Хотя распухание топливных таблеток можно снизить, увеличивая пористость топлива, чрезмерно большая пористость может вызвать явление, называемое уплотнением топлива, которое наблюдалось в некоторых реакторах на первой стадии их развития. В 1972 г. это явление впервые наблюдали на PWR Ginna. В топливе с относительно небольшой первоначальной плотностью в некотором диапазоне температур распухание, вызванное газообразными продуктами деления, может оказаться большим, чем его усадка при спекании таблеток. Если возникнет контакт между материалом топливной таблетки и оболочкой, то таблетки, расположенные ниже этой точки, могут сползти вниз, что в свою очередь приведет к образованию зазора между таблетками. Под действием теплоносителя с высоким давлением оболочка может вдавиться в этот зазор, в результате чего произойдет разрушение твэла в этом месте. Сейчас это явление больше не представляет серьезной проблемы для PWR, поскольку опыт показал, что его можно полностью исключить, если предусмотреть в твэле более высокое давление гелия или изготавливать топливные таблетки с более высокой плотностью (более полное спекание при изготовлении).
Высокая стоимость изготовления твэлов, обусловленная жесткими допусками и тщательным контролем качества изготовления дает заметный вклад в полную стоимость энергии, вырабатываемой реактором. Это определило разработку более простых процессов изготовления твэлов, например отказ от изготовления таблеток и замена их виброуплотненным топливом. Такое топливо в виде порошка UО2 засыпается в оболочку, установленную на вибростенде. Под действием вибрации топливо уплотняется и заполняет весь объем твэла.
Карбидное топливо
Кроме двуокиси урана, большой интерес представляет еще одно керамическое топливо — карбид урана, обладающий более высокой теплопроводностью и большей плотностью. Для реакторов типа LWR карбидное топливо не используют, так как это топливо будет активно реагировать с водой, если вода попадет внутрь твэла. Карбидное топливо можно использовать в реакторе на быстрых нейтронах, поскольку его высокая теплопроводность позволяет изготавливать твэлы большего диаметра. Кроме того, карбидное топливо лучше двуокисного топлива удерживает газообразные продукты деления, что позволяет уменьшить толщину оболочки твэла.
Возможность использовать UО2 в качестве топлива для реакторов на тепловых и на быстрых нейтронах подтверждена на практике. При тщательном контроле за качеством изготовления вероятность разрушения твэлов может быть достаточно низкой (не выше 10-4 ). Некоторые проблемы, которые возникают при использовании этого топлива, такие как уплотнение твэлов и повреждение их при контакте таблеток с оболочкой, решаются подбором необходимой начальной плотности топлива и созданием в твэле необходимого давления гелия, а также ограничением скорости увеличения мощности. Альтернативные топлива, такие как карбид или нитрид урана, значительно хуже исследованы, но их характеристики позволяют ожидать определенных преимуществ при их использовании в реакторах на быстрых нейтронах.
12.4.3 Дисперсные топливные элементы
Под дисперсными топливными элементами подразумеваются такие системы, в которых дискретные частицы делящегося материала распределены в металлической или керамической матрице. В такой матрице, сохраняющей прочность в течение всего периода облучения топлива, топливные частицы находятся на достаточно большом расстоянии друг от друга, так что зоны радиационных повреждений осколками деления не перекрываются. Наличие сплошной области неповрежденного материала матрицы обеспечивает хорошее удержание продуктов деления и препятствует распуханию при накоплении газообразных продуктов деления. Еще одним преимуществом таких топливных элементов является то обстоятельство, что при выборе в качестве матрицы материала с высокой теплопроводностью можно поддерживать достаточно низкую рабочую температуру топлива.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.