Стержень выгорающего поглотителя ядерного реактора

Полезная модель относится к атомной энергетике и может быть использована при изготовлении виброуплотненных стержней выгорающего поглотителя (СВП) ядерных реакторов, преимущественно легководных.
СВП являются элементами конструкции активной зоны ядерного реактора, устанавливаемыми в ней неподвижно для выравнивания поля энерговыделения и обеспечения заданной длительности выгорания топлива.
Основным требованием при переходе с существующей конструкции тепловыделяющей сборки (ТВС) для исследовательского высокопоточного реактора СМ-2 (СМ - сверхмощный), имеющей только твэлы, на конструкцию ТВС с твэлами и СВП является сохранение существующих гидравлических характеристик ТВС. Сохранение гидравлических характеристик обеспечивается сохранением внешних очертаний твэла и переносом их на внешние очертания СВП. Для компенсации избыточной реактивности реактора и для улучшения физических характеристик ТВС требуется профилирование энерговыделения как по радиусу ТВС, так и по ее высоте. Профилирование энерговыделения по радиусу ТВС производится установкой в ТВС нескольких СВП (вместо твэлов). Профилирование энерговыделения по высоте ТВС реализуется конструкциями СВП, отличающимися различной поглощающей способностью по высоте активной зоны ядерного реактора.
В активных зонах ядерных реакторов используются СВП различных конструкций:
- СВП с сердечником из спеченных таблеток;
- СВП с порошковым сердечником, уплотненным с помощью вибраций. Каждая из перечисленных конструкций СВП обладает определенными свойствами и рабочими характеристиками.
СВП с сердечником из спеченных таблеток обеспечивают наибольшую загрузку поглощающего материала, так как объем внутри оболочки на 90-95% заполнен таблетками. Таблетки для увеличения прочности и плотности спекаются при высокой температуре. Так как в процессе спекания таблеток происходит усадка по диаметру, то обеспечение точного размера таблеток после спекания достигается обычно их шлифовкой. Установка таблеток в оболочку осуществляется с радиальным зазором.
4
Известна конструкция поглощающего элемента (ПЭЛ) корпусного водоохлаждаемого ядерного реактора (RU 2453004 (C1) G21C 7/10, опубл. 10.06.2012), содержащего оболочку, соединенную с наконечниками сваркой. Внутри оболочки расположен столб поглотителя нейтронов, выполненный из двух частей. В одной части столба применен порошок или таблетки карбида бора (ВС), в другой части столба применен порошок или таблетки с поглотителем на основе диспрозия. Фиксация столбов поглотителя нейтронов по концам и между двумя частями столбов осуществляется пробками из никелевой сетки.
Недостатком конструкции ПЭЛ с сердечником из таблеток является наличие радиального зазора, который ограничивает применение сердечника из таблеток в конструкции СВП с тонкостенными оболочками, так как оболочки СВП в реакторе не должны терять устойчивость при воздействии гидравлического давления теплоносителя при рабочих температурах и должны выдерживать опрессовочное давление при тестировании реактора. Так как толщина стенки оболочек ПЭЛ обычно примерно в 3-4 раза больше толщины стенки оболочек СВП, а количество СВП в активной зоне реактора на порядок и более превышает количество ПЭЛ, то такая конструкция с сердечником из таблеток хорошо подходит для ПЭЛ и практически мало используется для СВП с тонкостенными оболочками. Кроме того, недостатком указанной конструкции ПЭЛ является «всплеск» нейтронов в месте расположения фиксирующей пробки между двумя столбами таблеток поглотителя нейтронов. Наличие в конструкции ПЭЛ фиксирующей пробки между двумя столбами таблеток допускается, потому что для ПЭЛ возможно вертикальное перемещение по длине активной зоны при наличии так называемой «утяжеляющей» части верхнего наконечника ПЭЛ и собственного привода для перемещений, в то время как СВП устанавливаются неподвижно и «всплеск» нейтронов в месте расположения фиксирующей пробки нежелателен.
4
2
Известна конструкция регулирующего стержня для ядерного реактора (US 4624827 (B1) G21C 7/08 7/10 7/103, опубл. 25.11.86), состоящего из удлиненной трубчатой оболочки, загерметизированной с концов, в которой расположены порции (слои) двух типов гранул, чередующиеся между собой в последовательности «непрерывной цепи». Один тип слоев гранул сформирован из нейтронопоглощающего материала типа ВС, другой тип слоев гранул сформирован из инертного материала типа ZrO. Причем в одном варианте конструкции высота слоев гранул из нейтронопоглощающего материала может постепенно увеличиваться по направлению от нижнего к верхнему концу стержня при неизменных высотах слоев гранул из инертного материала. В другом варианте конструкции, наоборот, высота слоев гранул из инертного материала может постепенно увеличиваться по направлению от нижнего к верхнему концу стержня при неизменных высотах слоев гранул из нейтронопоглощающего материала. Гранулы упомянутых слоев обоих типов имеют цилиндрическую форму с равными, как правило, диаметрами. Самый верхний слой гранул зафиксирован пробкой-фиксатором. Между пробкой-фиксатором и верхней концевой заглушкой установлена пружина. Регулирующий стержень имеет возможность опускаться и подниматься по направляющимся гильзам внутри топливных сборок для регулирования реактивности активной зоны.
4
2
Недостатком указанной конструкции является «всплеск» нейтронов в местах расположения слоев гранул из инертного материала. Такой «всплеск» нейтронов допускается при движении регулирующего стержня по направляющим гильзам для регулирования реактивности активной зоны, но не подходит для СВП, который установлен в активной зоне неподвижно. Поэтому в СВП слои гранул из инертного материала располагают по концам активной зоны реактора или вблизи них. Кроме того, наличие одинаковых размеров гранул в чередующихся слоях из нейтронопоглощающего материала (ВС) и из инертного материала (ZrO) при значимо различающейся плотности этих материалов приводит к расслоению гранул по границам этих слоев при виброуплотнении и, как следствие, к уменьшению линейной плотности нейтронопоглощающего материала на участках вблизи границ этих слоев.
Наиболее близкой является конструкция вытеснителя, являющегося стержнем выгорающего поглотителя, описанного в твэле ядерного реактора (RU 2170956 (C1) G21C 3/20 3/62, опубл. 20.07.2001). Твэл состоит из оболочки с торцевыми заглушками, сердечника в виде частиц ядерного топлива, распределенных в контактном материале. Внутри оболочки соосно с ней на всю длину активной части твэла размещен вытеснитель, внутренняя полость которого заполнена материалом, содержащим выгорающий поглотитель. Вытеснитель выполнен с поперечным сечением, имеющим три или более лопасти, с прямыми или скрученными лопастями относительно продольной оси. Вытеснитель центрируется внутри оболочки твэла с помощью дистанционирующей проволоки.
Недостатком указанной конструкции является именно то, что СВП расположен внутри твэла. То есть поперечные размеры внутри твэла должны быть достаточными для того, чтобы СВП с наружными поперечными размерами мог быть расположен внутри твэла. Кроме того, вытеснитель, в качестве стержня выгорающего поглотителя, центрируется внутри оболочки твэла дополнительным элементом в виде дистанционирующей проволоки, а для конструкции с наружным самодистанционированием между твэлами и СВП дополнительный дистанционирующий элемент не требуется. Для исследовательского высокопоточного реактора СМ-2 СВП и твэлы должны дистанционироваться между собой и иметь одинаковые форму и размеры.
Поперечные размеры крестообразного твэла реактора СМ-2 имеют размеры по выступам 5,15 мм, внутренние размеры по впадинам 1,7 мм, то есть разместить СВП внутри твэла при таких малых внутренних размерах твэла практически невозможно.
При разработке твэлов для реактора СМ-2 с малым вредным поглощением нейтронов возникла необходимость в разработке конструкции крестообразного СВП. При переходе с конструкции СВП с гладкоцилиндрической оболочкой на конструкцию с крестообразной оболочкой возникает потребность в фиксации границ чередующихся слоев выгорающего поглотителя и инертного наполнителя без разделительных пробок. Создание разделительных пробок крестообразной формы и их установка через отверстие цилиндрической формы на границу поверхности чередующихся слоев не цилиндрической формы весьма затруднительная задача.
Основными недостатками конструкции СВП с фиксацией границ слоев разделительными пробками являются прерывание поглощения нейтронов в этих местах («всплеск» нейтронов), а также образование под этими пробками областей с более высокой пористостью и даже пустот, получающимися в результате виброуплотнения вышележащих слоев. Такие области под пробками являются наиболее слабым местом при испытании СВП на устойчивость формы и размеров под воздействием внешнего гидравлического давления воды.
Технической проблемой предлагаемой полезной модели является создание самодистанционирующегося СВП крестообразной формы поперечного сечения с реализацией заданной поглощающей способности по высоте активной зоны ядерного реактора посредством чередующихся по высоте слоев виброуплотненного выгорающего поглотителя, с виброуплотненными слоями инертного наполнителя по границам активной зоны, с возможностью фиксации границ между чередующимися слоями без применения разделительных пробок по их границам.
Техническим результатом является обеспечение в тепловыделяющей сборке (ТВС) самодистанционирования СВП, имеющих такую же крестообразную форму поперечного сечения и размеры, что и у самодистанционирующихся твэлов, а также реализация заданной поглощающей способности по высоте активной зоны ядерного реактора.
Технический результат достигается тем, что стержень выгорающего поглотителя ядерного реактора содержит размещенный в оболочке с концевыми заглушками сердечник, причем оболочка имеет крестообразную форму поперечного сечения со скрученными лопастями относительно продольной оси, при этом сердечник состоит из виброуплотненных поглощающей части с одним или более чередующимися по высоте слоями порошкообразного выгорающего поглотителя нейтронов и инертной части со слоями инертного наполнителя под и над поглощающей частью, причем в поглощающей и инертной частях отношение пикнометрической плотности порошка нижележащего слоя к среднему размеру частиц порошка этого же слоя одинаково или максимально приближено к отношению пикнометрической плотности порошка вышележащего слоя к среднему размеру частиц порошка этого же слоя.
Поглощающая часть сердечника содержит от одного до трех слоев различной длины и плотности по выгорающему поглотителю нейтронов.
В любом слое, из имеющихся в поглощающей части, в качестве материала выгорающего поглотителя нейтронов используют порошки, представляющие собой композицию оксидов циркония, иттрия, ниобия и гадолиния или композицию оксидов циркония, ниобия и гадолиния.
Оболочка и концевые заглушки стержня выгорающего поглотителя выполнены из нержавеющей стали или сплава на основе никеля и хрома.
При виброуплотнении наблюдается расслоение частиц, имеющих одинаковую плотность при разных размерах (массах) и частиц, имеющих одинаковые размеры при различной плотности. Этот эффект в значительной мере устраняется при виброснаряжении, за счет использования такого же отношения пикнометрической плотности порошка нижележащего слоя к среднему размеру частиц порошка этого слоя, как отношение пикнометрической плотности порошка вышележащего слоя к среднему размеру частиц порошка этого слоя.
При этом более четкая (узкая по длине СВП) фиксация границ слоев получается при использовании более узких по размерам фракций. При этом выбор размеров фракций порошков должен производиться в соответствии с размерами сит из металлотканой сетки, выпускаемых промышленностью. Размеры ячеек сит в миллиметрах выбираются из следующего ряда: 0,04, 0,045, 0,05, 0,056, 0,063, 0,071, 0,075, 0,08, 0,09, 0,094, 0,1, 0,112, 0,125, 0,14, 0,16, 0,18, 0,2, 0,224, 0,25, 0,28, 0,315, 0,355, 0,4, 0,45, 0,472, 0,5, 0,56, 0,63, 0,67, 0,7, 0,8, 0,9, 1,0, 1,2.
На Фиг. 1 представлена конструкция СВП с тремя чередующимися по высоте слоями выгорающего поглотителя нейтронов и двумя слоями инертного наполнителя, где 1 - оболочка крестообразной формы поперечного сечения, 2 - нижняя заглушка, 3 - верхняя заглушка, 4 - фиксирующая пробка, 5 - нижний слой инертного наполнителя, 6 - верхний слой инертного наполнителя, 7 - слой выгорающего поглотителя нейтронов.
На Фиг. 2 представлена конструкция СВП с двумя чередующимися по высоте слоями выгорающего поглотителя нейтронов и двумя слоями инертного наполнителя, где 1 - оболочка крестообразной формы поперечного сечения, 2 - нижняя заглушка, 3 - верхняя заглушка, 4 - фиксирующая пробка, 5 - нижний слой инертного наполнителя, 6 - верхний слой инертного наполнителя, 7 - слой выгорающего поглотителя нейтронов.
На Фиг. 3 представлена конструкция СВП с одним слоем выгорающего поглотителя нейтронов и двумя слоями инертного наполнителя, где 1 - оболочка крестообразной формы поперечного сечения, 2 - нижняя заглушка, 3 - верхняя заглушка, 4 - фиксирующая пробка, 5 - нижний слой инертного наполнителя, 6 - верхний слой инертного наполнителя, 7 - слой выгорающего поглотителя нейтронов.
На Фиг. 4 представлен внешний вид СВП.
На Фиг. 5 представлено вынесенное сечение поперечного профиля СВП.
Примеры осуществления.
Пример 1 (См. Фиг. 1).
СВП состоит из оболочки 1 крестообразной формы поперечного сечения из сплава 06Х16Н15М3Б-ИД (ЭИ-847) с описанным диаметром 5,15 мм, нижней 2 и верхней 3 заглушек из сплава ЭИ-847 и порошкового сердечника с тремя чередующимися по высоте слоями выгорающего поглотителя 7 с разной длиной и плотностью по выгорающему поглотителю и двумя слоями (нижним 5 и верхним 6) инертного наполнителя.
3
3
3
3
3
3
3
3
Нижний слой инертного наполнителя 5 с номинальной длиной 10 мм состоит из частиц электрокорунда белого по ТУ 143-93 (пикнометрическая плотность 3,98 г/см) с размером фракции от 0,04 до 0,2 мм. В нижнем слое выгорающего поглотителя 7 с номинальной длиной 70 мм расположен выгорающий поглотитель - порошок КГИЦ-0,6 (композиция оксидов циркония, иттрия, ниобия и гадолиния; 0,6 - номинальная плотность по гадолинию в г/см) по ТУ 133-2006 с пикнометрической плотностью 5,54 г/см. В среднем слое выгорающего поглотителя 7 с номинальной длиной 210 мм расположен выгорающий поглотитель - порошок КГНЦ-3,6 (композиция оксидов циркония, ниобия и гадолиния; 3,6 - номинальная плотность по гадолинию в г/см) по ТУ 110-2006 с пикнометрической плотностью 6,92 г/см. В верхнем слое выгорающего поглотителя 7 с номинальной длиной 70 мм расположен выгорающий поглотитель - порошок КГНЦ-1,5 (композиция оксидов циркония, ниобия и гадолиния; 1,5 - номинальная плотность по гадолинию в г/см) по ТУ 110-2006 с пикнометрической плотностью 6,55 г/см. Верхний слой инертного наполнителя 6 с номинальной длиной 15 мм состоит из частиц электрокорунда белого по ТУ 143-93 (пикнометрическая плотность 3,98 г/см).
В оболочку 1 СВП с приваренной нижней заглушкой 2 засыпается навеска частиц электрокорунда белого (0,19 г) с размером фракции от 0,04 до 0,2 мм в качестве инертного наполнителя нижнего слоя 5, затем происходит виброуплотнение этого слоя.
Для нижнего слоя выгорающего поглотителя 7 средний размер фракции порошка КГИЦ-0,6 определяется по формуле:
3
где 3,98 - пикнометрическая плотность электрокорунда белого, г/см;
(0,04+0,2)/2 - средний размер фракции электрокорунда белого, мм;
3
5,54 - пикнометрическая плотность порошка КГИЦ-0,6, г/см;
7
7
Х - средний размер фракции порошка КГИЦ-0,6, мм. По этой формуле средний размер фракции порошка КГИЦ-0,6 составляет Х=0,167 мм. Принятый размер фракции от 0,1 до 0,25 мм (с учетом имеющихся размеров ячеек сит).
Для нижнего слоя выгорающего поглотителя 7 в оболочку 1 СВП с приваренной нижней заглушкой 2 и ранее виброуплотненным нижним слоем инертного наполнителя 5 засыпается навеска частиц порошка КГИЦ-0,6 (1,99 г) с размером фракции от 0,1 до 0,25 мм, затем происходит виброуплотнение этого слоя.
Для среднего слоя выгорающего поглотителя 7 средний размер фракции порошка КГНЦ-3,6 определяется по формуле:
3
где 5,54 - пикнометрическая плотность порошка КГИЦ-0,6, г/см;
(0,1+0,25)/2 - средний размер фракции порошка КГИЦ-0,6, мм;
3
6,92 - пикнометрическая плотность порошка КГНЦ-3,6, г/см;
7
Х - средний размер фракции порошка КГНЦ-3,6, мм.
7
По этой формуле средний размер фракции порошка КГНЦ-3,6 составляет Х=0,219 мм. Принятый размер фракции от 0,14 до 0,315 мм.
Для среднего слоя выгорающего поглотителя 7 в оболочку 1 СВП с приваренной нижней заглушкой 2 и двумя ранее виброуплотненными слоями инертного наполнителя 5 и нижнего слоя выгорающего поглотителя 7 засыпается навеска частиц порошка КГНЦ-3,6 (7,46 г) с размером фракции от 0,14 до 0,315 мм, затем происходит виброуплотнение этого слоя.
Для верхнего слоя выгорающего поглотителя 7 средний размер фракции порошка КГНЦ-1,5 определяется по формуле:
3
где 6,92 - пикнометрическая плотность порошка КГНЦ-3,6, г/см;
(0,14+0,315)/2 - средний размер фракции порошка КГНЦ-3,6, мм;
3
6,55 - пикнометрическая плотность порошка КГНЦ-1,5, г/см;
7
Х - средний размер фракции порошка КГНЦ-1,5, мм.
7
По этой формуле средний размер фракции порошка КГНЦ-1,5 составляет Х=0,215 мм. Принятый размер фракции от 0,125 до 0,315 мм.
Для верхнего слоя выгорающего поглотителя 7 в оболочку 1 СВП с приваренной нижней заглушкой 2 и тремя ранее виброуплотненными слоями инертного наполнителя 5, нижнего слоя выгорающего поглотителя 7 и среднего слоя выгорающего поглотителя 7 засыпается навеска частиц порошка КГНЦ-1,5 (2,35 г) с размером фракции от 0,125 до 0,315 мм, затем происходит виброуплотнение этого слоя.
Для верхнего слоя инертного наполнителя 6 средний размер фракции электрокорунда белого определяется по формуле:
3
где 6,55 - пикнометрическая плотность порошка КГНЦ-1,5, г/см;
(0,125+0,315)/2 - средний размер фракции порошка КГНЦ-1,5, мм;
3
3,98 - пикнометрическая плотность электрокорунда белого, г/см;
6
6
Х - средний размер фракции электрокорунда белого, мм. По этой формуле средний размер фракции электрокорунда белого составляет Х=0,134 мм. Принятый размер фракции от 0,08 до 0,2 мм.
Для верхнего слоя инертного наполнителя 6 в оболочку 1 СВП с приваренной нижней заглушкой 2 и четырьмя ранее виброуплотненными слоями инертного наполнителя 5, нижнего слоя выгорающего поглотителя 7, среднего слоя выгорающего поглотителя 7 и верхнего слоя выгорающего поглотителя 7 засыпается навеска частиц электрокорунда белого (0,29 г) с размером фракции от 0,08 до 0,2 мм, затем происходит виброуплотнение этого слоя.
На верхний слой инертного наполнителя 6 устанавливается фиксирующая пробка 4 из никелевой сетки.
Производится заполнение внутренней полости СВП гелием и герметизация СВП приваркой верхней заглушки 3.
Пример 2 (См. Фиг. 2).
СВП состоит из оболочки 1 крестообразной формы поперечного сечения из сплава 06Х16Н15М3Б-ИД (ЭИ-847) с описанным диаметром 5,15 мм, нижней 2 и верхней 3 заглушек из сплава ЭИ-847 и порошкового сердечника с двумя чередующимися по высоте слоями выгорающего поглотителя 7 с разной длиной и плотностью по выгорающему поглотителю и двумя слоями (нижним 5 и верхним 6) инертного наполнителя.
3
3
3
3
Нижний слой инертного наполнителя 5 с номинальной длиной 80 мм состоит из частиц электрокорунда белого по ТУ 143-93 (пикнометрическая плотность 3,98 г/см) с размером фракции от 0,04 до 0,10 мм. В нижнем слое выгорающего поглотителя 7 с номинальной длиной 210 мм расположен выгорающий поглотитель - порошок КГНЦ-2,3 (композиция оксидов циркония, ниобия и гадолиния) по ТУ 110-2006 с пикнометрической плотностью 6,81 г/см. В верхнем слое выгорающего поглотителя 7 с номинальной длиной 70 мм расположен выгорающий поглотитель - порошок КГНЦ-1,0 (композиция оксидов циркония, ниобия и гадолиния) по ТУ ПО-2006 с пикнометрической плотностью 6,18 г/см. Верхний слой инертного наполнителя 6 с номинальной длиной 15 мм состоит из частиц электрокорунда белого по ТУ 143-93 (пикнометрическая плотность 3,98 г/см).
В оболочку 1 СВП с приваренной нижней заглушкой 2 засыпается навеска частиц электрокорунда белого (1,55 г) с размером фракции от 0,04 до 0,1 мм в качестве инертного наполнителя нижнего слоя 5, затем происходит виброуплотнение этого слоя.
Для нижнего слоя выгорающего поглотителя 7 средний размер фракции порошка КГНЦ-2,3 определяется по формуле:
3
где 3,98 - пикнометрическая плотность электрокорунда белого, г/см;
(0,04+0,1)/2 - средний размер фракции электрокорунда белого, мм;
3
6,81 - пикнометрическая плотность порошка КГНЦ-2,3, г/см;
7
Х - средний размер фракции порошка КГНЦ-2,3, мм.
7
По этой формуле средний размер фракции порошка КГНЦ-2,3 составляет Х=0,120 мм. Принятый размер фракции от 0,08 до 0,18 мм.
Для нижнего слоя выгорающего поглотителя 7 в оболочку 1 СВП с приваренной нижней заглушкой 2 и ранее виброуплотненным нижним слоем инертного наполнителя 5 засыпается навеска частиц порошка КГНЦ-2,3 (7,47 г) с размером фракции от 0,08 до 0,18 мм, затем происходит виброуплотнение этого слоя.
Для верхнего слоя выгорающего поглотителя 7 средний размер фракции порошка КГНЦ-1,0 определяется по формуле:
3
где 6,81 - пикнометрическая плотность порошка КГНЦ-2,3, г/см;
(0,08+0,18)/2 - средний размер фракции порошка КГНЦ-2,3, мм;
3
6,18 - пикнометрическая плотность порошка КГНЦ-1,0, г/см;
7
Х - средний размер фракции порошка КГНЦ-1,0, мм.
7
По этой формуле средний размер фракции порошка КГНЦ-1,0 составляет Х=0,118 мм. Принятый размер фракции от 0,08 до 0,16 мм.
Для верхнего слоя выгорающего поглотителя 7 в оболочку 1 СВП с приваренной нижней заглушкой 2 и двумя ранее виброуплотненными слоями инертного наполнителя 5 и нижнего слоя выгорающего поглотителя 7 засыпается навеска частиц порошка КГНЦ-1,0 (2,22 г) с размером фракции от 0,08 до 0,16 мм, затем происходит виброуплотнение этого слоя.
Для верхнего слоя инертного наполнителя 6 средний размер фракции электрокорунда белого определяется по формуле:
3
где 6,18 - пикнометрическая плотность порошка КГНЦ-1,0, г/см;
(0,08+0,16)/2 - средний размер фракции порошка КГНЦ-1,0, мм;
3
3,98 - пикнометрическая плотность электрокорунда белого, г/см;
6
Х - средний размер фракции электрокорунда белого, мм.
6
По этой формуле средний размер фракции электрокорунда белого составляет Х=0,077 мм. Принятый размер фракции от 0,05 до 0,10 мм.
Для верхнего слоя инертного наполнителя 6 в оболочку 1 СВП с приваренной нижней заглушкой 2 и тремя ранее виброуплотненными слоями инертного наполнителя 5, нижнего слоя выгорающего поглотителя 7 и верхнего слоя выгорающего поглотителя 7 засыпается навеска частиц электрокорунда белого (0,29 г) с размером фракции от 0,05 до 0,10 мм, затем происходит виброуплотнение этого слоя.
На верхний слой инертного наполнителя 6 устанавливается фиксирующая пробка 4 из никелевой сетки.
Производится заполнение внутренней полости СВП гелием и герметизация СВП приваркой верхней заглушки 3.
Пример 3 (См. Фиг. 3).
СВП состоит из оболочки 1 крестообразной формы поперечного сечения из хромоникелевого сплава 42ХНМ с описанным диаметром 5,15 мм, нижней 2 и верхней 3 заглушек из сплава 42ХНМ и порошкового сердечника с одним слоем выгорающего поглотителя 7 и двумя слоями (нижним 5 и верхним 6) инертного наполнителя.
3
3
3
Нижний слой инертного наполнителя 5 с номинальной длиной 10 мм состоит из частиц электрокорунда белого по ТУ 143-93 (пикнометрическая плотность 3,98 г/см) фракционного состава от 0,04 до 0,08 мм. В слое выгорающего поглотителя 7 с номинальной длиной 350 мм расположен выгорающий поглотитель - порошок КГНЦ-2,7 (композиция оксидов циркония, ниобия и гадолиния) по ТУ 110-2006 с пикнометрической плотностью 6,85 г/см. Верхний слой инертного наполнителя 6 с номинальной длиной 15 мм состоит из частиц электрокорунда белого по ТУ 143-93 (пикнометрическая плотность 3,98 г/см).
В оболочку 1 СВП с приваренной нижней заглушкой 2 засыпается навеска частиц электрокорунда белого (0,19 г) с размером фракции от 0,04 до 0,08 мм в качестве инертного наполнителя нижнего слоя 5, затем происходит виброуплотнение этого слоя.
Для слоя выгорающего поглотителя 7 средний размер фракции порошка КГНЦ-2,7 определяется по формуле:
3
где 3,98 - пикнометрическая плотность электрокорунда белого, г/см;
(0,04+0,08)/2 - средний размер фракции электрокорунда белого, мм;
3
6,85 - пикнометрическая плотность порошка КГНЦ-2,7, г/см;
7
Х - средний размер фракции порошка КГНЦ-2,7, мм.
7
По этой формуле средний размер фракции порошка КГНЦ-2,7 составляет Х=0,103 мм. Принятый размер фракции от 0,08 до 0,125 мм.
Для слоя выгорающего поглотителя 7 в оболочку 1 СВП с приваренной нижней заглушкой 2 и ранее виброуплотненным нижним слоем инертного наполнителя 5 засыпается навеска частиц порошка КГНЦ-2,7 (12,37 г) с размером фракции от 0,08 до 0,125 мм, затем происходит виброуплотнение этого слоя.
Для верхнего слоя инертного наполнителя 6 средний размер фракции электрокорунда белого определяется по формуле:
3
где 6,85 - пикнометрическая плотность порошка КГНЦ-2,7, г/см;
(0,08+0,125)/2 - средний размер фракции порошка КГНЦ-2,7, мм;
3
3,98 - пикнометрическая плотность электрокорунда белого, г/см;
6
Х - средний размер фракции электрокорунда белого, мм.
6
По этой формуле средний размер фракции электрокорунда белого составляет Х=0,060 мм. Принятый размер фракции от 0,05 до 0,071 мм.
Для верхнего слоя инертного наполнителя 6 в оболочку 1 СВП с приваренной нижней заглушкой 2 и двумя ранее виброуплотненными слоями инертного наполнителя 5 и выгорающего поглотителя 7 засыпается навеска частиц электрокорунда белого (0,29 г) с размером фракции от 0,05 до 0,071 мм, затем происходит виброуплотнение этого слоя.
На верхний слой инертного наполнителя 6 устанавливается фиксирующая пробка 4 из никелевой сетки.
Производится заполнение внутренней полости СВП гелием и герметизация СВП приваркой верхней заглушки 3.
Предлагаемые конструкции виброуплотненных СВП с крестообразной оболочкой, содержащих от одного до трех слоев разной длины и разной плотности по выгорающему поглотителю и два слоя с инертным наполнителем представлены на Фиг. 1, Фиг. 2 и Фиг. 3.
Для фиксации границ между чередующимися по высоте СВП слоями без расслоения и перемешивания частиц при их виброуплотнении выбор размеров фракций порошков этих слоев должен производиться в соответствии с размерами сит, выпускаемых промышленностью. Поэтому для граничащих слоев при выборе размеров фракций порошков в соответствии с размерами сит практически не получаются одинаковые отношения пикнометрических плотностей порошков граничащих слоев к средним размерам фракций этих слоев, но эти отношения могут быть максимально приближены друг к другу соответствующим выбором размеров фракций. При этом при использовании более узких по размерам фракций получаются более четкие (без расслоения и перемешивания) границы слоев.
Таким образом, заявляемая полезная модель СВП с оболочкой, имеющей крестообразную форму поперечного сечения, обеспечит возможность самодистанционирования при его установке в тепловыделяющей сборке (ТВС), поскольку и твэлы и СВП имеют одинаковую крестообразную форму поперечного сечения и одинаковые размеры.
Кроме того, в заявляемой полезной модели СВП реализуется заданная поглощающая способность по высоте активной зоны ТВС чередующимися по высоте слоями порошкообразного выгорающего поглотителя.