ОБОЛОЧКА ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА РЕАКТОРА НА БЫСТРЫХ НЕЙТРОНАХ С ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ

Оболочка тепловыделяющего элемента реактора на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоноснтелем
Предлагаемая полезная модель относится к атомной энергетике, в частности-, к атомным реакторам на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем, и может быть использована при решении проблем, связанных с увеличением ресурса активной зоны реактора, обеспечением максимальной глубины выгорания ядерного топлива, с повышением надежности и безопасности атомных электростанций.
Известна оболочка тепловыделяющего элемента атомного реактора, выполненная в виде трубки из аусгенитной стали с торцевыми заглушками («Атомная энергия, т.ЗО, вып.2, 1971, с.216-222). Для этой конструкции тепловыделяющего элемента характерны недостаточно высокие коррозионная и радиационная стойкости оболочки, что не позволяет с требуемой эффективностью (глубина выгорания топлива  17% т.а.) использовать ее в системах с жидкометаллическим теплоносителем, в частности свинцом или натрием.
Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является оболочка тепловьщеляющего элемента реактора на тепловых нейтронах, выполненная в виде двухслойной трубки, внутренний слой которой выполнен из сплава циркалой, а внешний слой из чистого циркония (American society for Testing and materials, 1996, pp 805-824, прототип). Недостатком такой оболочки является невозможность использования ее в условиях работы быстрого реактора с жидкометаллическим теплоносителем из-за недостаточной жаропрочности и коррозионной стойкости в среде натрия или свинца.
Предлагаемая полезная модель решает техническую задачу обеспечения необходимой коррозионной и радиационной стойкости, а также механических свойств - длительной прочности оболочки тепловыделяющего элемента реактора на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем свинцом или натрием.
Поставленная техническая задача решается тем, что в оболочке тепловыделяющего элемента реактора на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем свинцом или натрием, содержащей металлическую трубку с
PlPPiil :МКИ G21СЗ/06
-- - G21C3/20
торцевыми заглушками из радиационностойкой хромистой стали, выполненную, по крайней мере из двух слоев различных металлов, металлическая трубка выполнена из ванадиевого сплава системы V-Ti-Cr, покрытого с наружной и внутренней сторон трубки нержавеющей хромистой сталью типа XI7.
Такое выполнение оболочки тепловыделяющего элемента реактора на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем свинцом или натрием позволяет рещить поставленную техническую задачу за счет следующих обстоятельств. Повышение радиационной стойкости достигается за счет того, что радиационностойкий ванадиевый сплав V-(6,5-10)% Ti- (3,5-5)% Cr, покрытый сталью типа XI7, выдерживает высокие флюенсы быстрых нейтронов без радиационного расп)ания и радиационного охрупчивания, обеспечивая необходимую глубину выгорания ядерного топлива, значительно превыщающие допустимые флюенсы для аустенитных сталей при рабочих температурах активной зоны быстрого реактора - 400750°С. Улучшение прочностных свойств обеспечивается тем, что сплав V-(6,5-10)% Ti(3,5-5)% Сг обладает высокими значениями длительной прочности и низкой скоростью ползучести при рабочих температурах 400-750 0 по сравнению с аустенитными сталями. Выполненная таким образом оболочка тепловыделяющего элемента обладает высокой коррозионной стойкостью к воздействию свинца или натрия вследствие того, что внешняя оболочка не содержит никеля, активно вымываемого теплоносителем, а повышенное содержание хрома обеспечивает образование оксидных пленок на поверхностях оболочки, повышающих ее коррозионную стойкость, а внутренний слой стали типа XI7 предотвращает взаимодействие ванадиевого сплава с ядерным топливом.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется схемой, показанной на фиг. 1.
Оболочка тепловыделяющего элемента содержит трубку 1, выполненную из сплава V-Ti-Cr, покрытую с внутренней и внешней сторон слоем 2, выполненным из стали типа XI7, торцевые заглушки 3, выполненные из радиационностойкой хромистой стали. Внутренний объем трубки заполнен таблетками 4 радиоактивного топлива.
Тепловыделяюший элемент реактора на быстрых нейтронах, содержащий выполненную описанным выше образом оболочку, размешается в активной зоне
реактора и работает обычным образом, выделяя энергию, которую теплоноситель переносит в систему преобразования энергии.
Одним из достоинств предлагаемого технического решения является возможность очехловывать изделия из ванадиевого сплава сталью типа XI7 на первых стадиях производства (при ковке, прокатке, прессовании), что позволяет производить полуфабрикаты из ванадиевых сплавов без дополнительной защиты от воздействия примесей внедрения О, N, Н, С, вызывающих деградацию механических и технологических свойств ванадиевых сплавов.
Близость значений коэффициента линейного расширения и теплопроводности ванадия и ферритной стали, образование только твердых растворов в системе V-Cr-Fe обеспечивает хорошую свариваемость таких композиций без применения специальных электродов, при этом сварные соединения не нуждаются в термообработке.
Наличие защитного слоя из ферритной нержавеющей стали положительно скажется на поведении ванадиевых сплавов при температурах ниже 200-250С с точки зрения их взаимодействия с водородосодержащими средами, влажной атмосферой и водой в бассейнах выдержки после выработки тепловыделяющим элементом ресурса работы в ядерном реакторе.