RU2201627C2 - Способ изготовления тепловыделяющего элемента для ядерного реактора - Google Patents

Способ изготовления тепловыделяющего элемента для ядерного реактора Download PDF

Info

Publication number
RU2201627C2
RU2201627C2 RU2001115414/06A RU2001115414A RU2201627C2 RU 2201627 C2 RU2201627 C2 RU 2201627C2 RU 2001115414/06 A RU2001115414/06 A RU 2001115414/06A RU 2001115414 A RU2001115414 A RU 2001115414A RU 2201627 C2 RU2201627 C2 RU 2201627C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lead
ceramic
tablet
spacer tube
shell
Prior art date
Application number
RU2001115414/06A
Other languages
English (en)
Inventor
А.В. Ватулин
В.А. Мишунин
В.Д. Пашков
М.И. Солонин
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А.Бочвара"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А.Бочвара" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А.Бочвара"
Priority to RU2001115414/06A priority Critical patent/RU2201627C2/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2201627C2 publication Critical patent/RU2201627C2/ru

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

Изобретение относится к ядерной энергетике и может быть использовано для изготовления тепловыделяющих элементов для ядерных реакторов (далее - твэл), в частности для реакторов с жидкометаллическим теплоносителем. Технической задачей изобретения является обеспечение равномерного свинцового без газовых полостей слоя между топливным столбом и оболочкой твэла, а также упрощение способа и используемого оборудования. В соответствии со способом изготавливают оболочку твэла с приваренной к ней нижней заглушкой. В оболочку вводят на всю ее длину дистанционирующую трубку. Внутрь дистанционирующей трубки загружают керамические и свинцовые таблетки. Верхнюю таблетку нагружают давлением, направленным по оси оболочки вертикально вниз. Дистанционирующую трубку поднимают в оболочке до уровня нижней свинцовой таблетки. Нагревают нижнюю часть оболочки твэла. Расплавляют нижнюю свинцовую таблетку. Заполняют расплавом зазор между нижними керамическими таблетками и оболочкой. Проводят охлаждение и направленную кристаллизацию свинцового слоя между оболочкой и керамическими таблетками в нижней части оболочки твэла. Затем дистанционирующую трубку поднимают до уровня следующей по высоте свинцовой таблетки, зону нагрева также смещают вверх для расплавления этой таблетки и заполнения расположенных ниже зазоров между керамическими таблетками и оболочкой. Затем процесс повторяют еще несколько раз до полного формирования равномерного свинцового слоя по всей высоте керамических таблеток. Фиксируют столб керамических таблеток в оболочке, обрабатывают оболочку в зоне верхнего торца, приваривают верхнюю заглушку в контролируемой газовой атмосфере и проводят финишные операции. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к ядерной энергетике и может быть использовано для изготовления тепловыделяющих элементов для ядерных реакторов (далее - твэл), в частности для реакторов с жидкометаллическим теплоносителем.
Известен твэл ядерного реактора, представляющий собой герметизированную с торцов трубчатую оболочку, внутри которой размещены таблетки ядерного топлива и фиксатор топливного столба [1]. Способ изготовления такого твэла состоит из операций изготовления трубчатой оболочки, герметизации одного из ее торцов, загрузки в оболочку таблеток керамического ядерного топлива, установки в ней фиксатора столба таблеток и герметизации при контролируемой атмосфере второго торца оболочки. Недостатком конструкции такого твэла является наличие газового зазора между стенкой оболочки и боковой поверхностью таблеток. Это повышает тепловое сопротивление твэла, увеличивает температуру топливных таблеток, увеличивает взаимодействие оболочки с ядерным топливом и продуктами его деления и повышает вероятность нарушения герметичности оболочки.
Известен твэл ядерного реактора, представляющий собой герметизированную с торцов трубчатую оболочку, внутри которой размещены таблетки ядерного топлива, причем в зазоре между топливным столбом и трубчатой оболочкой размещен барьерный слой, выполненный в виде нескольких слоев фольги, которые сварены между собой точечной сваркой [2]. Способ изготовления такого твэла состоит из операций изготовления трубчатой оболочки, герметизации одного из ее торцов, изготовления из нескольких видов фольги барьерного слоя, состоящего из наружного, промежуточного и внутреннего слоев. Недостатком конструкции такого твэла является наличие газового зазора между стенкой оболочки и боковой поверхностью таблеток. Это повышает тепловое сопротивление твэла, увеличивает температуру топливных таблеток, увеличивает взаимодействие оболочки с ядерным топливом и продуктами его деления и повышает вероятность нарушения герметичности оболочки.
Известен твэл для ядерного реактора с жидкометаллическим теплоносителем в виде герметичной трубчатой оболочки, внутри которой размещен топливный сердечник, зазор между сердечником и оболочкой заполнен газом, а на его нижнем торце выполнена камера, в которой размещена пробка из пирографита. Камера сообщена каналом с внутренним объемом оболочки твэла и отделена от внешней среды с помощью мембраны. Заполнение зазора между топливным сердечником и оболочкой жидким металлом происходит непосредственно в самом реакторе перед выходом его на мощность за счет разрушения мембраны под действием давления теплоносителя и поступления жидкого металла теплоносителя через камеру во внутренний объем твэла. При этом герметизация твэла происходит за счет взаимодействия пирографита пробки со щелочным металлом теплоносителя и заполнения каналов камеры образующимся соединением. Недостатком этой конструкции твэла является возможность его разгерметизации при транспортировке со стороны мембраны, а также невозможность надежного контроля в работающем реакторе процесса заполнения газовых объемов в твэлах жидкометаллическим теплоносителем.
Известен способ изготовления твэла, который включает приварку к трубчатой оболочке твэла нижней заглушки, размещение внутри оболочки заданного количества легкоплавкого металла, например свинца, расплавление свинца в оболочке в вакуумной нагревательной печи, загрузку в оболочку с жидким металлом предварительно нагретых топливных таблеток и формирование в зазоре между топливом и оболочкой металлического слоя, охлаждение оболочки с топливом и металлом, проведение дополнительных операций и герметизация оболочки верхней заглушкой [3]. Недостатком способа является сложность обеспечения заданных параметров качества твэла, в частности равномерного и без газовых полостей зазора между топливными таблетками и оболочкой.
Технической задачей изобретения является обеспечение равномерного свинцового без газовых полостей слоя между топливным столбом и оболочкой твэла, а также упрощение способа и используемого оборудования.
Поставленная задача достигается тем, что изготавливают оболочку твэла с приваренной к ней нижней заглушкой, в оболочку вводят на всю ее длину дистанционирующую трубку, внутрь дистанционирующей трубки загружают керамические и свинцовые таблетки, верхнюю таблетку нагружают давлением, направленным по оси оболочки вертикально вниз, дистанционирующую трубку поднимают в оболочке до уровня нижней свинцовой таблетки, нагревают нижнюю часть оболочки твэла, расплавляют нижнюю свинцовую таблетку, заполняют расплавом зазор между нижними керамическими таблетками и оболочкой, проводят охлаждение и направленную кристаллизацию свинцового слоя между оболочкой и керамическими таблетками в нижней части оболочки твэла, затем дистанционирующую трубку поднимают до уровня следующей по высоте свинцовой таблетки, зону нагрева также смещают вверх для расплавления этой таблетки и заполнения расположенных ниже зазоров между керамическими таблетками и оболочкой, затем процесс повторяют еще несколько раз до полного формирования равномерного свинцового слоя по всей высоте керамических таблеток, фиксируют столб керамических таблеток в оболочке, обрабатывают оболочку в зоне верхнего торца, приваривают верхнюю заглушку в контролируемой газовой атмосфере и проводят финишные операции.
В частном варианте выполнения изобретения при загрузке таблеток в дистанционирующую трубку формируют нескольких зон, каждая из которых состоит из нескольких керамических таблеток, преимущественно от четырех до десяти, и одной свинцовой таблетки.
В частном варианте выполнения изобретения используют дистанционирующую трубку с перфорацией в зоне ее нижнего торца.
В частном варианте выполнения изобретения верхнюю таблетку нагружают грузом массой от 2 до 6 кг.
В частном варианте выполнения изобретения при расплавлении свинцовой таблетки расположенная под ней керамическая таблетка фиксируется от поперечного смещения перфорированной частью дистанционирующей трубки.
В другом частном варианте выполнения изобретения таблетки загружают внутрь дистанционирующей трубки с использованием высокочастотной вибрации.
Под керамическими таблетками понимаются таблетки, содержащие делящееся вещество, например смесь нитридов урана и плутония, а также таблетки нижней и верхней экранных зон, если они используются в конструкции твэла.
Сущность изобретения поясняется конкретными примерами осуществления вариантов способа, которые изложены ниже.
Общая схема осуществления способа при расправлении нижней свинцовой таблетки и заполнении зазора между нижерасположенными керамическими таблетками и оболочкой приведена на чертеже.
К оболочке твэла 1 приваривают нижнюю заглушку 2. Размещают оболочку 1 вертикально и размещают в ней по всей высоте дистанционирующую трубку 3. Дистанционирующая трубка 3 имеет в нижней части перфорацию, выполненную в виде прорезей 4. В дистанционирующую трубку 3 загружают керамические таблетки 5 и свинцовые таблетки 6. Керамические таблетки 5 предварительно шлифуют для обеспечения минимального технологического зазора, необходимого для их загрузки в дистанционирующую трубку. Для ускорения загрузки таблеток в дистанционирующую трубку может быть использована высокочастотная вибрация. Объем свинцовых таблеток 6 принимают равным объему расплава в зазоре между нижележащими керамическими таблетками и оболочкой 1. На чертеже приведен случай, когда столб таблеток сформирован в дистанционирующей трубке 3 в виде нескольких зон, состоящих из шести керамических таблеток 5 и одной свинцовой таблетки 6. После загрузки таблеток на поверхности верхней из них размещают груз 7 массой от 2 до 4 кг. Затем дистанционирующую трубку 3 поднимают до уровня, когда ее торец с перфорацией 4 находится в зоне нижней свинцовой таблетки и перекрывает частично по высоте соседнюю керамическую таблетку, предохраняя ее от поперечного перемещения. Нагревают нижнюю часть оболочки твэла 1 нагревателем 8 до температуры 400oС и постепенно расплавляют нижнюю свинцовую таблетку 6. Под давлением столба таблеток и внешнего давления расплав вытесняется вниз и заполняет зазор между нижними керамическими таблетками и оболочкой. Для ускорения заполнения зазора расплавом может быть использована высокочастотная вибрация. Затем нагреватель отключают, проводят охлаждение и направленную кристаллизацию свинцового слоя между оболочкой и керамическими таблетками в нижней части твэла. Затем дистанционирующую трубку поднимают до уровня следующей по высоте свинцовой таблетки, зону нагрева также смещают вверх для расплавления этой таблетки и заполнения расположенного ниже зазора между керамическими таблетками и оболочкой. Процесс повторяют еще несколько раз до полного формирования равномерного свинцового слоя по всей высоте керамических таблеток. После окончания формирования топливного столба со свинцовым слоем столб керамических таблеток фиксируют в оболочке. Затем обрабатывают оболочку в зоне верхнего торца и в контролируемой газовой атмосфере приваривают верхнюю заглушку и проводят финишные операции.
Конкретный пример осуществления способа приведен ниже.
Пример 1. К оболочке твэла длиной 2125 мм с наружным диаметром 9,4 мм с допуском ±0,02 мм и толщиной стенки 0,5 мм приваривают нижнюю заглушку 2. Дистанционирующую трубку 3 с наружным диаметром 8,36 мм с допуском ±0,01 мм и толщиной стенки в нижней части 0,25 мм с допуском ±0,01 мм помещают внутрь оболочки 1 на всю высоту последней. Керамические таблетки 5 предварительно шлифуют на наружный диаметр 7,85 мм с обеспечением допуска на внешний диаметр в пределах ±0,01 мм. Внутрь дистанционирующей трубки загружают шесть керамических таблеток 5, а затем одну свинцовую таблетку 6. Объем свинцовой таблетки 6 рассчитывается, исходя из заполнения зазоров лежащих ниже топливных таблеток. Проводят циклы процессов расплавления свинцовой таблетки, заполнения расплавом зазора, направленную кристаллизацию расплава по всей высоте оболочки и другие операции по изготовлению твэла, как описано выше. Контроль равномерности свинцового слоя между оболочкой и таблетками проводится вихретоковым методом при температуре 20oС. Результаты контроля показывают, что керамические таблетки размещены соосно с оболочкой, газовых полостей в свинцовом слое не наблюдается.
Результаты осуществления предлагаемого способа показывают, что он может быть использован для изготовления твэлов ядерных реакторов, в частности для реакторов со свинцовым теплоносителем типа БРЕСТ-ОД-300. Способ позволяет жестко контролировать процесс изготовления твэла и повысить равномерность свинцового слоя между топливным столбом и оболочкой твэла, а также исключить формирование в свинцовом слое газовых полостей. Кроме того, с помощью изобретения удается значительно упростить технологический процесс изготовления твэлов и обойтись без применения сложного и дорогостоящего оборудования.
Источники информации
1. Nuclear Engineering, 1963, v.8, 86, р.253.
2. Патент США 5301218, МПК G 21 С 3/00, опубл. 05.04.94.
3. Патент РФ 2067324, опубл. 27.09.96.

Claims (5)

1. Способ изготовления твэла ядерного реактора, характеризующийся тем, что изготавливают оболочку твэла с приваренной к ней нижней заглушкой, в оболочку вводят на всю ее длину дистанционирующую трубку, внутрь дистанционирующей трубки загружают керамические и свинцовые таблетки, верхнюю таблетку нагружают давлением, направленным по оси оболочки вертикально вниз, дистанционирующую трубку поднимают в оболочке до уровня нижней свинцовой таблетки, нагревают нижнюю часть оболочки твэла, расплавляют нижнюю свинцовую таблетку, заполняют расплавом зазор между нижними керамическими таблетками и оболочкой, проводят охлаждение и направленную кристаллизацию свинцового слоя между оболочкой и керамическими таблетками в нижней части оболочки твэла, затем дистанционирующую трубку поднимают до уровня следующей по высоте свинцовой таблетки, зону нагрева также смещают вверх для расплавления этой таблетки и заполнения расположенных ниже зазоров между керамическими таблетками и оболочкой, затем процесс повторяют еще несколько раз до полного формирования равномерного свинцового слоя по всей высоте керамических таблеток, фиксируют столб керамических таблеток в оболочке, обрабатывают оболочку в зоне верхнего торца, приваривают верхнюю заглушку в контролируемой газовой атмосфере и проводят финишные операции.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при загрузке таблеток в дистанционирующую трубку формируют несколько зон, каждая из которых состоит из нескольких керамических таблеток, преимущественно от четырех до десяти, и одной свинцовой таблетки.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют дистанционирующую трубку с перфорацией в зоне нижнего торца.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что верхнюю таблетку нагружают грузом - массой от 2 до 6 кг.
5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что при расплавлении свинцовой таблетки расположенная под ней керамическая таблетка фиксируется от поперечного смещения перфорированной частью дистанционирующей трубки.
RU2001115414/06A 2001-06-04 2001-06-04 Способ изготовления тепловыделяющего элемента для ядерного реактора RU2201627C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001115414/06A RU2201627C2 (ru) 2001-06-04 2001-06-04 Способ изготовления тепловыделяющего элемента для ядерного реактора

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001115414/06A RU2201627C2 (ru) 2001-06-04 2001-06-04 Способ изготовления тепловыделяющего элемента для ядерного реактора

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2201627C2 true RU2201627C2 (ru) 2003-03-27

Family

ID=20250401

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001115414/06A RU2201627C2 (ru) 2001-06-04 2001-06-04 Способ изготовления тепловыделяющего элемента для ядерного реактора

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2201627C2 (ru)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2265903C2 (ru) * 2003-10-31 2005-12-10 Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" Способ поверхностной обработки тепловыделяющих элементов в циркониевой оболочке
RU2374705C2 (ru) * 2006-05-02 2009-11-27 Юрий Васильевич Потапов Способ изготовления твэла дисперсионного типа
EA033850B1 (ru) * 2018-10-31 2019-12-02 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") Способ изготовления дисперсионного тепловыделяющего элемента и топливных таблеток на его основе
CN110752043A (zh) * 2019-10-31 2020-02-04 华南理工大学 一种环形全陶瓷容错事故燃料元件

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1063631A (en) * 1964-02-06 1967-03-30 Atomic Energy Authority Uk Improvements in or relating to nuclear reactor fuel elements
GB1491341A (en) * 1974-02-11 1977-11-09 Gen Electric Nuclear fuel element
US5301218A (en) * 1992-10-22 1994-04-05 General Electric Company Tolerant metal fuel/cladding barrier and related method of installation
RU2067324C1 (ru) * 1992-09-28 1996-09-27 Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники Тепловыделяющий элемент ядерного реактора со свинцовым теплоносителем
RU2125305C1 (ru) * 1997-04-29 1999-01-20 Государственный научный центр Российской Федерации Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им.акад.А.А.Бочвара Твэл ядерного реактора
RU2140674C1 (ru) * 1998-03-03 1999-10-27 Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" Способ изготовления и сборки тепловыделяющих элементов в тепловыделяющие кассеты

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1063631A (en) * 1964-02-06 1967-03-30 Atomic Energy Authority Uk Improvements in or relating to nuclear reactor fuel elements
GB1491341A (en) * 1974-02-11 1977-11-09 Gen Electric Nuclear fuel element
RU2067324C1 (ru) * 1992-09-28 1996-09-27 Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники Тепловыделяющий элемент ядерного реактора со свинцовым теплоносителем
US5301218A (en) * 1992-10-22 1994-04-05 General Electric Company Tolerant metal fuel/cladding barrier and related method of installation
RU2125305C1 (ru) * 1997-04-29 1999-01-20 Государственный научный центр Российской Федерации Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им.акад.А.А.Бочвара Твэл ядерного реактора
RU2140674C1 (ru) * 1998-03-03 1999-10-27 Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" Способ изготовления и сборки тепловыделяющих элементов в тепловыделяющие кассеты

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2265903C2 (ru) * 2003-10-31 2005-12-10 Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" Способ поверхностной обработки тепловыделяющих элементов в циркониевой оболочке
RU2374705C2 (ru) * 2006-05-02 2009-11-27 Юрий Васильевич Потапов Способ изготовления твэла дисперсионного типа
EA033850B1 (ru) * 2018-10-31 2019-12-02 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") Способ изготовления дисперсионного тепловыделяющего элемента и топливных таблеток на его основе
EA033850B8 (ru) * 2018-10-31 2020-01-22 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") Способ изготовления дисперсионного тепловыделяющего элемента и топливных таблеток на его основе
CN110752043A (zh) * 2019-10-31 2020-02-04 华南理工大学 一种环形全陶瓷容错事故燃料元件
CN110752043B (zh) * 2019-10-31 2023-11-24 华南理工大学 一种环形全陶瓷容错事故燃料元件

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3905262A2 (en) Melt confinement device
KR20130033410A (ko) 다결정성 규소 잉곳을 제조하기 위한 방법 및 장치
JP6807926B2 (ja) 磁束濃縮器を形成する装置を有する2つの電磁誘導装置によって加熱された低温坩堝炉、金属及び酸化物の混合物を溶融するための炉の使用
JP7255778B2 (ja) 原子炉の炉心溶融物冷却方法および原子炉の炉心溶融物冷却制御システム
EP0557084B1 (en) Increased fuel column height for boiling water reactor fuel rods
RU2201627C2 (ru) Способ изготовления тепловыделяющего элемента для ядерного реактора
US4003785A (en) Reactor core melt containment receptacle
KR20130113422A (ko) 다결정성 규소 블록을 생산하기 위한 방법 및 장치
KR20220044686A (ko) 원자로 노심용융물의 억제 및 냉각 시스템
RU2277730C1 (ru) Активная зона уран-графитового высокотемпературного ядерного реактора
EP0632470B1 (en) Corium shield
GB2030347A (en) Nuclear Reactor Containment
JPH0843576A (ja) 原子炉コアキャッチャー
JP7112295B2 (ja) 原子炉設備
US4056438A (en) Liquid sodium cooled fast reactor
RU2201628C2 (ru) Способ изготовления тепловыделяющего элемента для ядерного реактора
RU2201626C2 (ru) Способ изготовления тепловыделяющего элемента для ядерного реактора
JP3121434B2 (ja) 燃料および水の分布を最適化した燃料集合体
US4372911A (en) Method for flattening the curve of evolution of heat in a fast reactor core
US4477410A (en) Device for cooling the main vessel of a fast fission nuclear reactor
RU2120669C1 (ru) Контейнер для облучения делящихся материалов
RU2255389C1 (ru) Облучательное устройство уран-графитового реактора для радиационного облучения материалов
JPS60205278A (ja) 高速中性子原子炉
US4587081A (en) Slab for closing the vessel of a fast neutron nuclear reactor
JPH0777593A (ja) 高速炉炉心

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090605