ення і працюють в найбільш важких умовах. У той же час вихід з ладу (розгерметизація ТВЕЛ) призводить до небезпечних наслідків - виходу радіоактивних продуктів поділу в контур теплоносія. Тому одне з основних завдань при конструюванні ядерного реактора - створення надійних ТВЕЛ.
Конструкція і матеріали ТВЕЛ і ТВЗ повинні забезпечувати їх надійну роботу при високих щільності енерговиділення і при великих глибинах вигорання. ТВЕЛ також виконують функції бар'єрів безпеки, що запобігають виходу високоактивних продуктів поділу в теплоносій.
При виборі конструкції ТВЕЛ і його розмірів необхідно враховувати такі міркування:
чим більше відношення поверхні до об'єму, тим менше напруженість одиниці поверхні ТВЕЛ;
зі зростанням відносини поверхні до об'єму ТВЕЛ зменшуються розміри активної зони, але одночасно зростає частка конструкційних матеріалів, знижуються міцнісні та вібраційні характеристики ТВЕЛ;
поперечні розміри ТВЕЛ повинні зменшуватися зі збільшенням температури теплоносія і теплових потоків, а також зі зменшенням теплопровідності палива;
конструкція і розміри ТВЕЛ суттєво впливають на параметри розмножуватися середовища і завантаження палива в реактор.
Залежно від геометричної форми розрізняють ТВЕЛи: блочковие, стрижневі, кільцеві, трубчасті, пластинчасті, стрічкові, кульові, призматичні. Найчастіше застосовуються ТВЕЛ и стрижневий і трубчастої форми (рідше пластинчасті) в оболонках із сплавів на основі алюмінію, заліза, цирконію, а високотемпературні ТВЕЛи - в керамічній оболонці.
Зазвичай ТВЕЛ складається з паливного сердечника, оболонки, що відокремлює сердечник від теплоносія і сповільнювача, і кінцевих деталей, герметизуючих порожнину сердечника. Усередині оболонки передбачають вільні обсяги для компенсації різниці термічних розширень сердечника і оболонки і для збору газоподібних продуктів поділу. Для металевого урану цей зазор необхідний ще для компенсації збільшення об'єму при роботі. Зазвичай зазор не перевищує (0,05-0,2) мм. Для поліпшення теплопередачі зазор заповнюють газами або рідкими металами. Крім радіального зазору, необхідно передбачити газові порожнини, у яких накопичуються газоподібні продукти поділу (в основному, атоми ксенону і криптону). Ці порожнини можуть бути виконані у вигляді осьового зазору, розташованого на кінці ТВЕЛ (за межами активної зони), або у вигляді отвору по центру сердечника, розподіленого по довжині, або у формі поглиблень на стиках таблеток, з яких складається сердечник.
1.4 Матеріали оболонок тепловиділяючих елементів
Так як оболонки ТВЕЛ працюють в найбільш важких умовах одночасно тривалого впливу високих температур і полів опромінення, теплових потоків, тиску, корозійного дії теплоносія, палива й продуктів розподілу до них пред'являють жорсткі вимоги:
1) малий перетин поглинання нейтронів;
2) механічна міцність і незмінність форми під дією температурного і радіаційного впливу;
) висока теплопровідність;
) корозійна і ерозійна стійкість в теплоносії і сумісність з ядерним паливом;
5) матеріал оболонки ТВЕЛ не повинен взаємодіяти з ядерним паливом і теплоносієм у всьому діапазоні робочих температур.
Оболонки ТВЕЛ для водо-водяних реакторів виготовляються з металевих трубок, виконаного зі сплаву на основі цирконію. Трубки, заповнені таблетками з діоксиду урану з торців, герметизуються сталевими наконечниками. Наконечники з'єднуються з цирконієвої трубкою спеціальної зварюванням. Внутрішня порожнина ТВЕЛ заповнюється інертним газом гелієм під невеликим тиском. Це, зокрема, дозволяє вести контроль герметичності оболонок. Збереження герметичності ТВЕЛ запобігає виходу продуктів поділу в теплоносій.
У даному курсовому проекті в якості оболонки використовується цирконій. Щільність цирконію - 6,5 г/см 3. Товщину оболонки вибирають, виходячи з умов забезпечення достатньої міцності. Вона становить 0,2-0,6 мм.
1.5 Паливні касети і збірки
Касета - це строго певну кількість ТВЕЛ, конструктивно об'єднаних між собою, із забезпеченням умов ефективного тепловиділення і тепловіддачі, а так само оперативної заміни, передбаченої правилами експлуатації.
Касета складається з наступних частин:
робоча частина - ТВЕЛ, свободноразмещенние у вузлах дистанціюють решіток;
несучий каркас - складається з поздовжніх труб (або однієї труби) з поперечними дистанціюється гратами. Розміри і конструкція каркаса визначається розрахунковою часткою конструкційного матеріалу в активній зоні реактора;
кінцеві деталі - головка і хвос...
