Страница 4 от 39

Тип ядрен реактор и оперативните параметри, като разпределение на неутрони енергия и интензивност на полето за неутрони в основната обем, температурата, скоростта и състав на охладителя до голяма степен определят границите на материал науката и други проблеми, които възникват в проектирането и производството на гориво прът технология дизайн.
Таблица. 1.1 е температурен обхват от материали от различни видове реактори операционната. Очевидно е, че в зависимост от предназначението на реактора и охладителя използва рязко променя работната температура на ядреното гориво и структурни материали.

Таблица 1.1. Температура на операционната гама от материали за различните видове реактори

ТВЕЛ работи в много трудни условия. На него има мощни потоци от бързи и топлинни неутрони, е неравномерно; при прехвърляне на големи топлинни потоци в черупката има значителни термични напрежения; вода с високи параметри има корозивни и ерозивен атака на мембраната, още по-корозивен вода в състояние на кипене. гориво отлага върху стените на сол, повишаване на температурата и ускоряване на корозия; в течни метали и сплави наблюдава нежелано явление - масов трансфер (засаждане метали и техните съединения в студени области); органични охлаждащи полимеризиращи да образуват отлагания върху обвивките на топлоотделящите елементи; подуване на пръта на гориво, когато има допълнителни тангенциални напрежения в корпуса; Всичко това се отразява неблагоприятно на функционирането на топлоотделящите елементи при непрекъсната работа.

Ефективността на пръта на гориво в реактора се определя от три фактора: структура, качество производство и начина на работа на сърцевината.
Обикновено дизайн да започне работата след изчисление реакторни гориво, когато е определено натоварване на гориво. Основните характеристики в цялото разнообразие от горивни пръти, дизайни монтажните гориво и техните номера са активни обем заета от горивото, и повърхността на горивния елемент, което позволява зареждане на гориво на реактора и разсейване на топлината. Съотношението на тези стойности изглежда да е най-верните на критерия за сравняване на различни видове структури на горивни пръти и касети. Това отношение на горивни пръти и монтаж гориво трябва да бъде оптимално, тъй като желанието да се разработи повърхност отвеждане на топлината неизбежно води до намаляване на активното обем на горивния елемент, за да се увеличи обогатяване на гориво и увеличаване на теглото на структурни материали и гориво в AZ; Обратно, желанието за увеличаване на активното обем води до намаляване на повърхност отвеждане на топлината, значително увеличаване на максималната температура на горивния елемент, намалена надеждност на горивните пръти при предварително определена сила.
В процеса на проектиране, при отчитане на експлоатационния опит от състоянието на техниката, може да се очаква да се определи в близост до реалните условия на работната температура на горивото, термични и други напрежения в тях за якост резерви на строителни материали, топло и хидравлични характеристики на горивната касета и максималната възможна величината на отвеждане на топлината. Получените данни се използва за извършване на подробен физически изчисления, проверяваното физическо експеримента окончателния избор на вида гориво, поясни дизайн и производствени технологии.
Най-голямата трудност при проектирането на горивния елемент е прът разстояние гориво там, където горивния възел в същото време отговаря на механични (здравината на конструкцията), хидродинамичен (ниско съпротивление и равномерно охлаждане на горивните пръти), и други изисквания топлотехнически. Трябва да позволява свободно движение на горивни пръти в касети в тяхното топлинно разширение и да се предотврати механично действие на горивните пръти от страната на обвивката и скобите FA.
Като се има предвид изискванията за горивните елементи, трябва незабавно да се уточни двамата, произтичащи от задачата за създаване на специфичен AZ: първо, в горивния елемент, трябва да се съдържа най-много гориво, колкото е необходимо за цялата кампания селище, и второ, горивните пръти трябва да е здраво работят всички кампания
изчислява и изгаряне на ядреното издържат без да се счупи черупката. Полето неутрони за продължителна употреба може да бъде значителна промяна в физико-химичните свойства на материалите на; във връзка с необходимия фин металографски разследването на отработен съвместимост материал, тъй като последните по същество определя ограничаващи работна температура и производствените методи. Освен факта, че материалите на строителството трябва да имат минимално сечение на неутронно улавяне, те трябва да са на корозия и ерозия; корозионни продукти трябва да бъдат оценени въз основа на тяхната ядрена дейност и безопасност по време на работа на реактора, като присъствието на кобалт и други елементи с високо-дълъг полуживот е нежелателно. Дизайнът и избраните материали трябва да бъде механично достатъчно силна, за да запази формата, размерите и цялост по време на целия период на горивния елемент. техники за производство, освен икономика трябва да осигуряват високо качество на горивото елемент (необходимите размери и форма, равномерно разпределение на горивото, добро уплътняване) и надежден инструмент за контрол. Трябва да се помни, и регенериране на отработени горивни елемента за връщане на ядрено гориво, така че горивните елементи материали трябва да отговарят на условията на технологични процеси за обработка.
Таблица 1.2. Химични съединения, които могат да се разглеждат като ядрено гориво

* Температурата на омекване. ** ниска peritectic реакция. *** температура на разлагане. при
-

Създаване на надеждна, ефективна зони с високи плътности на енергията, на високи нива на топлина, както и ефективно използване на ядрено гориво включва големи трудности. От една страна, гориво материал трябва да има възможно най-висока концентрация на делящи нуклид за единица обем, а другият (Таблица 1.2.) - ядро ​​гориво трябва да поддържа стабилност на размерите и химичен състав под облъчване, и максималната работна температура трябва да бъде под температурата на топене и превръщане на фазите ако има такива. Въз основа на тези изисквания не е възможно да се използва чист метален плутоний, да не говорим за високата си токсичност и химическа активност. Предотвратяване на големи разлики в напречното сечение на горивния елемент температура се постига чрез използване на материали с добра топлопроводимост; обаче други изисквания водят до използването на материал с по-ниска топлопроводимост; така че ако в началото на реактора използва метален уран или техни сплави, през последното десетилетие във всички видове реактори са широко използвани синтерован уран диоксид, въпреки че топлопроводимост е 5-8 пъти по-малко (Фигура 1.13.); синтерован уран диоксид различава инертност на вода с високи параметри и устойчивост на газове (CO2, N2 и т.н.), е съвместима с множество метални матрици, има висока точка на топене изоморфизъм решетки UO2, PuO2 и ThO2 позволява да се комбинират в гориво прът бързо реактори делящи се и обогатени материали ,

Фиг. 1.13. температурната зависимост на топлопроводимост (в обемни фракции):
Напоследък все повече и повече внимание се обръща на гориво на основата на карбиди и нитриди; така, UC съдържа уран за единица обем е 30% по-висока, отколкото на UO2 и термичната проводимост е много по-висока. уран нитрид (ООН) има допълнително uranoemkostyu, топлопроводимост увеличава с температура и достига 21-26 W / (m-K) при 800-1000 ° С; уран mononitride слабо реагира с вода, nepiroforen, той може да се съхранява и обработва дори в влажния въздух, този имот е го отличава от уран карбид.
Изоморфизъм решетки UO, UC, ООН, Puc игра на думи и дава надежда за приготвяне на стабилни комплексни съединения като карбонитриди и oxycarbonitrides на уран и плутоний да се използва като ядрено гориво.
Химическа устойчивост по отношение на въздуха, водна пара, черупки материали, матрица и охладителя е един от основните изисквания за материала на гориво, тъй като липсата на значително взаимодействие определя най горивната ефективност и енергийни други реакторите.

Фиг. 1.14. температурната зависимост на Гибс енергията на някои от реакциите на:
Химическа устойчивост и съвместимост гориво с други материали, например черупки, определя от промяната на Гибс енергията на цялата система, включително възможни реакционните продукти. Данните за някои от тези реакции, представляващи интерес от гледна точка на приложимостта на материалите на са показани на Фиг. 1.14. Понякога могат да се използват състави гориво не са термодинамично стабилни, например UO2 - Mg или UO2 - А1, но стабилността на такива състави в условия на реактора изисква особено внимателно експериментална проверка, тъй като облъчване може да ускори дифузионните процеси на взаимодействие.
Когато проблеми стягане гориво стават особено остър гориво взаимодействие с охлаждаща течност, която може да бъде вода, течни метали, газове или органични съединения.