Экономика ядерной энергетики: Основы технологии и экономики производства ядерного топлива. 3-е изд. - Синев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
4. Применяемые в активной зоне конструкционные материалы должны иметь минимальное сечение захвата нейтронов.
5. Конструкции твэлов и TBC должны быть технологичны для массового изготовления.
6. При выборе конструкции и материалов TBC и твэлов должна учитываться возможность применения промышленно освоенной, а если новой, то относительно простой и дешевой технологии разделки отработавших твэлов для растворения и химической переработки отработавшего топлива.
Важнейшими характеристиками режимов работы ядерного топлива в активной зоне_ реактора и удельной энергонапряженности топлива служат следующие основные показатели:
Рис. 9.8. TBC реактора АСТ-500 (размеры, мм: L=3I80; L,=420; L2=525; 1),=184,6; Дг=212; под ключ s=238; 6=1,5; масса — 800 кг)
а)
Рис. 9.9. TBC реактора PWR (а, б) и поперечное сечение активной зоны (в):
А — TBC с кластерной сборкой поглощающих элементов СУЗ; Б — измерительный канал; B-TBC без сборки СУЗ; /" — поглощающий элемент СУЗ; Д — твэлы (264 шт.) (наружный диаметр 9,5 мм; толщина оболочки 0,6 мм); /—сборка с пэламн; 2 —сборка без пэлов; 3 — выемная корзина; 4 — экран; 5—корпус
удельная энерговыработка (средняя по активной зоне и максимальная локальная) с единицы массы топлива за период его работы в реакторе *, МВт-сут/т; кВт-ч/кг;
* Удельная энерговыработка эквивалентна количеству разделившихся нуклидов в единице массы топлива, загруженного в активную зону реактора. Она характеризует глубину выгорания ядерного топлива в реакторе и является мерой фактически реализуемого в данном реакторе теплосодержания ядерного топлива, так как I МВт-сут/т=24 кВт-ч/кг=20 640 ккал/кт=86,4 МДж/кг= =2,95 кг у. т.
I Z З 4 5
6,7 B S 10
''Рис. 9.10. Дистанционирующие решетки TBC со стержневыми твэлами:
/ — треугольный тип; 2 — ромбический; 3 — кольцевой; 4 — петлевой; 5 — стержни, обвитые . проволокой, 6 — сотовый тип (треугольное расположение); 7— трубчатые дистанционирую-, щие прокладки, соединенные по оси; 8 — трубчатые дистанционирующие прокладки с поперечной связью; 9 — ленточная фигурная днстанциоиирующая решетка; 10 — шесть спи-, ральных ребер на каждом стержне
средняя удельная тепловая мощность, или тепловая энергонапряженность, единицы массы топлива, загруженного в активную зону реактора, МВт/т; кВт/кг;
удельная объемная мощность (средняя и максимальная), или объемная энергонапряженность активной зоны, кВт/л;
линейная плотность тепловыделения (средняя и максимальная) по длине оболочки твэла, Вт/см;
плотность теплового потока (средняя и максимальная) на те-плоотдаюшей поверхности оболочки твэла, Вт/см2.
9.2. ДИОКСИД УРАНА. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ТАБЛЕТОК
В настоящее время диоксид урана UCh является самым распространенным и хорошо освоенным в промышленном производстве видом керамического ядерного топлива, используемого на АЭС, Это топливо применяется почти во всех современных водоохлажда-v
500 WOO 1500 2000 2500 Температура, К
Рис. 9.11. Изменение теплопроводности UO2 в зависимости от температуры при плотности 95 % (теоретической)
емых реакторах, включая кипящие и тяжеловодные, а также в реакторах на быстрых нейтронах.
Диоксид урана — вещество темно-коричневого цвета, обладает высокой твердостью и хрупкостью, отличается от других кислородных соединений урана способностью испаряться без разложения. При рабочих температурах давление паров низкое, при 23600C оно составляет около 1 мм рт. ст. (133,3 Па). UO2 — полупроводник, его удельная теплопроводность при 200C весьма низка, но с увеличением температуры возрастает. Температурный коэффициент линейного расширения UO2 несколько увеличивается с ростом температуры и при 24— 400 °С равен 9,0 1/°С, при 400—800 °С— 11,0 1/°С, а при 800—1260 °С —
13•1O-6 1/пС. Диоксид урана не взаимодействует со щелочами и водой (до температуры 300°С), с трудом растворяется в слабо-разбавленных соляной и серной кислотах, но хорошо растворяется в азотной кислоте и смесях ее с соляной и плавиковой кислотами.
Основные качества диоксида урана, обеспечившие широкое применение в ядерной энергетике, следующие:
высокая температура плавления (близкая к 2800°С);
химическая устойчивость в широком диапазоне температур по отношению ко многим теплоносителям и замедлителям, таким, как вода, водяной пар, углекислый газ, натрий;
удовлетворительная совместимость в рабочем диапазоне температур с различными материалами оболочек (нержавеющая сталь, циркониевые сплавы, графит, алюминий, никель, медь, молибден, ниобий и др.);
возможность получения высокой плотности таблеток (выше 95% теоретического значения), что позволяет обеспечить хорошее удержание продуктов деления;
приемлемая радиационная стойкость при больших ('—TO14 нейтр./(см2-с) и интегральных ('—'1022 нейтр./см2) плотностях потоков при температурах, близких к точке плавления диоксида, что является следствием изотропности структуры. Изотропность UO2 позволяет также эффективно осуществлять процесс высокотемпературного спекания.
Наряду с этими достоинствами диоксид урана обладает серьезным недостатком — очень малой теплопроводностью, резко снижающейся с увеличением температуры (рис. 9.11). Малая теплопроводность вызывает появление в твэле очень резких перепадов температуры от центра сердечника к периферии (к оболочке). Например, в твэле реактора на быстрых нейтронах температура диоксида
