Твэлы с металлическим ураном
Расположение твэлов в каналах реакторов АЭС «Ханфорд» (а) и «Саванна – Ривер» (б):
1 – твэл; 2 – труба канала; 3 – канал теплоносителя.
Втвэле реактора Ханфорд сердечник очехлован алюминием, одна из сторон – днище, другая – приваренная заглушка. Сцепление топлива и оболочки – диффузионное, припоем толщиной 0.15 мм. Иногда внутри тоже делают отверстие диаметром 9.5 мм для охлаждения.
ВХанфорде загрузка твэлов осуществляется в горизонтальные однотрубные каналы с внутренними ребрами. В Савана – Ривер каналы вертикальные, четырехтрубные с тремя ребрами каждый. В обоих случаях охлаждение идет по щели канала.
Курс лекций «Основы тепломассообмена». Теплопроводность в телах простейшей формы.
11/51
Твэлы с металлическим ураном
Графитовые реакторы с охлаждением углекислым газом (температура на выходе 330 400 С, давление 1 4 МПа). Оболочка твэла – магнокс. Так как реактор энергетический, то основное внимание уделяется теплоотводу. Поэтому на твэлах делаются ребра или осуществляется двухстороннее охлаждение.
|
В качестве топлива используется легированный |
||
|
уран. Для увеличения выгорания применяются |
||
|
втулочные твэлы с графитовым сердечником |
||
|
или графитовые втулки для исключения изгиба |
||
|
нижнего слоя твэлов вертикальных каналов. |
||
|
Толщина |
ребра твэла составляет 0.76 мм, |
|
Твэл реактора АЭС «Колдер – Холл». |
толщина |
оболочки 1.53 мм. В сборке конус |
|
каждого твэла входит в отверстие предыдущего. |
|||
1 – топливный сердечник из металлического урана; 2 – продольное ребро; |
|||
3 – промежуточная пробка; 4 – концевая заглушка; 5 – опорный корпус; |
Все находится в графитовой кладке. |
||
6 – поперечное винтовое ребро; 7 – промежуточная пробка; |
|||
8 – направляющий выступ; 9 – конусообразное гнездо.
Курс лекций «Основы тепломассообмена». Теплопроводность в телах простейшей формы.
12/51
Твэлы с металлическим ураном
Основным минусом твэлов с металлическим топливом является низкое выгорание. Решением проблемы может являться создание компенсационного объема для распухания в виде центрального отверстия или зазора между сердечником и оболочкой. В последнем случае нужен контактный слой с оболочкой.
Основные данные твэлов некоторых магноксовых реакторов.
|
|
|
Сердечник |
|
Твэл |
Максимальная |
Максимальное |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Реактор |
Тип твэла |
|
Диаметр, |
Длина, |
Диаметр |
по |
Длина, |
энергонапряжен |
выгорание, |
|
|
|
мм |
мм |
ребру, мм |
|
мм |
ность, МВт/ т. U |
МВт сут./ т. U |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Великобритания |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
«Колдер – Хо |
Блочковый |
с четырьмя |
29.2 |
1015 |
57.7 |
|
1500 |
1.77 |
2700 |
лл» |
опорными стойками |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
«Беркли» |
Блочковый |
с двумя |
28 |
482 |
100 |
|
575 |
2.4 |
4500 |
графитовыми стойками |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
«Ханте- |
Блочковый |
с |
29.2 |
610 |
125 |
|
700 |
2.13 |
4500 |
рстон» |
графитовой втулкой |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
Франция |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
G 2,G 3 |
Блочковый |
|
31 |
282 |
66.3 |
|
300 |
3.3 |
4000 |
EDF – 3 |
Втулочный |
|
43 23 |
600 |
46 20 |
|
630 |
6.0 |
3500 |
«Бюже1» |
Кольцевой |
|
95 77 |
600 |
98 74 |
|
630 |
10 |
3500 |
Курс лекций «Основы тепломассообмена». Теплопроводность в телах простейшей формы.
13/51
Твэлы с дисперсионным топливом
Вид топлива, в котором микрочастицы делящегося материала распределены по объему неделящегося материала (матрицы), называется дисперсионным топливом.
Достоинство:
продукты деления остаются в топливных частицах и рядом с ними, вследствие большой теплопроводности топлива малые перепады температур.
Недостаток:
меньший удельный объем топлива требует большее обогащение.
Существует огромное многообразие твэлов с дисперсионным топливом, но по целям, а следовательно и конструкции твэлы исследовательских и энергетических реакторов сильно различаются.
Курс лекций «Основы тепломассообмена». Теплопроводность в телах простейшей формы.
14/51
Твэлы с дисперсионным топливом
Сечения каналов с пятью и шестью твэлами
(а) и сечения твэлов в них (б).
1.внутренние трубки твэлов; 2.топливные сердечники; 3.наружные оболочки твэлов.
Курс лекций «Основы тепломассообмена». Теплопроводность в телах простейшей формы.
15/51
Твэлы с дисперсионным топливом
ТВС с кольцевыми твэлами
1.Верхняя концевая деталь;
2.Кожух ТВС;
3.Твэл круглого сечения;
4.Твэлы восьмигранного сечения;
5.Нижняя концевая деталь.
ТВС – канал |
с |
трубчатыми твэлами. |
|
1.Нижняя камера;
2.Компенсатор линейных удлинений;
3.Трубчатый твэл;
4.Центральная опускная труба;
5.Верхняя камера;
6.Вход теплоносителя;
7.Выход теплоносителя.
Курс лекций «Основы тепломассообмена». Теплопроводность в телах простейшей формы.
16/51
Твэлы с дисперсионным топливом
Количество твэлов в ТВС, шт. Тип твэла Толщина стенки твэла, мм
Обогащение топлива по U235, % Масса U235, г
Содержание U235 в единице объема активной зоны, г/л
Поверхность теплосъема в единице объема активной зоны, см2/см3
4 (3) трехслойный, дисперсионный
2
36
230 (198)
77,6 (66,8)
2,65 (2,28)
Материал оболочек твэлов и |
алюминиевый сплав |
|
концевых деталей |
||
|
||
Топливо |
металлокерамика |
|
Масса, кг |
3,3 (2,6) |
|
Теплоноситель |
вода обессоленная |
|
Температура теплоносителя, °C |
40-60 |
|
Температура оболочки твэла, °C |
до 100 (кипение на поверхности |
|
твэл не допускается) |
||
|
||
Средняя глубина выгорания U235, % |
не менее 40 |
Курс лекций «Основы тепломассообмена». Теплопроводность в телах простейшей формы.
17/51
Твэлы с дисперсионным топливом
Количество твэлов в ТВС, шт. Тип твэла Толщина стенки твэла, мм
Толщина стенки твэла, мм Масса U235, г
Содержание U235 в единице объема активной зоны, г/л
Поверхность теплосъема в единице объема активной зоны, см2/см3
Материал оболочек твэлов и концевых деталей
Топливо
Масса, кг
Теплоноситель
Температура теплоносителя,°C Температура оболочки твэла, °C
Средняя глубина выгорания U235 ,
%
8 (6 ;4) трехслойный, дисперсионный
1,4
36
352
(309;235)
119,0
(104,5;79,5)
5,25 (4,62 ; 3,50)
алюминиевый сплав
металло- керамика
4,3
(3,7;2,9)
Вода обессоленная 40-60
20
400
(352;267)
135,2
(119,0;90,3)
U-Mo
сплав
4,8
(4,2;3,4)
до 100 (кипение на поверхности твэлов не допускается)
не менее 40
Курс лекций «Основы тепломассообмена». Теплопроводность в телах простейшей формы.
18/51
Твэлы с дисперсионным топливом
Количество твэлов в ТВС, шт.
Тип твэла
Толщина стенки твэла, мм Обогащение топлива по U235, % Масса U235, г
Содержание U235 в единице объема активной зоны, г/л Поверхность теплосъема в единице объема активной зоны, см2/см3
Материал оболочек твэлов и концевых деталей
Топливо Масса, кг
Теплоноситель
Температура теплоносителя, °C
Температура оболочки твэла, °C
Средняя глубина выгорания U235 в выгружаемой ТВС, %
Курс лекций «Основы тепломассообмена». Теплопроводность в телах простейшей формы.
5
трехслойный,
дисперсионный
1.3
36
65
122.6
6.56
алюминиевый
сплав
металлокерамика
0.9
вода обессоленная
50-65
до 110 (кипение на поверхности твэлов не допускается)
не менее 40
19/51
Твэлы с дисперсионным топливом
Количество твэлов в ТВС, шт. |
6 |
|
Тип твэла |
трехслойный, |
|
дисперсионный |
||
|
||
Толщина стенки твэла, мм |
1,4 (1,7) |
|
Обогащение топлива по U235, % |
90 |
|
Масса U235, г |
287 |
|
Содержание U235 в единице объема активной зоны, г/л |
148,1 |
|
Поверхность теплосъема в единице объема активной зоны, см2/см3 |
5,26 |
|
Материал оболочек твэлов и концевых деталей |
алюминиевый сплав |
|
Топливо |
металло- керамика |
|
Масса, кг |
3,1 |
|
Теплоноситель |
вода обессоленная |
|
Температура теплоносителя, °C |
40 - 65 |
|
|
до 150 (кипение на |
|
Температура оболочки твэла, °C |
поверхности твэлов |
|
|
не допускается) |
|
Средняя глубина выгорания U235, % |
не менее 40 |
|
Курс лекций «Основы тепломассообмена». Теплопроводность в телах простейшей формы. |
20/51 |
|
|