Выгорание ядерного топлива. Классификация ядерных реакторов. Принципиальная схема ядерного энергетического реактора. Термоядерные реакторы. Теплообменный аппарат ядерных энергетических установок, страница 22

Аналогичный процесс происходит и при отравлении реактора Sm.

Выведем равновесную плотность ядер Sm

 

N_Sm/N^O_Sm

     1,8

                                Ф=10^14 [H/см²*с]

             1,4

                                Ф=5*10^13

                                Ф=10^13

                                       t

 

       0      2      4     6

Решим систему при       

При остановке реактора  концентрация Sm начинает возрастать за счет радиоактивного распада Pm , что приводит к снижению реактивности реактора. Поскольку Sm стабилен , то в отличии от Хе, снижение его концентрации не наблюдается.  Следовательно, уменьшение реактивности необратимо. Если уменьшение реактивности велико (приводит к изменению знака реактивности), которое нечем компенсировать, то наступает самариевия смерть реактора.

Для больших реакторов Ф зависит от пространственных координат и в силу неравномерности потока концентрация Хе (Sm) различна в разных частях реактора. Стремление выровнять энергопотребление и поток в реакторе может привести к возникновению ксеноновых колебаний (волн). Вообще любое изменение мощности приводит к ксеноновой нестабильности.

4 Тепловыделяющие элементы ядерных энергетических реакторов

Основным конструкционным элементом активной зоны реактора является твэл. В нём непосредственно размещается топливо (обычно в твёрдом состоянии), происходит выделение основной части тепловой энергии и передача её теплоносителю.

Твэлы работают в весьма тяжёлых тепловых режимах, в их  ограниченном объёме выделяется большое количество теплоты. Условие работы твэлов усложняется наличием мощных потоков нейтронов и g-излучения, высокой температурой поверхности твелов, достигающей 300-600°С, возможностью тепловых ударов, благоприятными условиями для коррозии. К твэлам предъявляются довольно жёсткие требования: механическая прочность и устойчивость в потоке теплоносителя, обеспечивающая длительное сохранение формы, размеров и герметичности в течение всего запроектированного срока работы (несколько лет). Повреждение твэла влечёт за собой радиоактивное загрязнение теплоносителя продуктами деления. Нарушение геометрической формы (распухание твэла) может ухудшить условия теплоотдачи от твэла к теплоносителю, вызвать локальный перегрев оболочки твэла, а также затруднить перегрузку ядерного топлива.

Конструкционно твэлы (рис.0.2) могут быть выполнены стержневыми 1, пластинчатыми 2, гофрированными 3, трубчатыми 4, шаровыми 5, перфорированными 6, кольцевыми с профилированной закруткой 7, и т.п. Наибольшее распространение в энергетических реакторах получили стержневые твэлы, стержневыми твэлами снабжены и серийные отечественные реакторы типа ВВЭР-440 (рис.0.3,а), ВВЭР-1000 (рис.0.3,б) и РБМК-1000 (рис.0.3,в).

Рисунок 0.1. Конструкционные схемы твэлов

Стержневой твэл с твёрдым ядерным топливом (рис.0.3) состоит из следующих основных частей: сердечника – ядерного топлива 1, оболочки 2 и концевых заглушек 3.

Сердечник является основной частью твэла и обычно представляет собой набор топливных таблеток высотой 10-30 мм. При наборе сердечника из таблеток к ним можно предъявлять более жесткие требования на сохранение необходимых плотностей и размеров; замена отдельной таблетки гораздо дешевле, чем всего твэла, использование таблеток обеспечивает большую радиационную стойкость, лучше предохраняет топливо от растрескивания и коробления, оболочка такого твэла претерпевает меньше механических воздействий. Кроме того, технология изготовления таблеток проще, чем цельных топливных стержней. В качестве материала таблеток наиболее широкое распространение получил спрессованный и спечённый диоксид урана (средняя плотность которого составляет около 10,5х10³).Для реактора на быстрых нейтронах используется также смесь UO₂ и PuO₂  .Спекание топливных таблеток происходит при 1600 ⁰C _.