ТВЭЛ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА

Полезная модель относится к ядерной энергетике, в частности, к конструкции твэла с оксидным топливом для реакторов на быстрых нейтронах с натриевым охлаждением.
Известен твэл ядерного реактора на быстрых нейтронах, содержащий стальную оболочку, в которой размещен столб оксидного топлива, пружинный фиксатор топливного столба, размещенный в верхнем газовом компенсационном объеме и теплоизолирующий вкладыш из циркония или сплава на его основе, размещенный между верхом топливного столба и стальным пружинным фиксатором с сохранением диаметрального зазора между вкладышем и оболочкой (Патент РФ №117699, БИПМ №18)
Недостатки известного твэла заключаются в следующем. Размещение теплоизолирующего вкладыша в оболочке с зазором не исключает возможности проникновения мелких частиц оксидного топлива через зазор в верхний газовый компенсационный объем при транспортных и технологических операциях. Особенно опасно попадание пылевидных частиц топлива в зону верхнего торца оболочки при технологических операциях загрузки топливного столба, предшествующих герметизации твэла методом оплавления верхнего торца оболочки и заглушки. Наличие частиц топлива в герметизирующем сварном шве является браковочным признаком для твэла.
Уменьшение зазора не исключает этой опасности ввиду наличия пылевидных фракций топлива и необходимости вакуумирования оболочки через верхний торец перед ее заполнением гелием и герметизацией. Кроме этого, окисление циркония в процессе эксплуатации твэла сопровождается увеличением геометрических размеров вкладыша. Это объясняется различиями в плотностях циркония и его оксида. Плотный механический контакт окисленного вкладыша и оболочки ограничивает площадь поверхности вкладыша только его нижнем торцом, который будет сохранять возможность контактировать (химически реагировать) с кислородом, выделяющимся из оксидного топлива в процессе его эксплуатации. Это уменьшает эффективность циркониевого вкладыша как геттера кислорода, тем самым уменьшает надежность твэла и реактора в целом.
Изготовление фиксатора топливного столба из пружинной стали обеспечивает фиксацию топливного столба в оболочке при транспортных и технологических операциях, которым твэл подвергается до его установки в активную зону реактора.
В то же время компоненты пружинной стали (Fe, Cr, Ni) имеют достаточно высокие сечения «паразитного» поглощения нейтронов (2,5…5 барн) в сравнении с 0,18 барн у циркония. Поглощение нейтронов компонентами пружинной стали приводит к образованию долгоживущих радиоактивных изотопов и новых радиоактивных элементов, например Co-60. Нейтронная активация стальной пружины фиксатора затрудняет (удорожает) послереакторные операции с облученным твэлом.
Технической задачей предлагаемой модели является увеличение уровня надежности и экономичности реактора на быстрых нейтронах.
Для решения вышеуказанной задачи твэл ядерного реактора на быстрых нейтронах, содержащий оболочку, в которой размещено оксидное топливо, фиксатор топливного столба, размещенный в верхнем газовом компенсационном объеме и теплоизолирующий вкладыш из циркония или сплава на его основе, размещенный между верхом топливного столба и фиксатором, вкладыш выполнен в форме пористого газопроницаемого деформируемого при сжатии компакта, а фиксатор выполнен из циркония или сплава на его основе.
В качестве пористого газопроницаемого и деформируемого компакта фиксатора используют многовитковую проволочную пружину, многовитковую ленточную пружину или разрезную пружинную втулку.
Использование вкладыша в форме пористого газопроницаемого и деформируемого компакта обеспечивает ликвидацию зазора между вкладышем и оболочкой, увеличивает площадь поверхности, имеющей возможность химически реагировать с кислородом, выделяющимся из оксидного топлива при его эксплуатации. Это увеличивает эффективность циркониевого вкладыша как геттера кислорода, повышает надежность твэла и реактора в целом.
На прилагаемом чертеже изображена конструкция твэла с разным исполнением фиксатора, где:
1. - трубчатая оболочка;
2. - заглушка верхнего торца;
3. - топливный столб;
4. - пористый вкладыш;
5. - фиксатор топливного столба;
Внутри оболочки (1) помещают топливный столб (3) в форме набора таблеток оксидного топлива или виброуплотненного гранулята оксидного топлива, затем пористый вкладыш (4) и фиксатор топливного столба (5), выполненный в форме многовитковой пружины или пружинной разрезной втулки из металлического циркония или сплава на его основе. После сборки твэл герметизируют со стороны верхнего торца заглушкой (2), изделие готово к работе в реакторе.