Особенности топливных элементов ТВС атомных
станций теплоснабжения
В активной зоне ACT используются традиционные
для ядерной энергетики СССР конструкции, хорошо зарекомендовавшие себя
на практике. В качестве чехлов ТВС применяют шестигранные трубы, размеры
и технология изготовления которых аналогичны применяемым для чехлов ТВС
реактора ВВЭР-1000.
Применение естественной циркуляции теплоносителя позволяет ограничиться
минимальным числом дистанционирующих решеток и улучшить
нейтронно-физические и гидравлические свойства ТВС. Крепление элементов
ТВС на сравнительно тонкой нижней опорной решетке позволяет получить
минимальное гидравлическое сопротивление и равномерное распределение
теплоносителя на входе в сборку. Набор дистанционирующих решеток и их
конструкция обладают необходимой жесткостью и прочностью и обеспечивают
стабильность пучка элементов во всех эксплуатационных режимах, а также в
аварийных ситуациях, включая землетрясение силой до 9 баллов.
В активной зоне используются твэлы диаметром 13,6 мм, в пользу этого
выбора (по сравнению с элементами диаметром 9,1 мм) следует отметить
следующее:
пучок элементов жестче, механически устойчивее, меньше подвержен
возможности возникновения вибраций в потоке воды или пароводяной смеси,
а это позволяет устанавливать меньшее количество дистанционирующих
решеток, представляющих собой поглощающие нейтроны стальные конструкции
и обладающих местным гидравлическим сопротивлением;
при приемлемых соотношениях замедлителя и топлива гидравлическое
сопротивление меньше за счет как меньшего сопротивления трения, так и
меньшего числа местных гидравлических сопротивлений (на промежуточных
решетках), что приводит к улучшению гидравлических характеристик ТВС;
топливные решетки с двуокисью урана в значительной степени являются
гомогенными со слабым гетерогенным эффектом. Поэтому увеличение диаметра
элементов увеличивает гетерогенный эффект и улучшает баланс нейтронов,
что в конечном счете приводит к увеличению глубины выгорания топлива.
Большой диаметр элементов означает и больший диаметр топливного
сердечника, что при одинаковой загрузке приводит к уменьшению числа
элементов в активной зоне, расхода циркония на оболочке, протяженности и
количества> сварных швов и как следствие — к меньшей вероятности
разгерметизации элементов.
Технология изготовления ТВС при одном и том же поперечном размере сборки
и разных диаметрах элементов проще и дешевле
при элементе большого диаметра, а стоимость
производства элементов большого диаметра на единицу веса топлива ниже.
Все это, а также применение в активной зоне конструкционных материалов с
малым сечением поглощения нейтронов для трубок и оболочек элементов и
для чехлов ТВС, применение низкообога-щенного топлива двуокиси урана в
режиме частичных перегрузок позволяет получить относительно глубокое
выгорание топлива и обеспечивает минимальную топливную составляющую, что
в свою очередь снижает себестоимость тепловой энергии.
Расчет .максимальной температуры центра твэлов, выполненный для
максимальной линейной нагрузки q — 220 Вт/см, при средней глубине
выгорания 20 МВт-сут/кг показал, что максимальная температура в топливе
равна 1225°С. Последнее дает основание ожидать несущественных изменений
в топливе в процессе его работы (за исключением обычного и неизбежного
растрескивания топливных таблеток-брикетов). В связи с этим можно
предполагать, что процесс радиационного спекания топлива коснется лишь
незначительной его части. Выход газообразных продуктов деления и
радиационное распухание топлива также будут незначительными. Вся масса
топлива находится в той области температур (менее 1700 °С), где выход
газообразных осколков деления из топлива под оболочку элемента весьма
мал и определяется в основном плотностью (пористостью) топливных
таблеток. Относительный выход составляет около 2 %. При выгорании
топлива 20 МВт-сут/кг под оболочку выйдет около 50 см3 газа, что создает
в рабочих условиях давление около 0,4 МПа.