tvel (859138), страница 8
Текст из файла (страница 8)
При этом покрытие должно служить емкостью для сбора газообразных продуктов деления (ГПД); выдерживать механические напряжения, возникающие при повышении давления ГПД, а также напряжения из-за изменения размеров и свойств материала при облучении;тормозить и удерживать осколки деления; препятствовать термодиффузионным процессампереноса твердых продуктов деления и размыванию границ топливосодержащего ядра; защищать поверхность микроТВЭЛ от физико-химической эрозии со стороны охладителя.Один слой покрытия может выполнять как одну, так и несколько функций одновременно, поэтому число слоев покрытия может быть от 2 до 8. Границы между слоями покрытия выделены нечетко и представляют собой зону постепенного изменения физикохимических свойств, что делает неопределенной или нестрогой такую характеристику микроТВЭЛ, как число слоев покрытия.Примерный состав каждого из экспонируемой совокупности сферических микроТВЭЛ (объект 3.1) при максимальном наружном диаметре (0,7...
1)• 10-3 м может быть таким:ОглавлениеДорофеев А.А. «Материалы и конструкция тепловыделяющих элементов и тепловыделяющей сборки реактораядерного ракетного двигателя»38- ядро;- внутренний микропористый слой из пироуглерода толщиной (30...35)*10-6 м для накопления продуктов делений и защиты последующих слоев от осколков деления;- переходный слой из пироуглерода (15…30)*10-6 м для стабилизации давления окиси углерода и исключения карботермического восстановления окисного топлива при осажденииследующего,высокоплотного изотропного пироуглерода толщиной (15...25)*10-6 м;- буферный слой толщиной (0...5) * 10-6 м, представляет собой дополнительный объем дляпродуктов деления, прошедших через три предыдущих слоя, а также служит источником углерода для образования карбида кремния;- силовой слой толщиной (30...60)*10-6 м, который является выдерживающей внутреннее избыточное давление оболочкой;- буферный слой пористого углерода толщиной до 10*10-6 м, нанесенный на карбидныйслой, предназначен для снижения напряжений, возникающих при наборе флюенса карбидным слоем;- наружный слой микроТВЭЛ толщиной (15….35)*10-6 м из изотропного высокоплотногопироуглерода защищает подстилающий слой от механической и химической эрозии, выполняет, как и остальные слои, функции торможения и удержания продуктов деления.В основе материалов каждого из микрослоев слоев может быть углерод в разных аллотропических формах и структурах, формируемых непосредственно на поверхности ядра изатем последовательно на подстилающих слоях по технологии псевдокипящего слоя из газаконтролируемого состава, в том числе с образование силицидов, карбидов и/или нитридовтугоплавких металлов.Рис.14ОглавлениеДорофеев А.А.
«Материалы и конструкция тепловыделяющих элементов и тепловыделяющей сборки реактораядерного ракетного двигателя»39Возможная конструктивно-структурная схема сферического микроТВЭЛ изображенана рис. 14, где обозначены: 1−урансодержащее ядро; 2−пористый слой; 3−тормозящийосколки деления высокоплотный слой;−герметизирующий4газонепроницаемый слой;5−упрочняющийслойвысокомодульногомалопрочного углерода; −наружный7пироуглерода;6−буферныйслойизтехнологический контактный слой; 8− инертноепокрытие, защищающее от химической эрозии.Сферические микроТВЭЛ могут размещаться в ТВС в каркасных конструкциях в видесвободных засыпок или в виде спеченных из микроТВЭЛ пористых нагревных секций (блоков) с радиальным, осевым или комбинированным течением рабочего тела – рис.18, варианты а и б соответственно.Такие микротвэлы могут входить в состав макротвэл, например, аналогичных объектам 2.3.2, что снижает выход ГПД в охладитель, но и одновременно уменьшает достигаемыйуровень удельной тепловой мощности единицы объема или единицы массы ТВЭЛ - одну изосновных характеристик транспортных реакторов, например, реактора ЯРД.Гофрированный ТВЭЛ, представленный на стенде №1 объектом 2.2.3, представляетсобой, с одной стороны, некоторый предельный вариант пластинчатого ТВЭЛ минимальновозможной толщины и без дистанционирующих выступов, но деформированного с образованием гофров, и, с другой стороны, как набор коаксиальных неоребренных ТВЭЛ, объединенных в нагревную секцию (блок), где гофры выполняют функцию дистанционирующихэлементов.Экспонированный вариант гофрированного ТВЭЛ изготовлен из медной фольги дляэкспериментального получения коэффициентов гидравлического сопротивления.
РеальныйТВЭЛ такой конструкции должен быть изготовлен из сплава (или псевдосплава) урана и тугоплавкого металла, карбидизируемого после изготовления. Предположительно, снижениевозникающих в такой целостной тонкостенной конструкции внутренних напряжений моглопроисходить за счет совокупности взаимодействующих радиационных эффектов и высокотемпературной ползучести при специфическом её проявлении в тонких многослойных материалах.Работа как этого, так и других типов ТВЭЛ происходит в собранных из них узлов, называемых нагревными секциями или блоками, являющимися сборочными единицами, вомногом определяющими работоспособность и собственно ТВЭЛ, и агрегата следующегоконструктивно-иерархического уровня – тепловыделяющей сборки (ТВС).
Причем, в наОглавлениеДорофеев А.А. «Материалы и конструкция тепловыделяющих элементов и тепловыделяющей сборки реактораядерного ракетного двигателя»40гревную секцию (блок) как сборочную единицу может входить кроме собственно комплектаТВЭЛ и вытеснителей или накладок еще и теплоизоляционный стакан и/или обойма, черезкоторую действующие на ТВЭЛ усилия передаются на силовые элементы ТВС. При этомобойма может частично или полностью выполнять функцию теплоизоляционного пакета,который может быть конструктивно интегрирован с силовой обоймой (выполнен зацело).3.2. Нагревные секции (блоки) ТВЭЛНагревные секции (блоки) ТВЭЛ представлены как на стенде №1 так и, в основном,на стенде №2.На стенде №1:– объекты 1.1.1, 1.1.2, представляющие собой сотовые монолитные ТВЭЛ, образуютблок ТВЭЛ без теплоизоляции и обоймы, которая для таких ТВЭЛ не является обязательной;– не требуется обоймы как обязательного элемента для цилиндрического и дисковогосотовых ТВЭЛ (объекты 1.2.2 и 2.2.1);– объекты 2.2.2, 2.2.3, собранные из коаксиальных ТВЭЛ, также образуют нагревныесекции без обоймы и теплоизоляции.На стенде №2 экспонируются несколько вариантов нагревных секций:– нагревные секции (планшет 4.1), которые представляют собой объединенные обоймой в сборочную единицу комплекты пластинчатых ТВЭЛ разной ширины;– нагревная секция или блок карандашеподобных ТВЭЛ с обоймой, повторяющей повнутренней поверхности форму периметра пакета правильных шестигранников (карандашеподобных ТВЭЛ), закреплен на планшете 4.2;– объект 4.3 является блоком (нагревной секцией) коаксиальных ТВЭЛ, обойма которого снабжена выполненной из этого же материала зацело обязательной для этого типа коаксиальных ТВЭЛ опорной решеткой (что представляется весьма неудачным решением, т.к.ввиду различных выполняемых ими функций к материалам теплоизоляции и опорных решеток предъявляются весьма различные, иногда, противоположные требования).3.3.
Опорные решеткиФункция опорных решеток в составе нагревных секций ТВЭЛ (объекты 2.2.1, 4.1, 4.2и 4.3) или в качестве выходного элемента в ТВС (объект 4.4) – воспринимать усилия, возникающие при обтекании ТВЭЛ потоком охладителя, и передавать их равнодействующую насиловые элементы конструкции ТВС.
Кроме того, решетка может задержать фрагменты разОглавлениеДорофеев А.А. «Материалы и конструкция тепловыделяющих элементов и тепловыделяющей сборки реактораядерного ракетного двигателя»41рушенных ТВЭЛ и способствовать выравниванию поля скоростей потока по сечению нагревной секции, что является основной функцией решетки 4.6.3, выполненной из графита споследующим уплотнением его пироуглеродом.Объект 4.6.1 является опорной решеткой блока карандашеподобных ТВЭЛ (см.
рис.9), аналогичных экспонату 4.2, изготовленной из ниобия механической и электрохимическойобработкой.Опорные решетки для ТВС с нагревными секциями (блоками) стерженьковых витыхТВЭЛ представлены объектом 4.6.2, который представляет собой шестигранный призматический пакет спеченных закрученных по винтовой линии стержней крестообразного сечения(по сути, ТВЭЛ, но без делящегося материала), дополненных 6-ю периферийными накладками для приближения периметра к форме окружности заданного диаметра, исходя из размеров посадочного места в корпусе ТВС.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
