Экономика ядерной энергетики: Основы технологии и экономики производства ядерного топлива. 3-е изд. - Синев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
Активные зоны, твэлы и TBC современных АЭС с водоохлаждаемыми реакторами. На рис. 9.1 и 9.2 показаны компоновка активной зоны реактора ВВЭР-440 с кассетами различного назначения (поперечное сечение), размещение активной зоны в корпусе реактора и компоновка приводов СУЗ (продольное сечение). Активная зона состоит из 349 ТВС, собранных в шестигранные кассеты, закрытые кожухом из цирконий-ниобиевого сплава.
В ядерной энергетике СССР некоторое развитие получили кипящие во-дографитовые реакторы канального типа —РБМК-ЮОО. На рис. 9.3 изображена монтажная TBC этого реактора, а на рис. 9.4 — твэл. Монтажная сборка составлена из двух подсборок, имеющих активную длину •—3,5 м каждая, закрепленных на центральном стержне из циркониевого сплава так, что температурное расширение гвэлов каждой подсборки идет навстречу друг другу и удлинение их компенсируется зазором на стыке подсборок— посередине ТВС. Верхняя и нижняя подсборки TBC одинаковы и состоят из 18 твэлов каждая, содержащих в среднем 3,59 кг спеченного оксида урана в виде таблеток диаметром 11,52 мм и высотой
12 мм. Диаметральный зазор между топливом и оболочкой 0,18— 0,38 мм. Диаметр оболочки 13,6 мм, минимальная толщина стенки 0,82 мм. В каждой TBC помещается 130 кг UO2 с обогащением 235U 2%. Максимальная тепловая мощность TBC 3000 кВт. Максимальная скорость пароводяной смеси 20 м/с (при массовом паро-содержании 27%). Дистанционирование твэлов осуществляется 10 сварными решетками ячеистого типа (рис. 9.3,6), выполненными из тонкой нержавеющей стали.
Таблица 9.1. Массогабаритные характеристики твэлов и TBC реакторов' ВВЭР
Реактор
Количество твэлов в TBC, шт.
Масса TBC в сборе, кг
.Обогащение урана х, %
Топливо в ТЕС, кг
Длина сбор
UO2
S S5JJ
Сбщая
ВВЭР-440
126
200* (215)**
3,6 2,4
1,6
136(130)** 136 (130)** .136(130)**
4,3 (4,12)** 2,86(2,74)** 1,91 (1,83)**
3217 3217 3217
ВВЭР-ЮОО
312
735
4,4
3,0
488+3 488+3
18,83*** 12,84
4570 4570
РБМК-Ю00
36 (2Х18)
185
2,0
130,9
2,3
10 054
РБМК-1500
36 (2X18) 36(2X18) 36(2X18)
185 185 . 185
2 2,4 3,6
130 9 130,9 130,9
2,3
2,75
4,13
10 054 10 054 10 054
* Из общей массы—чехол из циркониевого сплава 125—13 кг, концевые детали из не ** Числа в скобках относятся к компенсирующей сборке. *** Для профилированных по обогащению ТЕС, в которых 66 твэлов имеют х=3,6%, а 246
На рис. 9.5 представлена TBC корпусного реактора ВВЭР-1000, а на рис. 9.6 — твэл этого реактора.
На рис. 9.7 представлен твэл реактора ВВЭР АСТ-500, а на рис. 9.8 — TBC этого реактора.
Параметры твэлов и TBC реакторов ВВЭР и РБМК приведены в табл. 9.1. В табл. 9.2 даны некоторые характеристики активных зоя и твэлов современных советских и зарубежных водоохлаждае-мых реакторов АЭС.
На рис. 9.9 изображены сборка наиболее распространенного в США и в Западной Европе реактора PWR фирмы «Вестингауз электрик» электрической мощностью 900—1200 МВт и вид в плане компоновки из четырех TBC Каждая TBC включает в себя 264 твэла и позволяет разместить кластер из 24 пэлов, управляемых одним приводом.
ник
и РБМК
кн в сборе, MM
Длина твэла общая, мм
Длина активной части твэла, мм
Масса твэла, г
Холостые концы (верх, низ)
Общая
UO2
2 35[J
440, 205 440, 205 440, 205
2420
24 :о
2420
2320 2320 2320
1400 1400 1400
1080 (1035)** 1080(1035)** 1080(1035)**
34,1 22,7 15,1
480, 250 480, 250
3840 3840
3530 3530
2010 2010
1575 1576
60,8 41,4
2680, 60
3660
3460
4400
3625+95
63,6+1,7
2680, 60 2680, 60 2680, 60
3660 3660 3660
3460 3460 3460
4790 4790 4790
3625+ 95 3625+95 3625+95
63,6+1,7 86,3+2 114,4+3
ржавеющей стали—22 кг.
твэлов .1=4,4%; содержание, 135U в сборке равно 18,11 кг.
В середине 80-х годов фирма «Вестингауз электрик» осуществила модернизацию твэла и ТВС, позволяющую достичь средней глубины выгорания (40—43)-103 МВт-сут/т. Особенности модернизации заключаются в том, что на поверхность таблеток в центральной части твэла наносится тонкий слой выгорающего поглотителя — боридного покрытия; в верхней части TBC введены за-вихрители (турбулизаторы) потока на дистанционирующих решетках из циркалоя, а также аксиальные бланкеты (экраны) вверху и внизу твэла в виде участков из UO2 природного состава, что обеспечивает уменьшение аксиальной потери нейтронов (на 50%), т. е. увеличивает КВ. Уточнены верхняя и нижняя плиты ТВС.
Измененная конструкция верхней плиты TBC упрощает ее съем для контроля и замены твэла. Введены и другие изменения (увеличена длина и форма наконечников, уменьшен диаметр). Ожидается, что снижение затрат на топливный цикл от использования модернизированных TBC составит 10—И %.
Разнообразные формы применяемых в TBC современных реакторов дистанционирующих решеток приведены на рис. 9.10.
Требования к твэлам и ТВС. В общем виде их можно сформулировать следующим образом.
1. Конструкция и физико-механические свойства материалов твэлов и их сборок должны обеспечивать достаточную прочность всех узлов, устойчивость формы и размеров на весь период работы в реакторе. Неустойчивость формы и недопустимое изменение размеров (например, за счет радиационного распухания или ползучести металла) могут вызвать нарушение теплоотвода, потерю герт метичности твэла, выход продуктов деления в теплоноситель и даже «пережог» твэла.
