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 оболочку, в которой размещено топливо, фиксатор, теплоизолирующий вкладыш. Фиксатор - это стальная пружина, никелиевый пыж и др. Вкладыш - это таблетки из диоксида урана. (Маершин А.А. Тепловыделяющие элементы с виброуплотненным оксидным топливом. Димитровград 2007.).
Недостатком такого твэла является то, что он малопригоден для использования в строящемся реакторе БН-800.
Указанный недостаток обусловлен тем, что в силу специфических особенностей реактора БН-800, при использовании твэлов с урансодержащими теплоизоляторами уменьшается уровень надежности реактора.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является увеличение уровня надежности реактора на быстрых нейтронах.
Для решения вышеуказанной задачи в твэле ядерного реактора на быстрых нейтронах, содержащем оболочку, в которой размещено оксидное топливо, фиксатор топливного столба, размещенный в верхнем газовом компенсационном объеме, теплоизолирующий вкладыш, размещенный между верхом топливного столба и фиксатором, вкладыш выполнен из металлического циркония или сплава на его основе.
пл.
Проведенные теплофизические расчеты показали, что, несмотря на большую теплопроводность и меньшую температуру плавления циркония и сплавов на его основе, значения температур на поверхностях и в объеме вкладыша из металлического циркония не превышают температуру его плавления (Т=1860°C).
При этом в центре нижней торцевой поверхности циркониевого вкладыша, находящегося в прямом контакте с оксидным топливом, температура не будет превышать 900°C. В центре верхней торцевой поверхности циркониевого вкладыша, находящегося в прямом контакте с фиксатором топливного столба, температура не будет превышать 750°C.
При этих температурах происходит химическое взаимодействие металлического циркония с химически активными газами (в основном с кислородом), находившемся под оболочкой твэла до облучения и выделяющимися из оксидного топлива в процессе облучения. Тем самым уменьшается коррозионное повреждение внутренней поверхности оболочки, что приводит к увеличению надежности (ресурса) твэлов.
На фиг.1 изображена конструкция твэла по заявляемой полезной модели. Твэл состоит из трубчатой оболочки (1), герметизированной со стороны торца заглушкой (2). Внутри оболочки расположен топливный столб (3), фиксатор (4) топливного столба, вкладыш (5), выполненный из металлического циркония.
Два твэла были снабжены теплоизолирующими вкладышами из циркониевого сплава Э-110, подвергнуты штатным операциям изготовления, контроля на герметичность при температуре 500°C и были признаны герметичными. После этого твэлы были вскрыты, циркониевые вкладыши были извлечены и подвергнуты исследованиям. Было установлено, что после вскрытия твэлов первоначально светлые вкладыши покрылись темно-синей (почти черной) пленкой оксида циркония толщиной 10-15 мкм. Поскольку твэлы облучению не подвергались, источником кислорода для окисления циркония мог быть только воздух как примесь к гелию (газ - заполнитель оболочки твэла) и воздух, адсорбированный гранулированным топливом. По своей химической активности по отношению к кислороду цирконий не превосходит уран, поэтому результаты проведенного эксперимента свидетельствуют об эффективности использования циркониевого теплоизолирующего вкладыша как геттера кислорода даже при наличии металлического урана как геттера кислорода в гранулированном оксидном топливе.