Изготовление ТВЭЛов и ТВС
Таблетки оксидного топлива для LWR имеют плотность, составляющую ~ 95 % от теоретически достижимой. Именно с такой плотностью получают таблетки методом IDR/CONPOR в Springfields.
Эти таблетки загружают в оболочки из циркалоя-2 для ТВЭЛов BWR и из циркалоя-4 для получения ТВЭЛов реакторов PWR. Длина циркалоевых труб составляет 3650 мм. С обоих концов трубок устанавливают циркалоевые заглушки (пробки). Перед установкой концевой пробки на верхнем конце трубки в нее вставляют пружину, которая удерживает в стабильном состоянии столб таблеток и образует в верхней части ТВЭЛа свободное от таблеток пространство. Это пространство необходимо для предотвращения повреждения ТВЭЛа из-за аксиального теплового расширения при эксплуатации ТВЭЛа, а также для аккумуляции газообразных и летучих продуктов деления, выделяющихся в процессе деления урана. После проверки и испытания ТВЭЛы собираются в ТВС, форма которых определяется особенностями активной зоны реактора.
При проверке ТВЭЛОв используют панорамное сканирование всех сварных швов, γ-сканирование для определения длины столба таблеток, расположения пружины и зазоров между таблетками. В некоторых случаях определяют герметичность ТВЭЛов, измеряя наличие утечки гелия, которым заполняется ТВЭЛ до его герметизации.
Примеры проектных характеристик ТВС
На заводах фирмы Framatome ANP имеются автоматизированные линии по сборке ТВС для PWR с конфигурацией от 14´14 до 17´17 (табл. 1.4.4). Конструкция сборки типа 18´18 находится в разработке.
Повреждаемость ТВС при эксплуатации низкая и составляла 1,5·10-5 ТВЭЛов за цикл облучения. Для ТВС-AFA-2G (сборки второго поколения с фильтром для улавливания металлических частиц из теплоносителя) повреждаемость снизилась до величины 5·10-6 ТВЭЛов за цикл облучения.
Таблица 1.4.4
Проектные характеристики стандартных ТВС для PWR фирмы Fragema
(по данным 1993 г.)
| Характеристика | Тип сборки для PWR-AFA | |||
| 14´14 | 16´16 | 17´17 | 18´18 | |
| Количество ТВЭЛов в ТВС | ||||
| Общая длина ТВС, мм | 2949,2 | 4946,3 | 4944,35 | |
| Общая ширина ТВС, мм | 197,18 | 229,5 | 213,97 | 229,45 |
| Длина ТВЭЛа, мм | 2628,66 | 4397,8 | 4402,5 | |
| Внешний диаметр твэла, мм | 10,72 | 10,75 | 9,5 | 9,5 |
| Высота таблетки, мм | 15,25 | 11,00 | 13,46 | 9,66 |
| Внешний диаметр таблетки, мм | 9,29 | 9,11 | 8,19 | 8,05 |
| Среднее линейное энерговыделение, кВт/м | 22,2 | 20,7 | 17,9 | 16,67 |
| Максимальное линейное энерговыделение, кВт/м | ||||
| Максимальная температура оболочки твэла, °С | ||||
| Максимальная температура по центральной оси твэла, °С | ||||
| Материал оболочки | Zy 4 | Zy 4 | Zy 4 | Zy 4 |
| Толщина оболочки, мм | 0,620 | 0,725 | 0,572 | 0,640 |
| Материал решетки | Zy 4 | Zy 4 | Zy 4 | Zy 4 |
| Максимальная глубина выгорания, МВт·сут/т |
В сборках AFA-2G 17´17, производимых в 1990-е годы, используются:
· оптимизированный состав циркалоя-4 (Zy-4), имеющий пониженное содержание олова,
· специальная термообработка циркалоя-4 для повышения коррозионной стойкости,
· циркалоевые дистанцирующие решетки с улучшенными характеристиками и усовершенствованной конструкцией,
· усовершенствованная технология обработки внутренней поверхности оболочки ТВЭЛов,
· высокоэффективный фильтр из инконеля 718, установленный под нижним концевиком, для улавливания металлических осколков,
· усовершенствованная система контроля качества ТВС, включающая ультразвуковой метод, метод вихревых токов, автоматический рентгеновский метод и др.
По данным журнала Nuclear Engineering International во Франции продолжаются работы по усовершенствованию ТВС, в результате которых была разработана новая конструкция сборки ТВС AFA-3G (табл. 1.4.5).
Таблица 1.4.5
Проектные данные ТВС для PWR (AFA-3G)
| Параметр | ТВС AFA-3G | ||||||
| Конфигурация ТВС | 14´14 | 15´15 | 16´16 | 17´17-12 | 17´17-143) | 18´18 | |
| Количество ТВЭЛов в ТВС | |||||||
| Общая длина ТВС, мм | 2898,6 | 4826,5 | 4058,6 | 4795,7 | 4826,5 | ||
| Общая ширина ТВС, мм | 197,15 | 229,5 | 229,45 | ||||
| Длина ТВЭЛа, мм | 4397,8 | 3851,5 | 4483,9 | 4402,5 | |||
| Внешний диаметр ТВЭЛа, мм | 10,72 | 10,72 | 10,75 | 9,5 | 9,5 | 9,5 | |
| Высота таблетки, мм | 15,24 | 15,24 | 11,0 | 13,46 | 13,46 | 9,66 | |
| Диаметр таблетки, мм | 9,29 | 9,29 | 9,12 | 8,19 | 8,19 | 8,06 | |
| Среднее линейное энерговыделение, кВт/м | 23,81) | 21,1 | 17,9 | 16,6 | |||
| Максимальное линейное энерговыделение, кВт/м | 422) | 422) | 422) | 422) | 422) | 422) | |
| Максимальная температура топлива, °С | |||||||
| Материал оболочки | Zy 4/1754) | Zy 4/1754) | Zy 4/1754) | Zy 4/1754) | Zy 4/1754) | Zy 4/1754) | |
| Толщина оболочки | 0,62 | 0,62 | 0,725 | 0,57 | 0,57 | 0,64 | |
| Максимальная температура оболочки ТВЭЛа, °С | |||||||
| Материал решетки | циркалой-4 + инконель | ||||||
| Максимальная глубина выгорания, МВт·сут/т | |||||||
1) Для реакторов более высокой мощности.
2) Зависит от кондиционирования оболочки.
3) Вариант для АЭС фирмы Westinghouse Electric с быстрой перегрузкой.
4) Усовершенствованная структура оболочки.
Дальнейшие исследования рассматривали возможность замены материала оболочки ТВЭЛа циркалоя-4 сплавом М5 (состав сплава приведен в табл. 1.4.7), который характеризуется высокой стойкостью к коррозии, гидрированию и коррозионному растрескиванию под напряжением, низкой деформационной поперечной ползучестью. При одинаковых эксплуатационных условиях ползучесть оболочки ТВЭЛа из М5 в два раза ниже, чем ползучесть оболочки из Zy-4. В AFA-3G изменены (увеличены) объем свободного пространства над таблетками и давление гелия в сборке. Для улучшения удерживания в топливе газообразных продуктов деления проводятся НИОКР, посвященные выбору состава и микроструктуры топлива. Эти работы предполагается закончить в 2004 г., а с 2005 по 2010 гг. провести демонстрационные испытания образцов ТВЭЛов с топливом новых составов. Усовершенствование микроструктуры заключается в выборе размера зерна, пористости, добавок оксидов других металлов и др.
Новые сборки, получившие название AllianceTM-продукта будут предназначены для достижения глубины выгорания 70 ГВт·сут/т.
В Японии поэтапное выполнение задачи повышения выгорания топлива отражается на проектных параметрах ТВС (табл. 1.4.6).
Таблица 1.4.6
Изменение основных проектных параметров ТВС PWR с ростом
выгорания топлива
| Параметр | Проектная глубина выгорания | ||
| 39 ГВт·сут/т | 48 ГВт·сут/т | 55 ГВт·сут/т | |
| Таблетки: | |||
| Размер зерна | нормальный | нормальный | крупный |
| Обогащение по 235U, % | ~ 3,6 | 4,1 | 4,5 |
| Плотность топлива, % от теоретической | |||
| Внешний диаметр таблетки, мм | 8,2 | 8,2 | 8,2 |
| Форма таблетки | лунка/фаска | лунка/фаска | лунка/фаска |
| Содержание гадолиния, % | |||
| Оболочка: | |||
| Материал оболочки | циркалой 4 | циркалой 4 | NDA, ZIRLO |
| Содержание олова, % | 1,2-1,7 | 1,2-1,45 | 0,8-1,0 |
| Толщина оболочки, мм | 0,57 | 0,57 | 0,57 |
| ТВЭЛы: | |||
| Длина, мм | |||
| Зазор между топливом и оболочкой, мм | 0,17 | 0,17 | 0,17 |
| Решетка: | |||
| материал | инконель 718 | инконель 718 | инконель 718 |
| ТВС: | |||
| Шаг решетки, мм | 12,6 | 12,6 | 12,6 |
| Ширина, мм | 214×214 | 214×214 | 214×214 |
| Количество решеток |
Демонстрационные испытания ТВС с крупным зерном топлива и оболочкой ТВЭЛа из сплава NDA была запланирована на начало 2002 г.
Дата добавления: 2019-07-26; просмотров: 361;