УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИСПЕРСИОННОГО ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА
DEVICE FOR PRODUCING DISPERSION FUEL ELEMENT

Изобретение относится к устройству для изготовления дисперсионного тепловыделяющего элемента ядерного реактора.
Известны устройства, выполненные в виде вакуумных печей шахтного типа с нагревателем омического сопротивления, размещенном вне или внутри рабочего пространства.
Изготовление в таком устройстве дисперсионного твэла, обеспечивающего необходимые условия теплопередачи, сопровождается заполнением корпуса твэла дисперсионным (крупкой) делящимся материалом с последующей пропиткой под давлением расплавом матричного материала.
Осуществление такого процесса сопровождается применением необходимой оснастки, вспомогательных узлов и соответствующего оборудования.
-3
-3
В таком устройстве изготовление твэла с применением контактного слоя из матричного материала, например силумина, между его оболочкой и крупкой делящегося материала, например из диоксида урана, при диаметре твэла от 13×10 до 4×10 мм и длине от 3,65 до 53,86 м, см. Г.Н.Ушаков. "Технологические каналы и тепловыделяющие элементы ядерных реакторов". М., ЭНЕРГОИЗДАТ, 1981, с.28-29, рис.1.6, представляется практически нереальным.
Реализованные с большими усилиями на известных устройствах единичные экспериментальные твэлы показали значительные преимущества по техническим характеристикам перед твэлами контейнерного типа.
Задачей изобретения является создание устройства для изготовления дисперсионного твэла, обладающего простотой и надежностью.
Поставленная задача решается путем создания устройства для изготовления дисперсионного тепловыделяющего элемента, содержащего вакуумированный корпус с термоизоляцией, съемный бункер для дисперсионного делящегося материала, электрический нагреватель и два токоподвода, при этом электрический нагреватель выполнен трубчатым и соединен одним концом с изолированным от корпуса токоподводом, а на нижнем конце нагревателя закреплена спираль, свободный конец которой подсоединен к стакану, причем второй токоподвод подключен к корпусу, а токовая цепь замкнута заготовкой оболочки для дисперсионного тепловыделяющего элемента, которая размещена внутри трубчатого электрического нагревателя под выходным отверстием бункера.
Устройство для изготовления дисперсионного твэла ядерного реактора приведено на чертеже, где приняты следующие обозначения: корпус 1 с термоизоляцией 2, керамическая вставка 3, трубчатый нагреватель 4, спираль 5, стакан 6, токоподводы 7 и 8, бункер 9, узел 10 перемещения штока 11, сильфон 12, уплотнение 13, патрубок 14 и заготовка оболочки 15 твэла.
Устройство для изготовления дисперсионного твэла представляет собой электрическую печь сопротивления шахтного типа, включающую корпус 1 с термоизоляцией 2, по оси которой на керамической вставке 3 размещен трубчатый нагреватель 4. На нижнем конце нагревателя закреплена спираль 5, свободный конец которой подсоединен к стакану 6, имеющему осевую полость, соответствующую форме концевой детали твэла.
Токоподвод 7 изолирован от корпуса 1 и подключен к верхнему торцу трубчатого нагревателя 4, а токоподвод 8 подключен непосредственно к корпусу 1.
Устройство снабжено съемным бункером 9, имеющим узел 10 перемещения штока 11 через сильфон 12, позволяющий регулировать расход дисперсионного делящегося материала бункера.
Шток 11 может быть выполнен в виде стержня или иметь глухой осевой канал под термопару.
Заполненный дисперсионным делящимся материалом бункер 9 с размещенной в гнезде под его выходным отверстием заготовкой оболочки 15 твэла установлен через уплотнение 13, выполненное, например, из графлекса, в корпус 1, причем нижней конец заготовки оболочки 15 твэла помещен в полость стакана 6.
3
3
Работа устройства осуществляется следующим образом. При закрытом выходном отверстии бункера 9 через патрубок 14 вакуумируют полость корпуса 1, а на токоподводы 7 и 8 подают переменное напряжение промышленной частоты. При этом через трубчатый нагреватель 4, спираль 5 и заготовку оболочки 15 твэла протекает переменный ток, который при взаимодействии витков спирали создает вибрации в 100 Гц и расплавляет матричный материал, предварительно помещенный в заготовку оболочки 15 твэла, например силумина, плотностью 2,8 г/см. После чего устанавливают соответствующий непрерывный расход дисперсионного делящегося материала, например оксида урана, плотностью 10,5-10,6 г/см, из бункера 9 на зеркало расплава.
Вследствие разной плотности контактирующих материалов дисперсионный делящийся материал под действием вибрации заполняет внутренний объем заготовки оболочки 15 твэла, вытесняя расплав матричного материала до штатного уровня. После чего нагрев отключают и производят кристаллизацию при естественном охлаждении.
После извлечения заготовки оболочки 15 твэла проводят контроль уровня заполнения контактного матричного материала и производят герметизацию твэла.
Использование изобретения позволяет существенно упростить и повысить производительность при изготовлении дисперсионных тепловыделяющих элементов для энергетических ядерных реакторов.