Твэл (от "тепловыделяющий элемент") - основной элемент ядерного реактора, в к-ром находится ядерное топливо, ядерное горючее и генерируется
тепло за счёт деления ядер. Наиб. распространены ТВЭЛы в виде тонких
(диаметр неск. мм) стержней, простирающихся на всю высоту активной зоны реактора.
Активная зона содержит тысячи однотипных ТВЭЛов, образующих правильную решётку.
Между ними прокачивается отводящий энергию теплоноситель (жидкость или газ).
В ТВЭЛах используется металлический U (легированный для повышения стабильности)
или окислы U в виде керамик, иногда с добавкой Рu. Также применяют т. н.
дисперсионное топливо, в к-ром крупицы топлива включаются в матрицу
из неделящегося материала с высокими теплопроводностью и радиационной стойкостью
(см. Радиационная стойкость материалов). Герметичная оболочка предохраняет
топливо от контакта с теплоносителем и придаёт ТВЭЛу необходимую механич. прочность.
Материал оболочки (сплавы циркония, нержавеющая сталь и др.) имеет низкое сечение
захвата нейтронов т. н. реакторного спектра, обладает хорошей совместимостью
с топливом и теплоносителем в рабочем интервале температур, мало изменяет механич.
свойства в нейтронном поле. Ко всем материалам ТВЭЛов предъявляются высокие
требования к чистоте, в первую очередь отсутствие примесей, сильно поглощающих
нейтроны.
Параметры ТВЭЛа энергетич.
реакторов: рабочая верхняя температура (темп-pa оболочки) для реакторов с водяным
теплоносителем 
300
°С, для реакторов с жидким Na прибл. 600-700 °С; т. н. линейная теплонапряжённость
до 500-600 Вт на 1 см длины стержня; выгорание топлива (доля выгоревших к концу
рабочего периода атомов топлива) в тепловых реакторах 3-5%, в быстрых реакторах
7-10% (1% выгорания соответствует выработке 104 МВт.сут
тепловой энергии на 1 т топлива).
ТВЭЛ быстрого реактора:
1 - участок активной зоны ( ядерное
топливо); 2, 3 - торцевые экраны (обеднённый
уран); 4 - газосборник; 5 - оболочка (нержавеющая
сталь).
На рис. изображён схематич.
разрез ТВЭЛа быстрого реактора (см. Реактор-размножитель ).В нём кроме
активной части, содержащей ядерное топливо, имеются торцевые экраны из обеднённого
урана для утилизации покидающих активную зону нейтронов, а также полость для
сбора выходящих их топлива осколочных газов для снижения внутр. давления при
глубоком выгорании.
После достижения номинального выгорания и окончания кампании (рабочего периода) ТВЭЛы выгружаются из реактора и заменяются. Длительность кампании исчисляется временем работы реактора в пересчёте на полную мощность и составляет месяцы или годы. Увеличение кампании и, следовательно, выгорания ограничено ухудшением способности поддерживать цепную реакцию деления из-за выгорания топлива и накопления поглощающих нейтроны осколков и опасности разрушения ТВЭЛа под действием длит. интенсивного облучения и высокой температуры в реакторе. Допускаются сотые (или тысячные) доли процента вероятности выхода ТВЭЛа из строя.
О. Д. Казачковский
|
|
 |
