Пределы повреждения твэл:

Оболочка ТВЭЛ - циркониевый сплав. Наиболее опасен для циркониевого сплава процесс гидрирования водородом, который ведет к охрупчиванию и появлению трещин. При   350360 сплав быстро корродирует. Так, например, при 350 за 4000 часов эксплуатации увеличение массы составляет 2 мг/см², именно поэтому устанавливается жесткий предел по  оболочки.

Длительное облучение повышает прочностные свойства циркония, но снижает пластичность.

Главным недостатком UО₂ является его малая теплопроводность, резко снижающаяся с .  на длине радиуса 2,58 мм может достигать 9001000. Из-за нарушения теплопроводности может произойти перегрев ТВЭЛа и его разрушение. Именно поэтому установлен жесткий предел по количеству ТВЭЛ имеющих прямой контакт с т/н.

Цирконий обладает неблагоприятным свойством, при взаимодействии с паром начинает протекать реакция:

Zr + 2H₂O = ZrO₂ + 2H₂ + Q (Q - энергия, выделяющаяся при реакции, составляет 6530 кДж/кг). Реакция - экзотермическая и сопровождается помимо выделения тепла охрупчиванием оболочки и уменьшением ее толщины за счет окисления. Начало реакции при  950, при достижении   1200 реакция становится самоподдерживающейся. За 1012 минут происходит окисление на толщину 0,13 мм с разогревом до плавления ( 1830). Интенсивность реакции зависит от количества пара, подводимого к реагирующей поверхности. Но в реакции участвуют лишь внешние слои, водород препятствует проникновению пара к поверхности, а образующаяся пленка ZrO₂ тормозит реакцию. Необходимо отметить, что тепло реакции соизмеримо с остаточным тепловыделением. Поэтому установлен максимальный проектный предел по повреждению оболочек.

Эксплуатационный предел (ПБЯ РУ АЭС) повреждения ТВЭЛ: За счёт образования микротрещин с дефектами типа “газовой не плотности”  0,2% от всех ТВЭЛ и 0,02% при прямом контакте с топливом. (Дополнение из ТОБ: при этом  (по йоду) в т/н 1K  1,510^-2 Ки/л, дополнение из каталожного описания ТВС:  (по йоду) т/н  10^-3 Ки/л и далее снижение _РУ);

1 предел (Предел безопасной эксплуатации (ПБЯ РУ АЭС)): 1% ТВЭЛ с дефектами типа газовой не плотности; 0,1% ТВЭЛ для которых имеет место прямой контакт т/н и топлива; (Дополнение из каталожного описания ТВС:  (по йоду) т/н  510^-3 Ки/л и далее останов РУ);

2 предел (Максимальный проектный предел) /при разгерметизации 1K, заклинивании ГЦH и течах 2к/:  оболочек  1200; Локальная глубина окисления оболочек  18%; Доля прореагировавшего циркония  1% его массы в а.з.. /При МПА  15% и 0,7%.

КГО ТВЭЛ необходимо проводить при достижении:

 проектного эксплуатационного предела повреждения ТВЭЛ - max  радионуклидов йода в т/н 1K достигла величины 1,510^-2 Ки/л.

 при работе на  достигнута  р/нуклидов йода в т/н 1K - 110^-3 Ки/л.

 после останова ЯР действием АЗ  радионуклидов йода в т/н 1K  в 5 и более раз по сравнению в предыдущими стационарными данными.

Модификации ТВС.

В н.в. появилось несколько новых модификаций ТВС, которые условно можно разделить на две основные группы:

 ТВС начального обогащения 4,0%, c направляющими каналами и дистанционирующими решетками из циркониевого сплава Э110. В качестве СВП в таких кассетах используются так называемые ТВЭГи, т.е. в 6-ти из 312-ти ТВЭЛах к диоксиду урана подмешан оксид гадолиния Gd₂O₃ содержанием 50,2%.

ТВС начального обогащения 4,4%, c направляющими каналами и дистанционирующими решетками из нержавеющей стали 08Х18Н10Т.

При этом обе группы ТВС профилируются по радиусу с помощью использования в периферийном ряде 66-ти ТВЭЛ с пониженным обогащением 3,6% (или 60-ти ТВЭЛ с обогащением 3,3%)

В качестве СВП в таких кассетах используются штатные пучки ПЭЛов с диборидом хрома в алюминиевой матрице Al+CrB₂. В н.в. начинают использоваться модернизированные кластера утяжеленные в нижней части титонат-диспрозием или гафнием.

Тип ТВС	Штатная ТВС, кг	Модифицированная ТВС
Без ПС СУЗ, СВП	681	670,5
С ПС СУЗ	697	686,5
С утяжелённым ПС СУЗ	894	683,5
С СВП	702	691,5

Новые ТВС имеют 18 направляющих труб из циркония (вместо 0Х18Н10Т), что экономит 1,8% нейтронов.

 Гелиевая накачка ТВЭЛ (_He  2022,5 ати):

Достоинства:   теплопроводности слоя,   контакта топливо/оболочка,   локальных сгибов при распухании топлива,   точечных напряжений от растрескивания таблеток за счёт общего растягивающего давления,  отсутствие эффекта “наползания” оболочки при достижении номинальных параметров 1K.

Недостатки: более  под оболочкой в конце компании топлива, особенно при использовании мощностного эффекта.  в ТВЭЛ достигает 180 против 140 ати.

 Свободный объём в ТВЭЛ достигает  30,5 см³ (не учитывая топливных зазоров), а при N =100%  21,8 см³. Увеличение объёма с 18 см³ значительно облегчает накопление продуктов деления.

 Увеличение высоты таблетки: снижает при НУЭ выход газообразных продуктов деления, что при средней  < 1650 снизило выход с 5% до 2% по оболочку. Но из-за вероятности растрескивания необходимы более жёсткие требования к скорости изменения  в переходных процессах.

 Использование внутреннего отверстия :  облегчение наполнения газообразных продуктов,  внутреннего  напряжения и деформации,  увеличение допустимой глубины выгорания при “залечивании” отверстий.

 Использование вместо СВП – напыления на таблетки чистого Gd – гадолиния:  отказ от СВП со снижением стоимости,  возможность профилирования по высоте ТВС,   затрат на ТТО на ППР.

ПЭЛ

ПЭЛ представляет собой стержень, состоящий из оболочки, заполненной поглощающим материалом, и заглушенной наконечниками. Поглотитель B₄C карбид бора – порошок с плотностью 1700 кг/м³.  плавления  2340. Высота ПЭЛ – 3710 мм, 8,2

СВП

Назначение: выравнивание ЭВ по радиусу а.з.; уменьшения коэффициента размножения в начале работы ЯР (для 3‑х годичной кампании); для получения отрицательного ТКР; чтобы не было “пережога свежих” ТВС. Пучок СВП состоит из стержней СВП и захватной головки. Стержень СВП, как и ПЭЛ, состоит из оболочки и поглощающего материала - выгорающего поглотителя.

Поглотитель CrB₂ – диборит хрома в алюминиевой матрице, бор природный, без обогащения по изотопу ₅B¹⁰. За год в ТВС (4,4%) материал СВП выгорает полностью. В отличии от ПС СУЗ отсутствует подпружиненная подвеска.

Вибрация элементов а.з. может привести к колебаниям _РУ - 1012%_НОМ, вследствие изменения физических характеристик а.з..

При протаскивании штанги сцеплённой с ПС усилия по динамометру д/б 2832 кгс, изменение веса при перемещении д/б  3 кгс (контроль при перегрузке). Тянущие усилия развиваемые ПМ при операциях с ПС и СВП д/б  150 кгс.

Для снижения вибрации предусмотрено:

 выбор расходов ГЦН, гидравлических характеристик петель и а.з. Собственные колебания элементов ГЦК, ГЦН, ТВЭЛ, ТВС, БЗТ лежат в нерезонансной области.

 Фиксация корпусов основного оборудования - ГЦН, ПГ…, с использованием гидроамортизаторов.

 ВБ жестко фиксирован с корпусом реактора (154 шпильки) и давит через демпфер на БЗТ.

 Перфорация поворотной камеры БЗТ оптимизирует потери местного сопротивления и уменьшает сопротивление потока.

 Конструкция шахты ЯР включает: пружинную плиту (6 шт.) на опорном бурте шахты (между шахтой и корпусом); разделительное кольцо в середине; 8 шпонок на корпусе ЯР; эллиптическое днище с радиусом кривизны меньше чем у днища - для минимального градиента давления по сечению прохода.

 Распределение скоростей по а.з. ограничено диаметром опорных стаканов ТВС (5 м/с).

 Выгородка - увеличивает массу металлоконструкции, что смещает её собственные частоты колебания и резонансные.

 Жесткость ТВС создает центральная труба 13,2 и 18 трубок для ПС СУЗ.

 Фиксация ТВЭЛ дистанционирующими (15 шт.) решетками.