ТЕПЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТВЭЛА СО СВИНЦОВО-МАГНИЕВЫМ ПОДСЛОЕМ

Авторы

Орлова Е.А.¹, Круглов А.Б.², Чуваев Д.В.³, Стручалин П.Г.², Загребаев С.А.¹, Жмурин В.Г. ¹

Организация

¹АО «ГНЦ РФ – Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского», Обнинск, Россия
² Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Москва, Россия
³ Обнинский институт атомной энергетики – филиал федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Обнинск, Россия

Орлова Е.А.¹ – ведущий научный сотрудник, доцент, кандидат технических наук. Контакты: 249030, Калужская обл., Обнинск, пл. Бондаренко 1. Тел.: (484) 399-42-34; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в браузере должен быть включен Javascript..
Загребаев С.А.¹ – научный сотрудник.
Жмурин В.Г.¹ – ведущий инженер.
Круглов А.Б.² – ведущий научный сотрудник, кандидат технических наук.
Стручалин П.Г.² – аспирант.
Чуваев Д.В.³ – магистрант.

Аннотация

Снижение температуры топлива посредством теплопроводящего подслоя на основе свинца обеспечивает надежную его работу при глубоком выгорании, снижает распухание топлива и газовыделение, повышает радиационную стойкость твэлов и, таким образом, повышает безопасность реакторной установки.
При исследовании твэла с нитридным топливом и свинцовым жидкометаллическим подслоем под облучением в реакторе БОР-60 обнаружена проблема совместимости подслоя с оболочкой твэла из стали ферритно-мартенситного класса марки 16Х12ВМСФБР.
Нами предложен вариант использования в качестве внутритвэльноно теплопроводящего подслоя свинца, легированного магнием, цирконием, обеспечивающего самопроизвольное формирование на поверхности стали защитного покрытия нитрида (карбида) циркония в эвтектике на основе свинца с содержанием 2,25 % массовых (0,164 атомной доли) магния и до 0,2 % массовых циркония. При этом обеспечивается самозалечивание случайных повреждений покрытия.
Получены расчетные результаты распределения температуры в твэле с нитридным топ-ливом, содержащем 13 % Pu, свидетельствующие о снижении значения максимальной температуры с 1550ºC в центре топлива в твэле с гелиевым подслоем до 800 °C при использовании в качестве жидкометаллического подслоя свинцово-магниевой эвтектики. Температура на внешней и внутренней поверхностях оболочки из стали не превышает 620 °C.
Учитывая, что сплав Pb-2,25 % Mg-до 0,2 % Zr обуславливает антикоррозионную защиту внутренней поверхности оболочки и пониженную по сравнению со свинцом температуру плавления (248 °C относительно 327 °C для свинца), указанный сплав обладает явными преимуществами перед свинцом.

Ключевые слова
ТВЭЛ, жидкометаллический подслой, свинец, магний, цирконий, эвтектика, азот, распределение температуры

Полная версия статьи (PDF)

Список литературы

УДК 621.039.546:621.039.534

Вопросы атомной науки и техники. Cерия: Ядерно-реакторные константы, 2016, вып. 4, 4:11