Устройство, эксплуатация и обслуживание технологического оборудования

Технические требования к ТВЭЛам

К ТВЭЛам предъявляются высокие технические требования:

1) простота конструкции;

2) механическая устойчивость и прочность в потоке теплоносителя, обеспечивающая сохранение размеров и герметичности;

3) малое поглощение нейтронов конструкционным материалом твэла и минимум конструкционного материла в активной зоне;

4) отсутствие взаимодействие ядерного топлива и продуктов деления с оболочкой ТВЭЛов, теплоносителем и замедлителем при рабочих температурах.

Геометрическая форма ТВЭЛа должна обеспечивать

• требуемое соотношение площади поверхности и объема и

• максимальную интенсивность отвода теплоты теплоносителем от всей поверхности ТВЭЛа, а также

• гарантировать большую глубину выгорания ядерного топлива и высокую степень удержания продуктов деления.

ТВЭЛы должны обладать

• радиационной стойкостью,

• иметь требуемые размеры и конструкцию, обеспечивающие возможность быстрого проведения перегрузочных операций;

• обладать простотой и экономичностью регенерации ядерного топлива, и низкой стоимостью.

В целях безопасности надежная герметичность оболочек ТВЭЛов должна сохраняться в течение всего срока работы активной зоны (3-5 лет) и последующего хранения отработавших ТВЭЛов до отправки на переработку (1-3 года).

При проектировании активной зоны необходимо заранее установить и обосновать допустимые пределы повреждения ТВЭЛов (количество и степень повреждения).

Активная зона проектируется таким образом, чтобы при работе на протяжении всего ее расчетного срока службы не превышались установленные пределы повреждения ТВЭЛов.

Выполнение указанных требований обеспечивается

• конструкцией активной зоны,

• качеством теплоносителя,

• характеристиками и надежностью системы теплоотвода.

В процессе эксплуатации возможно нарушение герметичности оболочек отдельных ТВЭЛов.

Различают два вида такого нарушения:

• образование микротрещин, через которые газообразные продукты деления выходят из ТВЭЛа в теплоноситель (дефект типа газовой плотности);

• возникновение дефектов, при которых возможен прямой контакт топлива с теплоносителем.

Условия работы ТВЭЛов в значительной мере определяются конструкцией активной зоны, которая должна обеспечивать проектную геометрию размещения
ТВЭЛов и необходимое с точки зрения температурных условий распределение теплоносителя.

Через активную зону при работе реактора из мощности должен поддерживаться стабильный расход теплоносителя, гарантирующего надежный теплоотвод.

Активная зона должна быть оснащена датчиками внутриреакторного контроля, которые дают информацию о

• распределении мощности,

• нейтронного потока,

• температурных условиях ТВЭЛов и

• расходе теплоносителя.

Активная зона энергетического реактора должна быть спроектирована так, чтобы внутренний механизм взаимодействия нейтронно-физических и теплофизических процессов при любых возмущениях коэффициента размножения устанавливал новый безопасный уровень мощности.

Практически безопасность ядерной энергетической установки обеспечивается, с одной стороны,

• устойчивостью реактора (уменьшением коэффициента размножения с ростом температуры и мощности активной зоны), а с другой стороны

• надежностью системы автоматического регулирования и защиты.

С целью обеспечения безопасности в глубину конструкция активной зоны и характеристики ядерного топлива должны исключать возможность образования критических масс делящихся материалов при разрушении активной зоны и расплавлении ядерного топлива.

При конструировании активной зоны должна быть предусмотрена возможность введения поглотителя нейтронов для прекращения цепной реакции в любых случаях, связанных с нарушением охлаждения активной зоны.

Активная зона, содержащая большие объемы ядерного топлива для компенсации выгорания, отравления и температурного эффекта, имеет как бы несколько критических масс. Поэтому каждый критический объем топлива должен быть обеспечен средствами компенсации реактивности. Они должны размещаться в активной зоне таким образом, чтобы исключить возможность возникновения локальных критических масс.

2