Реакторы, охлаждаемые углекислым газом, страница 8

Во всех микротвэлах в качестве первого слоя, располагаемого непосредственно на топливном сердечнике, предусмотрен буферный слой, рис. 1.5 4. Этот слой вследствие низкой плотности как бы впитывает в себя продукты деления, предотвращая  тем самым разрушение наружных слоев покрытия. Он же компенсирует и объемные изменения топливного сердечника, возникающие за счет выделения газообразных или твердых продуктов деления. Наконец, этот внутренний слой служит для передачи усилий м/у наружным слоем покрытия и топливом. Наружные слои покрытия, имеющие по возможности максимальную плотность, играют роль миниатюрного корпуса давления и диффузионного барьера. Слои пироуглерода обладают большой герметичностью по отношению к таким  газообразным продуктам деления, как ксенон и криптон. Для твердых продуктов: йода, теллура, цезия, циркония, рутения, бария – наиболее эффективным барьером является покрытие из карбида кремния.

    

Рисунок 1.5  4     Модель микротвэла с двойным покрытием и внутренним пористым слоем

1-твердое наружное покрытие из изотропного углерода;

2-промежуточный  слой из карбида кремния;

3-твердый внутренний слой из изотропного углерода;

4-внутренний пористый слой (буферный) из углерода;

5-топливный сердечник.

    Относительные формы и расположения твэлов в активной зоне имеется две точки зрения. Согласно первой  - рекомендуется применять стержневые и призматические твэлы. Вместе с тем в такой зоне из-за действия высоких температур необходимо обеспечить очень точное изготовление твэлов, чтобы избежать их контакта и слипания. Кроме того, АЭС с такими реакторами должны периодически останавливаться для перегрузки и перестановки твэлов, что, очевидно, нельзя произвести очень быстро. Это приводит к удорожанию электроэнергии. Наконец, в таких твэлах не удается снизить неравномерность выгорания топлива.

     Вторая концепция состоит в применении шаровых твэлов, заполняющих активную зону  в виде нерегулярной свободной засыпки. Реактор такого типа называется «засыпным, с шаровыми твэлами». Шаровые твэлы имеют диаметр 6 – 8 см. Их количество зависит от мощности реактора и составляет сотни тысяч.

       Особенностью этой концепции является то, что засыпка шаровых твэлов допускает непрерывную перегрузку при работе реактора. Часть твэлов через разгрузочную трубу можно вывести из реактора и подвергнуть исследованиям на механические и ядерные свойства. Контур засыпанного реактора схематично показан на рис. 1.6 5.

Рисунок 1.6  5  Схема циркуляции твэлов в реакторе с засыпкой активной зоны шаровыми твэлами

1-активная зона;   2-устройство подачи твэлов;  3-накопитель;  4-шаговый разделитель твэлов;  5-промежуточные штреки;  6-емкость для поврежденных твэлов;  7-устройство для исследования твэлов и измерения выгорания;  8-вычислительное устройство для управления процессом перегрузки;  9-направляющее приспособление;  10-подъемник твэлов;  11-устройство для вывода твэлов из контура. 

По результатам измерения выгорания можно судить, оставлять ли данный твэл для последующей работы или его следует выгрузить и заменить свежим. В первом случае он поступает в подъемник 10 и по загрузочным трубам с помощью пневматики возвращается в активную зону, при этом имеется возможность вводить твэлы в различные по радиусу и высоте области активной зоны. Если твэл полностью выгорел, то его подают в сборник использованных твэлов 6.

При использовании в активной зоне реактора шаровых твэлов при относительно меньших скоростях газового теплоносителя, чем в реакторах со стержневыми твэлами, обеспечивается хорошая турбулизация потока, которая обеспечивает лучшую теплоотдачу. В засыпке из шаровых твэлов в отличие от активных зон со стержневыми твэлами практически отсутствуют зависимость теплопередачи к газу от выгорания твэлов. Нагрев же теплоносителя в каналах со стержневыми твэлами реактора может быть значительно больше для свежих твэлов, чем для выгоревших.