RU 180840 U1 RU180840 U1 RU 180840U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- granules
- shell
- alloy
- zirconium
- Prior art date
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 125
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims abstract description 60
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 41
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 41
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 30
- 229910001093 Zr alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 17
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 150000003061 plutonium compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 10
- 150000003671 uranium compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 8
- 230000005499 meniscus Effects 0.000 claims abstract description 5
- 229910052778 Plutonium Inorganic materials 0.000 abstract description 14
- OYEHPCDNVJXUIW-UHFFFAOYSA-N plutonium atom Chemical compound [Pu] OYEHPCDNVJXUIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 14
- 230000008961 swelling Effects 0.000 abstract description 8
- 239000002826 coolant Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 abstract description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 20
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 9
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- UTDLAEPMVCFGRJ-UHFFFAOYSA-N plutonium dihydrate Chemical compound O.O.[Pu] UTDLAEPMVCFGRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- FLDALJIYKQCYHH-UHFFFAOYSA-N plutonium(IV) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[Pu+4] FLDALJIYKQCYHH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000004173 sunset yellow FCF Substances 0.000 description 7
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 6
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 4
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 230000004992 fission Effects 0.000 description 3
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 3
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 3
- OOAWCECZEHPMBX-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);uranium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[U+4] OOAWCECZEHPMBX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 102200052313 rs9282831 Human genes 0.000 description 3
- FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N uranium dioxide Inorganic materials O=[U]=O FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000711 U alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000306 component Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 239000008358 core component Substances 0.000 description 2
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 2
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 2
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 239000002915 spent fuel radioactive waste Substances 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- 241000272470 Circus Species 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical compound [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000007713 directional crystallization Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000013529 heat transfer fluid Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 238000004857 zone melting Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/42—Selection of substances for use as reactor fuel
- G21C3/58—Solid reactor fuel Pellets made of fissile material
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области атомной энергии, в частности к твэлам дисперсионного типа, применяемым в ядерных реакторах с водяным теплоносителем.В оболочке твэла с концевыми заглушками размещается топливный сердечник, состоящий из топливных частиц в виде гранул, распределенных в пропиточном сплаве на основе циркония, при этом топливные частицы соединены между собой и с оболочкой менисковыми мостиками пропиточного сплава на основе циркония, а поры составляют от 15 до 45% от внутреннего объема оболочки, при этом объемная доля топливных частиц составляет от 11 до 19%, а внутри оболочки размещены гранулы сплава циркония размером от 1/5 до 1/10 от внутреннего диаметра оболочки, образующие каркас внутри оболочки, причем в межкаркасном пространстве расположены топливные частицы, представляющие собой гранулы соединений плутония или смесь гранул соединений плутония и соединений урана размером от 0,05 до 0,1 мм, а гранулы сплава циркония соединены между собой и с оболочкой твэла пропиточным сплавом на основе циркония.Технической проблемой является обеспечение работоспособности и надежности твэла при работе в режимах переменной мощности с использованием топливных частиц в виде соединений плутония или смеси соединений плутония и урана, получение металлургического сцепления топлива с оболочкой твэла, а также получение равномерно распределенной пористости от 15 до 45%, служащей для компенсации распухания топливного сердечника при работе в реакторе.Техническим результатом является обеспечение возможности работы твэла дисперсионного типа в режимах переменной мощности.
Description
Полезная модель относится к области атомной энергии, в частности к композиционным материалам для топливных сердечников твэлов дисперсионного типа, применяемых в ядерных реакторах с водяным теплоносителем.
В ядерных энергетических реакторах применяются твэлы дисперсионного типа, отличающиеся тем, что их сердечник состоит из частиц ядерного топлива, равномерно распределенных в инертной матрице. Такая структура сердечника твэла локализует в частицах ядерного топлива и прилегающих к ним тонких слоях матрицы осколки деления, поэтому в твэлах отсутствует свободный объем для сбора газообразных осколков деления (Самойлов А.Г., Каштанов А.И., Волков B.C. "Дисперсионные тепловыделяющие элементы ядерных реакторов", том 1. Москва, Энергоиздат, 1982 г.).
У твэлов дисперсионного типа при хорошей теплопроводности матрицы, обеспечивающей надежный тепловой контакт между ядерным топливом и оболочкой, существенно снижен температурный уровень сердечника твэла, например перепад температур в сердечнике с матрицей из алюминиевого сплава в твэле реактора ВВЭР-1000 может быть снижен примерно в 15 раз (с 1500°С до 100°С). Это позволяет успешно эксплуатировать твэлы в маневренных режимах, сделать их менее безопасными в аварийных ситуациях, а в случае разгерметизации твэла снизить степень загрязнения теплоносителя, поскольку он будет контактировать с ядерным топливом только в месте дефекта. Кроме того, при низких температурах ядерное топливо меньше подвергается объемным изменениям от накапливаемых осколков деления и появляется возможность применения других видов ядерного топлива, например силицидов урана, сплавов урана с молибденом.
Однако меньшая концентрация ядерного горючего в сердечнике твэла дисперсионного типа требует увеличения массовой доли делимого нуклида, что соответственно уменьшает коэффициент конверсии нового ядерного топлива. Энерговыработка твэлов дисперсионного типа ограничена допустимым увеличением диаметра твэла или допустимой деформацией материала оболочки.
Известен твэл [Патент RU №2267175], имеющий внутри оболочки твэла топливный сердечник из дисперсионной композиции урансодержащих частиц и сплава алюминия, в которой объемное содержание урансодержащих частиц составляет до 45%, размер урансодержащих частиц составляет от 63 до 315 мкм. Оболочка и сердечник имеют диффузионное сцепление между собой, полученное при изготовлении твэла методом совместного выдавливания через формирующую матрицу составной цилиндрической заготовки, состоящей из топливного сердечника, заглушек и оболочки.
Однако недостаточная ураноемкость топливного сердечника из-за малой объемной доли топлива снижает экономическую эффективность твэла, а легкоплавкая алюминиевая матрица уменьшает стойкость твэла при локальных перегревах и аварийных ситуациях.
Известен способ (патент РФ №2086015, G21C 21/02, опубл. 27.07.1997) введения соединения урана в матрицу при изготовлении твэла дисперсионного типа. В оболочку помещают дисперсионную композицию, содержащую взятые в соответствующих долях крупку материала матрицы и частицы делящегося материала. Такую сборку пропускают через нагреватель, где по мере прохождения сборки происходит локальное зонное плавление матричного материала и распределение делящегося материала в зоне расплава (в матрице). По мере выхода сборки из зоны нагревателя происходит направленная кристаллизация матричного материала, обеспечивающая матрицу без пор и надежное сцепление дисперсионной композиции с внутренней поверхностью оболочки твэла. Для надежного обеспечения подпитки зоны расплава материалами делящегося вещества и матрицы и равномерного распределения крупки делящегося вещества в матрице сборку подвергают вертикальным вибрациям. Процесс ведется в вакууме. Герметизация второго конца твэла осуществляется методами сварки после соответствующей механической и химической подготовки.
Недостатком способа является то, что полученная матрица практически не содержит пор, что вызывает трудность при компенсации распухания топлива. Кроме того, недостатком является сложность изготовления твэла.
Известен также (патент РФ №2125305, опубл. 20.01.1999, МПК9 G21C 3/20) способ введения соединения урана в матрицу при изготовлении тепловыделяющего элемента ядерного реактора, в котором смесь частиц, содержащих делящийся изотоп в требуемом количестве, и частиц теплопроводящей матрицы прессуют в пористые блоки с объемом пор от 5 до 30%, помещают эти блоки в металлическую оболочку и герметизируют ее. Для изготовления сердечника могут быть использованы частицы сплава урана с 9% молибдена в количестве от 20 до 55% по объему, при этом матрица может быть изготовлена из порошка алюминия или циркония в количестве от 35 до 60% по объему.
Недостатком этого способа является сложность изготовления матрицы с заданной величиной свободного объема и его равномерным распределением в матрице для компенсации распухания топлива, а также небольшая объемная доля топлива, что снижает ураноемкость топливного сердечника и ухудшает экономические характеристики реактора.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по решаемой технической проблеме является твэл (патент RU №2112287 МПК9 G21C 3/58 3/64 21/02, опубл. 1998), в оболочке которого размещен топливный сердечник, состоящий из частиц делящейся фазы и пропиточного сплава на основе циркония, при этом частицы делящейся фазы соединены между собой и с оболочкой менисковыми мостиками пропиточного сплава на основе циркония, а поры составляют 15-45% от внутреннего объема оболочки твэла.
К недостаткам этого известного технического решения можно отнести довольно высокую объемную долю ядерного топлива на основе урана (около 60%). Для ядерного топлива на основе плутония или смеси урана и плутония объемная доля этого топлива не должна превышать 11% по плутонию или не более 19% по «энергетическому» диоксиду плутония (выделенному из отработавшего топлива), иначе очень высокое выделение энергии от твэла с топливом на основе плутония невозможно будет снять с поверхности оболочки твэла водяным теплоносителем, что приведет к перегреву и пережогу твэла.
Применение заявляемой полезной модели твэла дисперсионного типа может быть использовано в качестве оптимального вовлечения высвобождаемого «энергетического» плутония для реализации замкнутого по плутонию топливного цикла.
Технической проблемой является обеспечение работоспособности и надежности твэла при работе в режимах переменной мощности с использованием топливных частиц в виде соединений плутония или смеси соединений плутония и урана, получение металлургического сцепления топлива с оболочкой твэла, а также получение равномерно распределенной пористости от 15 до 45%, служащей для компенсации распухания топливного сердечника при работе в реакторе.
Техническим результатом является обеспечение возможности работы твэла дисперсионного типа в режимах переменной мощности.
Технический результат в конструкции твэла дисперсионного типа достигается тем, что оболочка с концевыми заглушками содержит топливный сердечник, состоящий из топливных частиц в виде гранул, распределенных в пропиточном сплаве на основе циркония, при этом топливные частицы соединены между собой и с оболочкой менисковыми мостиками пропиточного сплава на основе циркония, а поры составляют от 15 до 45% от внутреннего объема оболочки, при этом объемная доля топливных частиц составляет от 11 до 19%, а внутри оболочки размещены гранулы сплава циркония размером от 1/5 до 1/10 от внутреннего диаметра оболочки, образующие каркас внутри оболочки, причем в межкаркасном пространстве расположены топливные частицы, представляющие собой гранулы соединений плутония или смесь гранул соединений плутония и соединений урана размером от 0,05 до 0,1 мм, а гранулы сплава циркония соединены между собой и с оболочкой твэла пропиточным сплавом на основе циркония.
Гранулы сплава циркония засыпаются в оболочку с приваренной нижней заглушкой и подвергаются виброуплотнению. При этом внутри оболочки образуется каркас из крупных гранул сплава циркония (с размером гранул от 1/5 до 1/10 от внутреннего диаметра оболочки) с равномерно распределенной по длине твэла межгранульной пористостью. В образовавшуюся в каркасе межгранульную пористость засыпается с вибрацией смесь мелких гранул (по отношению к крупным гранулам каркаса) топливных частиц размером от 0,05 до 0,1 мм и гранул пропиточного сплава размером от 0,063 до 0,2 мм (метод инфильтрации).
Снаряженная гранулами оболочка с приваренной нижней заглушкой подвергается нагреву в вакууме выше температуры плавления пропиточного сплава на 40-80°С. При этом происходит смачивание стенок оболочки, гранул каркаса и гранул топливных частиц с перемещением расплава в места касаний этих гранул и стенок оболочки и «обволакивание» этих гранул слоем пропиточного сплава с образованием «менисковых» мостиков между ними. В местах первоначального расположения гранул пропиточного сплава остаются поры.
Металлургический контакт гранул топливных частиц и гранул сплава циркония, образующих каркас, между собой и со стенкой оболочки достигается за счет капиллярных свойств эвтектического пропиточного сплава на основе циркония. Эти сплавы представляют собой легкоплавкие эвтектики с температурой плавления 820-920°С. Основой сплава является цирконий, а компонентами сплава являются железо, бериллий и медь.
Результатом является возможность работы твэла дисперсионного типа по заявляемой полезной модели в режимах переменной мощности, так как изменение во времени мощности реактора напрямую связано с термомеханическими напряжениями в оболочке и сердечнике, которые, в свою очередь, связаны с различием их температурных уровней и коэффициентов термического расширения. В заявляемой полезной модели в трех компонентах твэла из четырех (оболочка из циркониевого сплава, каркас из гранул сплава циркония, пропиточный сплав на основе циркония) в качестве основного элемента содержится цирконий. Поэтому такой твэл дисперсионного типа имеет теплопроводность порядка 15-25 Вт/м⋅град, в отличие от низкой теплопроводности топлива порядка 4 Вт/м⋅град для твэлов контейнерного типа реактора ВВЭР-1000.
На фиг. 1 схематично представлен предлагаемый твэл, где 1 - оболочка, 2 - нижняя заглушка, 3 - верхняя заглушка, 4 - топливный сердечник.
На фиг. 2 представлено изображение части поперечного шлифа предлагаемого твэла, где 5 - оболочка, 6 - пропиточный сплав, 7 - гранулы сплава циркония, 8 - гранулы топлива, 9 - поры.
Хорошо видно наличие металлургического соединения пропиточного сплава с гранулами топлива и с крупными гранулами сплава циркония, а также пропиточного сплава с оболочкой твэла.
На фиг. 3 представлено изображение поперечного шлифа предлагаемого твэла, где 5 - оболочка, 6 - пропиточный сплав, 7 - гранулы сплава циркония, 8 - гранулы топлива, 9 - поры.
На фиг. 4 представлена гистограмма распределения линейной плотности плутония по длине твэла (см. пример 1), изготовленного методом виброуплотнения с последующим нагреванием и расплавлением пропиточного сплава (капиллярной пропиткой). Отношение максимальной линейной плотности плутония к средней линейной плотности плутония составляет 1,029, то есть не превышает 3%, что лучше допустимого отклонения для твэлов типа ВВЭР. Это происходит за счет того, что гранулы топлива расположены в равномерно распределенной пористости межгранульного пространства каркаса из крупных гранул сплава циркония.
Как видно из представленных данных, в топливном сердечнике сохраняется равномерно распределенная пористость от 15 до 45%, служащая для компенсации распухания топливного сердечника при работе в реакторе.
На фиг. 5 представлено сечение предлагаемого твэла после операции виброснаряжения, где 5 - оболочка, 6 - пропиточный сплав, 7 - гранулы сплава циркония, 8 - гранулы топлива, 9 - поры.
На фиг. 6 представлено сечение предлагаемого твэла после операции нагревания и расплавления пропиточного сплава, где 5 - оболочка, 6 - пропиточный сплав, 7 - гранулы сплава циркония, 8 - гранулы топлива, 9 - поры.
Примеры осуществления.
Пример 1.
В оболочке из циркониевого сплава Э110 диаметром 9,15×7,72 мм длиной 245 мм находятся гранулы циркониевого сплава Э110 (каркас), гранулы диоксида плутония, пропиточный сплав состава Zr-6,3 Fe-2,7 Be-2,0 Cu и поры. Объемная доля гранул циркониевого сплава Э110 (каркас) с размером от 1,0 до 1,2 мм составляет 44%, объемная доля гранул диоксида плутония с размером от 0,05 до 0,063 мм составляет 19%, объемная доля гранул пропиточного сплава с размером от 0,14 до 0,2 мм составляет 16%, объемная доля пор составляет 21%.
При этом в «энергетическом» диоксиде плутония (выделенном из отработавшего топлива) содержится 88% плутония, а количество делящихся изотопов Pu239 и Pu241 в плутонии в среднем составляет 65%, то есть объемная доля делящихся изотопов Pu239 и Pu241 в сердечнике твэла составляет 11%. Поры в топливном сердечнике позволяют полностью компенсировать распухание до выгорания 0,7 г-оск/см3, а такое количество делящихся изотопов плутония в заявляемом твэле в пересчете на штатный твэл ВВЭР-1000 обеспечит выгорание 60-100 МВт⋅сут/кг урана.
После засыпки и виброуплотнения компонентов сердечника в оболочку твэла производят нагревание с расплавлением пропиточного сплава в вакууме при 860°С в течение 3 минут.
Возможна реализация заявляемой полезной модели с известными оболочками из циркониевых сплавов цилиндрической и сложной формы с описанными диаметрами от 5,8 до 13,6 мм, длиной до 3600 мм. В последнем случае при операции нагревания и расплавления пропиточного сплава применяется зонный нагрев снаряженного твэла в вакууме, в том числе и в горизонтальном положении. Из-за имеющихся капиллярных свойств пропиточных сплавов в заявляемой полезной модели при нагревании и расплавлении не происходит «стекания» расплава пропиточного сплава, а происходит «обволакивание» гранул каркаса, топливных гранул и стенок оболочки за счет высокого поверхностного натяжения пропиточного сплава.
Пример 2.
В оболочке из циркониевого сплава Э110 диаметром 6,8×5,8 мм длиной 245 мм находятся гранулы циркониевого сплава Э110 (каркас), смесь гранул диоксида плутония и гранул диоксида урана, пропиточный сплав состава Zr-8,8 Fe-9,2 Cu и поры.
Объемная доля гранул циркониевого сплава Э110 (каркас) с размером от 0,63 до 1,0 мм составляет 49%, объемная доля гранул диоксида плутония с размером от 0,05 до 0,063 мм составляет 8%, объемная доля гранул диоксида урана с размером от 0,05 до 0,063 мм составляет 5%, объемная доля гранул пропиточного сплава с размером от 0,10 до 0,16 мм составляет 12%, объемная доля пор составляет 26%.
В оболочку с приваренной нижней заглушкой засыпают крупные гранулы сплава Э110, которые образуют каркас (гранулы касаются друг друга и стенок оболочки). Далее в оболочку через полученный каркас засыпают смесь гранул топлива (диоксида плутония и диоксида урана) и гранул пропиточного сплава (метод инфильтрации) и производят виброуплотнение в течение 2 минут. После виброуплотнения компонентов сердечника производят нагревание с расплавлением пропиточного сплава в вакууме при 910°С в течение 3 минут.
По сравнению с прототипом заявляемая полезная модель твэла имеет такую же компенсационную межгранульную пористость от 15 до 45% от внутреннего объема оболочки твэла для компенсации распухания топливных частиц.
Так как получить в оболочке пористость при виброснаряжении менее 15% технологически затруднительно (для этого требуется подбор трех-четырех групп частиц с определенными фракционными составами и объемными соотношениями), то в заявляемой полезной модели твэла не реализуется пористость менее 15%.
Реализовать пористость в топливном сердечнике более 45% нецелесообразно, так как при этом размер гранул из сплава циркония, образующих каркас, может достигать до 1/3 от внутреннего диаметра оболочки, при этом количество пор уменьшается, а сами поры получаются слишком большими, что может привести к неравномерности распределения ядерного топлива как по длине, так и по радиусу твэла, кроме того, пористости от 15 до 45% вполне достаточно для достижения выгораний, превышающих выгорание штатного твэла реактора типа ВВЭР-1000.
Заявляемая полезная модель твэла имеет объемную долю ядерного топлива от 11 до 19%, которое гораздо меньше, чем у прототипа (57-60%). Это связано с тем, что используемое в заявляемой полезной модели ядерное топливо в виде соединений плутония или в виде смеси соединений плутония и соединений урана значительно более энергоемкое. Поэтому объемная доля ядерного топлива более 19% в заявляемой полезной модели твэла может привести к перегреву и выходу из строя твэла из-за очень высокого выделения энергии от топлива на основе плутония. Объемная доля ядерного топлива менее 11% нецелесообразна, так как при этом можно не достигнуть выгораний, полученных у штатных твэлов реактора ВВЭР-1000.
Таким образом, заявляемый твэл дисперсионного типа обеспечит работоспособность и надежность при его эксплуатации в режимах переменной мощности с сохранением совместимости материалов топливного сердечника и оболочки и возможностью компенсации распухания топлива.
Claims (1)
- Твэл дисперсионного типа содержит размещенный в оболочке с концевыми заглушками топливный сердечник, состоящий из топливных частиц в виде гранул, распределенных в пропиточном сплаве на основе циркония, при этом топливные частицы соединены между собой и с оболочкой менисковыми мостиками пропиточного сплава на основе циркония, а поры составляют от 15 до 45% от внутреннего объема оболочки, отличающийся тем, что объемная доля топливных частиц составляет от 11 до 19%, при этом внутри оболочки размещены гранулы сплава циркония размером от 1/5 до 1/10 от внутреннего диаметра оболочки, образующие каркас внутри оболочки, причем в межкаркасном пространстве расположены топливные частицы, представляющие собой гранулы соединений плутония или смесь гранул соединений плутония и соединений урана размером от 0,05 до 0,1 мм, а гранулы сплава циркония соединены между собой и с оболочкой твэла пропиточным сплавом на основе циркония.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017143417U RU180840U1 (ru) | 2017-12-12 | 2017-12-12 | Твэл дисперсионного типа |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017143417U RU180840U1 (ru) | 2017-12-12 | 2017-12-12 | Твэл дисперсионного типа |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU180840U1 true RU180840U1 (ru) | 2018-06-28 |
Family
ID=62813367
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017143417U RU180840U1 (ru) | 2017-12-12 | 2017-12-12 | Твэл дисперсионного типа |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU180840U1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022255899A1 (ru) | 2021-05-31 | 2022-12-08 | Акционерное Общество "Твэл" | Тепловыделяющий элемент водо-водяного энергетического ядерного реактора |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2112287C1 (ru) * | 1996-07-30 | 1998-05-27 | Государственный научный центр РФ "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им.акад.А.А.Бочвара" | Твэл для водо-водяных энергетических реакторов |
US5949837A (en) * | 1994-08-16 | 1999-09-07 | Radkowskty Thorium Power Corp. | Seed-blanket reactors |
RU2154312C1 (ru) * | 1999-02-16 | 2000-08-10 | Государственный научный центр Российской Федерации Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. академика А.А. Бочвара | Твэл ядерного реактора |
EP3032541A1 (en) * | 2008-12-25 | 2016-06-15 | Thorium Power, Inc. | A fuel element and a method of manufacturing a fuel element for a fuel assembly of a nuclear reactor |
-
2017
- 2017-12-12 RU RU2017143417U patent/RU180840U1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5949837A (en) * | 1994-08-16 | 1999-09-07 | Radkowskty Thorium Power Corp. | Seed-blanket reactors |
RU2112287C1 (ru) * | 1996-07-30 | 1998-05-27 | Государственный научный центр РФ "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им.акад.А.А.Бочвара" | Твэл для водо-водяных энергетических реакторов |
RU2154312C1 (ru) * | 1999-02-16 | 2000-08-10 | Государственный научный центр Российской Федерации Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. академика А.А. Бочвара | Твэл ядерного реактора |
EP3032541A1 (en) * | 2008-12-25 | 2016-06-15 | Thorium Power, Inc. | A fuel element and a method of manufacturing a fuel element for a fuel assembly of a nuclear reactor |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022255899A1 (ru) | 2021-05-31 | 2022-12-08 | Акционерное Общество "Твэл" | Тепловыделяющий элемент водо-водяного энергетического ядерного реактора |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102561185B1 (ko) | 원자로 시스템용 복합 감속재 | |
KR101793896B1 (ko) | 완전한 세라믹 핵연료 및 관련된 방법 | |
RU2723561C2 (ru) | Способ производства полностью керамического микроинкапсулированного ядерного топлива | |
US9620248B2 (en) | Dispersion ceramic micro-encapsulated (DCM) nuclear fuel and related methods | |
US4045286A (en) | Molten fuel-salt reactor | |
US20200373024A1 (en) | Molten metal fuel buffer in fission reactor and method of manufacture | |
CN103295652B (zh) | 采用陶瓷包壳金属芯块的核燃料棒 | |
JP2016224068A (ja) | 燃料アッセンブリ | |
NO750406L (ru) | ||
RU2389089C1 (ru) | Тепловыделяющий элемент для ядерных реакторов (варианты) и способ его изготовления (варианты) | |
US3855061A (en) | Nuclear reactor fuel plate | |
JP2023550578A (ja) | 溶融金属を充填した炭化ケイ素燃料被覆管及び均一な分布製作方法 | |
CN110415838A (zh) | 一种增强安全性的棒状核燃料元件及其制备方法 | |
TWI795634B (zh) | 自癒液體丸護套間隙熱傳填料 | |
RU180840U1 (ru) | Твэл дисперсионного типа | |
WO2015195115A1 (en) | Triso-isotropic (triso) based light water reactor fuel | |
RU89904U1 (ru) | Твэл ядерного реактора | |
US8774344B1 (en) | Tri-isotropic (TRISO) based light water reactor fuel | |
US11728045B2 (en) | 3D printing of additive structures for nuclear fuels | |
US3407116A (en) | Nuclear reactor fuel elements | |
RU56048U1 (ru) | Реактор-конвертер на тепловых нейтронах | |
JPS6362716B2 (ru) | ||
RU2125305C1 (ru) | Твэл ядерного реактора | |
RU2295165C1 (ru) | Способ изготовления топливной композиции для ядерного реактора | |
JP2017096653A (ja) | 核燃料コンパクト、核燃料コンパクトの製造方法、及び核燃料棒 |