Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский национальный технический университет

Кафедра «Тепловые электрические станции»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Диагностика ТМО АЭС»

Тема: «Контроль разгерметизации оболочек твэлов»

Исполнитель: студент 5 курса

энергетического факультета

гр.106818

Денисов Сергей Михайлович

Руководитель: доцент

кафедры «Тепловые электрические станции»

к. т. н. Герасимова Алина Георгиевна

Минск 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 4

1 Специфика контроля разгерметизации оболочек твэлов 6

2 Контроль неравномерности энерговыделения 7

3 Контроль активности теплоносителя 1-го контура 12

3.1 Собственная активность теплоносителя 12

3.2 Осколочная активность теплоносителя 12

3.3 Наведенная активность теплоносителя 13

4 Контроль за ведением ВХР 1-го контура 16

5 Регламентные пределы повреждений и нагрузок твэлов 19

Заключение 22

Литература 23

Введение

В состав активной зоны реакторной установки в качестве основного элемента входят теп­ловыделяющие сборки (ТВС). Основным элементом ТВС являются тепловыделяющие эле­менты (твэлы). Твэл - отдельная сборочная единица с ядерным топливом, размещаемая в активной зоне и обеспечивающая генерирование тепловой энергии, накопление материа­лов деления и вторичного ядерного топлива.

В твэле происходит преобразование энергии деления урана (плутония) в тепло. Более 90 % всей энергии, освобождающейся при делении ядер, выделяется внутри твэлов. Через обо­лочку твэла происходит передача тепла от топлива к теплоносителю.

Твэл представляет собой одну из наиболее ответственных деталей реактора, влияющих на безопасность. Топливная матрица и окружающая ее оболочка входят в систему барьеров, предотвращающих выход радиоактивных веществ в окружающую среду.

Специфической особенностью технологического процесса на АЭС является образование радиоактивных продуктов деления, находящихся, в основном, в ядерном топливе. Сразу после выгрузки одна отработавшая ТВС реактора ВВЭР-1000 содержит активность, в сред­нем, 1,2•10¹⁶ Бк и выделяет энергию 100 кВт.

Однако высокая температура плавления (2800°С) и химическая стабильность двуокиси ура­на предотвращают выход продуктов деления за исключением крайних аварийных условий. Хотя в процессе деления в топливе образуются большие количества радиоактивности, топ­ливные таблетки диоксида урана удерживают более 98 % этой радиоактивности.

Получение максимальной мощности, эффективность использования топлива, и, в конце концов, экономические показатели реакторной установки находятся в прямой зависимости от эксплуатационных характеристик и долговечности твэла. Твэлы работают в тяжелых тепловых режимах. Теплотворная способность ²³⁵U в 2,4 млн. раз превышает теплотворную способность органического топлива. Выделение большого количества тепла в небольшом объеме активной зоны приводит к большим тепловым потокам. Для сравнения, плотность теплового потока от твэла к теплоносителю достигает 1,57•10³ кВт/м², тогда как в паровых котлах она равна (2-3)•10² кВт/м².

Материал оболочки твэла подвергается интенсивному радиационному воздействию нейт­ронов, гамма-квантов, а материал топлива - и осколков деления. Радиационное воздей­ствие приводит к «выбиванию» атомов из узлов решетки и к кратковременным (~ 10¹⁰с) локальным тепловым пикам. Образование тепловых пиков приводит к изменению размеще­ния атомов внутри разогретой области и к пластическим деформациям в соседних «холод­ных» областях. Смещение атомов и пластические деформации приводят к радиационному распуханию - изменению объема и геометрической формы твэла. Помимо этого распухание топлива обусловлено ещё одним фактором - накоплением продуктов деления. Распухание топлива за счет накопления газообразных осколков деления с образованием газовых пор называют газовым распуханием или «свеллингом». С увеличением температуры топлива возрастает выход газообразных осколков деления из топлива, что приводит к нежелатель­ному возрастанию давления под оболочкой.

Радиационные повреждения приводят не только к распуханию и деформации, но и к дру­гим физическим (температура плавления, теплопроводность, электропроводность, теп­лоемкость и т.д.) и механическим (твердость, пластичность, ползучесть, и т.д.) измене­ниям свойств материалов. Способность материала сохранять свои свойства после облуче­ния называют радиационной стойкостью.

Кроме вышеупомянутых факторов оболочка твэла подвергается коррозионному воздействию со стороны топлива и теплоносителя, а также эррозионному воздействию со стороны тепло­носителя.

В связи со сложными условиями работы твэла, его влиянием на безопасность и эффектив­ность реакторной установки, к конструкции твэла предъявляются особенно высокие техни­ческие требования. Главным требованием к твэлам энергетических реакторов является достижение максимального выгорания при сохранении герметичности.