RU2305334C1 - Способ изготовления керметного стержня топливного сердечника тепловыделяющего элемента ядерного реактора - Google Patents
Способ изготовления керметного стержня топливного сердечника тепловыделяющего элемента ядерного реактора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2305334C1 RU2305334C1 RU2006107825/06A RU2006107825A RU2305334C1 RU 2305334 C1 RU2305334 C1 RU 2305334C1 RU 2006107825/06 A RU2006107825/06 A RU 2006107825/06A RU 2006107825 A RU2006107825 A RU 2006107825A RU 2305334 C1 RU2305334 C1 RU 2305334C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipe
- fuel
- plugs
- assembly
- tube
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к способам изготовления керметных стержней топливных сердечников тепловыделяющих элементов (твэл) ядерных реакторов различного назначения. В трубу из циркониевого сплава засыпают определенное количество порошков ядерного топлива и материала матрицы. На торцевых поверхностях цилиндрических заглушек с кольцевыми проточками крепят колпаки из циркониевого сплава. На внутренние поверхности колпаков наносят слой пасты из порошка оксида металла, например алюминия. Закрывают трубу заглушками, проводят высокотемпературную дегазацию полученной сборки, на торцевые поверхности трубы укладывают припой, например в виде пасты, нагревают сборку до температуры пайки, подвергают ее изостатическому прессованию. Подрезают трубу в зоне проточек заглушек до вскрытия слоя оксида металла, удаляют концы трубы вместе с заглушками. Изобретение позволяет увеличить выход годных стержней, что важно при массовом производстве. 4 ил.
Description
1. Область техники, к которой относится изобретение.
Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к способам изготовления керметных стержней топливных сердечников тепловыделяющих элементов (твэл) ядерных реакторов различного назначения.
2. Уровень техники.
Одним из направлений в ядерной энергетике является использование твэлов, в которых тепловыделяющие сердечники набраны из керметных стержней (см., например, Федик И.И., Гаврилин С.С. и др. "Новое поколение твэлов на основе микротоплива для ВВЭР", "Атомная энергия", Москва, 2004, т. 96, вып.4, с.280), причем стержни капсулируются в оболочку из циркониевого сплава (см., например, Солонин М.И., Бибилашвили Ю.К. и др. "Цирконий-ниобиевые сплавы для оболочек твэлов и ТВС энергетических реакторов и установок типа ВВЭР и РБМК", "Избранные труды ВНИИНМ", ФГУП ВНИИНМ, Москва, т.1, с.65-69).
Для изготовления такого стержня может быть применен способ, заключающийся в том, что в трубу из циркониевого сплава засыпают определенное количество порошков ядерного топлива и материала матрицы, закрывают трубу с двух сторон цилиндрическими заглушками, проводят высокотемпературную дегазацию полученной засыпки порошков, приваривают заглушки для герметизации сборки (см., например, Самойлов А.Г., Волков B.C., Солонин М.И. "Тепловыделяющие элементы ядерных реакторов", "Энергоатомиздат", Москва, 1996, с.217), подвергают полученную сборку изостатическому прессованию (см., например, Самойлов А.Г., Волков B.C., Солонин М.И. "Тепловыделяющие элементы ядерных реакторов", "Энергоатомиздат", Москва, 1996, с.220) и производят размерную механическую обработку поверхности спрессованной сборки до получения номинальных размеров стержня.
Недостатком такого способа является то, что торцевание спрессованной сборки ведут до вскрытия засыпки, что связано с большой вероятностью разрушения топливных частиц и потери ядерного топлива. Таким образом, как следствие, падает выход годных стержней и загрязняется технологическое оборудование ядерными материалами.
С предлагаемым техническим решением этот способ совпадает по следующим существенным признакам:
- в трубу из циркониевого сплава засыпают определенное количество порошков ядерного топлива и материала матрицы;
- закрывают трубу с двух сторон цилиндрическими заглушками;
- проводят высокотемпературную дегазацию полученной сборки;
- после герметизации сборки проводят ее изостатическое прессование;
- производят размерную механическую обработку поверхности спрессованной сборки до получения номинальных размеров стержня.
Известен также способ, заключающийся в том, что в трубу из циркониевого сплава засыпают определенное количество порошков ядерного топлива и материала матрицы, закрывают трубу с двух сторон цилиндрическими заглушками с кольцевыми проточками, проводят высокотемпературную дегазацию полученной сборки, на торцевых поверхностях трубы укладывают припой, например, в виде пасты, нагревают сборку до температуры пайки (см., например, Самойлов А.Г., Волков B.C., Солонин М.И. "Тепловыделяющие элементы ядерных реакторов", "Энергоатомиздат", Москва, 1996, с.232), подвергают ее изостатическому прессованию (см., например, Самойлов А.Г., Волков B.C., Солонин М.И. "Тепловыделяющие элементы ядерных реакторов", "Энергоатомиздат", Москва, 1996, с.220) и производят размерную механическую обработку поверхности спрессованной заготовки до получения номинальных размеров стержня. В этом способе при прессовании зона проточки на заглушках проявляется на внешней поверхности трубы локальным уменьшением диаметра и указывает место начала торцевания стержня.
Однако и в этом способе при торцевании стержня велика вероятность разрушения топливных частиц и, как следствие, падает выход годных стержней и загрязняется технологическое оборудование ядерными материалами.
С предлагаемым техническим решением этот способ совпадает по следующим существенным признакам:
- в трубу из циркониевого сплава засыпают определенное количество порошков ядерного топлива и материала матрицы;
- закрывают трубу с двух сторон цилиндрическими заглушками с кольцевыми проточками;
- проводят высокотемпературную дегазацию полученной сборки;
- на торцевых поверхностях трубы укладывают припой, например, в виде пасты;
- нагревают сборку до температуры пайки;
- проводят изостатическое прессование сборки;
- производят размерную механическую обработку поверхности спрессованной заготовки до получения номинальных размеров стержня.
По совокупности существенных признаков последний способ наиболее близок к предлагаемому способу и выбран в качестве прототипа.
3. Сущность изобретения.
Предлагаемый способ изготовления стержня топливного сердечника керметного тепловыделяющего элемента ядерного реактора заключается в том, что в трубу из циркониевого сплава засыпают определенное количество порошков ядерного топлива и материала матрицы, на торцевых поверхностях цилиндрических заглушек с кольцевыми проточками крепят колпаки из циркониевого сплава, на внутренних поверхностях которых нанесен слой пасты из порошка оксида металла, например алюминия, закрывают трубу заглушками, проводят высокотемпературную дегазацию полученной сборки, на торцевые поверхности трубы укладывают припой, например, в виде пасты, нагревают сборку до температуры пайки, подвергают ее изостатическому прессованию, подрезают трубу в зоне проточек заглушек до вскрытия слоя оксида металла, удаляют концы трубы вместе с заглушками и производят размерную механическую обработку поверхности спрессованной сборки до получения номинальных размеров стержня. От прототипа этот способ отличается тем, что перед закрытием трубы заглушками на их торцевых поверхностях крепят колпаки из циркониевого сплава, на внутренних поверхностях которых нанесен слой пасты из порошка оксида металла, например алюминия, а между операциями прессования сборки и ее размерной механической обработки подрезают трубу в зоне проточек заглушек до вскрытия слоя оксида металла и удаляют концы трубы вместе с заглушками.
В таком способе подрезка трубы до вскрытия слоя оксида металла позволяет легко отделить концы трубы с заглушками от средней части трубы, где спрессованная засыпка порошков ядерного топлива и материала матрицы закрыта с торцов донышками колпаков известной толщины. Дальнейшая размерная механическая обработка при торцевании стержня сводится к уменьшению толщины донышка до приемлемой и не связана с разрушением топливных частиц. Следовательно, предлагаемый способ позволяет увеличить выход годных стержней, что важно при массовом производстве.
4. Перечень фигур чертежей.
Фиг.1 - Чертеж сборки керметного стержня топливного сердечника перед операцией пайки.
1 - труба из циркониевого сплава;
2 - порошки ядерного топлива и материала матрицы;
3 - заглушки с кольцевыми проточками;
4 - колпак из циркониевого сплава;
5 - порошок оксида алюминия;
6 - припой.
Фиг.2 - Чертеж сборки керметного стержня топливного сердечника после герметизирующей пайки и прессования.
1 - труба из циркониевого сплава;
3 - заглушки с кольцевыми проточками;
4 - колпак из циркониевого сплава;
5 - порошок оксида алюминия;
6 - припой;
7 - область уменьшения наружного диаметра трубы в зоне проточки заглушки;
8 - керметная композиция из частиц ядерного топлива и материала матрицы.
Фиг.3 - Чертеж заготовки стержня топливного сердечника после подрезки трубы и удаления концов трубы с заглушками.
1 - труба из циркониевого сплава;
8 - керметная композиция из частиц ядерного топлива и материала матрицы;
9 - донышко колпака из циркониевого сплава.
Фиг.4 - Чертеж стержня топливного сердечника.
1 - труба из циркониевого сплава;
8 - керметная композиция из частиц ядерного топлива и материала матрицы;
10 - донышко колпака из циркониевого сплава после торцевания сердечника.
5. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.
Возможность осуществления изобретения проиллюстрируем конкретным примером.
На фиг.1 приведен чертеж сборки топливного сердечника после высокотемпературной дегазации и подготовленного к проведению пайки - на торцевые поверхности трубы нанесен слой припоя в виде пасты. На этой стадии технологического процесса сборка состоит из циркониевой трубы 1, засыпки порошков ядерного топлива и материала матрицы 2, двух цилиндрических заглушек 3 с кольцевыми проточками. На дно колпаков 4 был нанесен слой пасты из порошка оксида алюминия на поливинилацетатной связке. При дегазации связка удаляется и в колпаках остается слой 5 оксида алюминия. Колпаки устанавливают на торцах заглушек, например, забортовкой краев колпаков в проточку заглушек. Припой 6, уложенный на торцах трубы после проведения дегазации, при пайке герметизирует засыпку.
На фиг.2 приведен чертеж сборки керметного стержня топливного сердечника после герметизирующей пайки и прессования с областью 7 уменьшения наружного диаметра трубы 1 в области проточки заглушек 3. При пайке за счет капиллярных сил припой втягивается в зазор между трубой и заглушками, образуя герметизирующий слой 6, избыток припоя выходит в проточку заглушек. Засыпка порошков ядерного топлива и материала матрицы при прессовании образует керметную композицию 8, а на наружной поверхности трубы в зоне проточек заглушек за счет пластической деформации образуется область 7 уменьшенного диаметра. Эта область в дальнейшем указывает на место начала подрезки трубы.
На фиг.3 приведен чертеж заготовки стержня топливного сердечника после предварительного точения в центрах наружной поверхности трубы 1 с целью создания базы для последующей размерной обработки, подрезки трубы в зоне локального уменьшения наружного диаметра трубы и удаления концов трубы с заглушками. Спрессованная засыпка порошков ядерного топлива и материала матрицы 8 капсулирована в трубе донышками колпаков 9.
На фиг.4 приведен чертеж стержня топливного сердечника после размерной механической обработки поверхностей, которая сводится к шлифовке цилиндрической поверхности трубы 1 и торцеванию сердечника путем точения донышек колпаков до приемлемой их толщины (около 100 мкм).
Claims (1)
- Способ изготовления керметного стержня топливного сердечника тепловыделяющего элемента ядерного реактора, заключающийся в том, что в трубу из циркониевого сплава засыпают определенное количество порошков ядерного топлива и материала матрицы, закрывают трубу с двух сторон цилиндрическими заглушками с кольцевыми проточками, проводят высокотемпературную дегазацию полученной сборки, на торцевых поверхностях трубы укладывают припой, например, в виде пасты, нагревают сборку до температуры пайки, подвергают ее изостатическому прессованию и производят размерную механическую обработку поверхности спрессованной сборки до получения номинальных размеров стержня, отличающийся тем, что перед закрытием трубы заглушками на их торцевых поверхностях крепят колпаки из циркониевого сплава, на внутренних поверхностях которых нанесен слой пасты из порошка оксида металла, например алюминия, а между операциями прессования сборки и ее размерной механической обработки подрезают трубу в зоне проточек заглушек до вскрытия слоя оксида металла и удаляют концы трубы вместе с заглушками.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006107825/06A RU2305334C1 (ru) | 2006-03-15 | 2006-03-15 | Способ изготовления керметного стержня топливного сердечника тепловыделяющего элемента ядерного реактора |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006107825/06A RU2305334C1 (ru) | 2006-03-15 | 2006-03-15 | Способ изготовления керметного стержня топливного сердечника тепловыделяющего элемента ядерного реактора |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2305334C1 true RU2305334C1 (ru) | 2007-08-27 |
Family
ID=38597181
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006107825/06A RU2305334C1 (ru) | 2006-03-15 | 2006-03-15 | Способ изготовления керметного стержня топливного сердечника тепловыделяющего элемента ядерного реактора |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2305334C1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2459288C2 (ru) * | 2008-05-04 | 2012-08-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Способ изготовления керметного стержня топливного сердечника тепловыделяющего элемента ядерного реактора |
RU2467413C1 (ru) * | 2011-10-04 | 2012-11-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ получения шихты для изготовления керметных стержней твэлов ядерного реактора |
US20180254114A1 (en) * | 2017-03-06 | 2018-09-06 | Westinghouse Electric Company, Llc | Method of manufacturing a reinforced nuclear fuel cladding using an intermediate thermal deposition layer |
RU2762100C1 (ru) * | 2020-11-10 | 2021-12-15 | Акционерное общество "Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара" (АО "ВНИИНМ") | Торцевая заглушка для герметизации композиционной трубчатой керамической оболочки тепловыделяющего элемента ядерного реактора (варианты) и способ ее изготовления (варианты) |
-
2006
- 2006-03-15 RU RU2006107825/06A patent/RU2305334C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
САМОЙЛОВ А.Г. и др. "Тепловыделяющие элементы ядерных реакторов". - М.: Энергоатомиздат, 1996, с.220. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2459288C2 (ru) * | 2008-05-04 | 2012-08-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Способ изготовления керметного стержня топливного сердечника тепловыделяющего элемента ядерного реактора |
RU2467413C1 (ru) * | 2011-10-04 | 2012-11-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ получения шихты для изготовления керметных стержней твэлов ядерного реактора |
US20180254114A1 (en) * | 2017-03-06 | 2018-09-06 | Westinghouse Electric Company, Llc | Method of manufacturing a reinforced nuclear fuel cladding using an intermediate thermal deposition layer |
US11031145B2 (en) * | 2017-03-06 | 2021-06-08 | Westinghouse Electric Company Llc | Method of manufacturing a reinforced nuclear fuel cladding using an intermediate thermal deposition layer |
RU2762100C1 (ru) * | 2020-11-10 | 2021-12-15 | Акционерное общество "Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара" (АО "ВНИИНМ") | Торцевая заглушка для герметизации композиционной трубчатой керамической оболочки тепловыделяющего элемента ядерного реактора (варианты) и способ ее изготовления (варианты) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2305334C1 (ru) | Способ изготовления керметного стержня топливного сердечника тепловыделяющего элемента ядерного реактора | |
CN101391302A (zh) | 一种热等静压金属包套的整体快速制造方法 | |
KR20120115543A (ko) | 피복된 환형의 금속 핵 연료 | |
US3160951A (en) | Method of making fuel pins by extrusion | |
WO2019152388A1 (en) | Grain boundary enhanced un and u3si2 pellets with improved oxidation resistance | |
JPH0213280B2 (ru) | ||
US8891724B2 (en) | Dual-cooled nuclear fuel rod having annular plugs and method of manufacturing the same | |
US11935661B2 (en) | Cermet fuel element and fabrication and applications thereof, including in thermal propulsion reactor | |
US3091581A (en) | Fissionable fuel capsules and method of manufacturing same | |
US3124875A (en) | Method of preparing hollow type | |
US2992172A (en) | Fuel elements for nuclear reactors | |
US4478363A (en) | Method of production of composite billet for fuel cladding tube | |
RU2305333C1 (ru) | Заготовка стержня топливного сердечника керметного тепловыделяющего элемента ядерного реактора | |
EP2679323A1 (en) | A method of producing a metallic body provided with a metallic cladding | |
US6697448B1 (en) | Neutronic fuel element fabrication | |
KR100654961B1 (ko) | 핵연료봉의 제조방법 및 이에 사용되는 빌렛 | |
RU2371789C1 (ru) | Способ изготовления керметного стержня топливного сердечника тепловыделяющего элемента ядерного реактора | |
US3838184A (en) | Process for producing fuel and breeder bodies for a nuclear reactor | |
JP2009209437A (ja) | 中空金属焼結体、それを利用した中性子源液体金属ターゲット用バブラー及びその製造方法 | |
KR100592557B1 (ko) | 간접압출을 이용한 연구로용 핵연료봉의 제조방법 | |
CN110277177B (zh) | 一种靶件内燃料芯块与包壳间隙闭合方法 | |
Bean et al. | Roll Cladding Uranium-Zirconium and Uranium-Zirconium-Niobium Alloys with Zircaloy-2 for Plate-type Fuel Elements | |
Gavrilin et al. | Hot isostatic pressing of cermet fuel-element rods | |
RU2647492C2 (ru) | Способ изготовления мишени для наработки изотопа 99 мо | |
Lemon | End Closure for Plutonium Bearing Zircaloy-2-clad Fuel Elements |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210316 |