Cтраница 2
Одним из топливных элементов, имеющих большие потенциальные возможности для применения в ядерной технике, является керамическое топливо в керамической матрице U02 - BeO. Такая система представляет интерес для тепловых ядерных реакторов, поскольку ВеО имеет хорошие замедляющие свойства, увеличивает теплопроводность по сравнению с U02, относительно инертна ко многим потенциальным теплоносителям, взаимодействует с нейтронами по реакции ( п, 2п), приводящей к усилению потока нейтронов. Однако эта система выделяет газообразные продукты деления, что приводит к необходимости применения оболочки или внешнего конструктивного элемента для продуктов деления. [16]
Предельно достижимая глубина выгорания, которую твэлы могут выдерживать без разрушения, определяется их конструкцией, выбранными материалами и условиями работы в реакторах. Накопление 100 кг продуктов деления на 1 т урана, как это проектируется, например, в реакторах на быстрых нейтронах, означает, что примерно 10 % атомов замещаются их удвоенным количеством, что приводит к так называемому твердому распуханию топлива. Наряду с этим образующиеся газообразные продукты деления в условиях температур и давлений внутри оболочки твэлов вызывают так называемое газовое распухание топлива. [17]
Подобное обстоятельство особенно важно для бридерных реакторов-размножителей на быстрых нейтронах. Двуокиси урана, плутония и тория изоморфны ( см. Изоморфизм) и образуют друг с другом твердые растворы. По сравнению с двуокисью урана облученное горючее из двуокиси урана и плутония менее склонно к растрескиванию, в нем не происходит радиальной миграции плутония, несмотря на интенсивную рекристаллизацию и рост зерна, но наблюдается значительная миграция летучих осколков деления - цезия и рутения. Для получения изотопа 233U, делящегося под действием тепловых нейтронов, применяют горючее на основе твердого раствора двуокисей урана и тория. Смеси окислов BeO - U02, а также А1203 - U02 хорошо удерживают газообразные продукты деления ( криптон, ксенон, йод) внутри керамического материала. В ТВЭЛах нек-рых видов горючее применяют в виде сферических частиц с противоосколоч-ными покрытиями. [18]
Диаметр топливного сердечника реактора на быстрых нейтронах ( из-за высокой удельной мощности) обычно не превышает 5 мм. Наряду с топливным сердечником в тепловыделяющем элементе создают дополнительный объем для газообразных продуктов деления. Такие тепловыделяющие элементы будут очень гибкими и должны крепиться, что достигается группиров - s кой их в сборки. Отдельные элементы крепят в ячеистой решетке с каждого конца. Дистанционирование их по длине активной зоны осуществляется с помощью либо таких же решеток, либо навитых на элементы проволочных спиралей. Элементы зоны воспроизводства, которые имеют больший диаметр, устанавливают в, торцах активной зоны. Топливные элементы для проектируемых реакторов CFR и Феникс сконструированы аналогичным образом. Необходимые кинетические характеристики активной зоны получаются при жестком креплении тепловыделяющих элементов на шаровые опоры основания, а обеспечение устойчивого положения тепловыделяющего элемента и предотвращение изгибов субсборки достигается за счет установочного стержня. Максимальная удельная мощность составляет 450 Вт / см, температура горячего пятна - 700 С. Топливо должно выдерживать выгорание до 10 % тяжелых атомов и задерживать в себе продукты деления при использовании топлива с плотностью 80 % теоретического значения и компенсационного объема в элементе, который должен собрать все газообразные продукты деления. Низкое давление натриевого теплоносителя в реакторах на быстрых нейтронах гарантирует отсутствие проблем трещино-образования в окисном топливе, вспучивания и разрушения оболочки. Поэтому проблема материалов ограничивается коррозионной стойкостью и стабильностью размеров оболочки шестигранного чехла. [19]