Циркониевые сплавы оболочки

Каждая топливная таблетка должна быть изолирована от охлаждающей воды. Реактивность и тепловые напряжения вызывают значительную деформацию и изменения плотности топлива. В топливе также содержатся побочные продукты деления. Оболочки, используемые для этой цели, обычно изготавливаются из циркониевых сплавов, однако используются также оболочки из нержавеющей стали. Циркониевые сплавы обладают хорошей механической прочностью и необходимыми антикоррозийными свойствами, а также превосходными ядерными свойствами. Например, сечение захвата нейтронов у него значительно меньше, чем у нержавеющей стали. [c.171]

И, наконец, вопросы безопасности АЭС связаны с защитной оболочкой. АЕС разработала критерий тройного барьера против радиоактивных выбросов из реакторов в случае аварии. Первый—сама защитная оболочка топлива. В нормальном рабочем режиме эта оболочка, обычно изготовленная из циркониевого сплава или нержавеющей стали, выдерживает высокую температуру и высокий нейтронный поток. Большая часть радиоактивности в реакторе представлена продуктами деления, которые находятся внутри топливной таблетки до тех пор, пока сохраняется целостность защитной оболочки. Нередки случаи, когда отдельные твэлы разрушаются при нормальной работе или в них образуются поры. Правда, число таких элементов относительно мало по сравнению с общим числом топливных элементов. [c.186]

Ядерное (урановое) топливо — основной компонент загружаемых в реактор тепловыделяющих элементов (твэлов) и тепловыделяющих сборок (ТВС). Топливные таблетки из диоксида урана защищены от прямого контакта с теплоносителем оболочками твэлов, обычно выполняемыми из циркониевых сплавов. [c.11]

Циркониевые сплавы для оболочек и компонентов активной зоны ядерных реакторов [c.109]

В США, Канаде и Западной Европе для оболочек твэлов, кожухов и каналов легководных и тяжеловодных реакторов применяются два основных циркониевых сплава циркалой-4 и циркалой-2 (табл. 9.3) первый используется преимущественно для твэлов реакторов PWR, второй — для реакторов BWR. [c.317]

Механические свойства оболочек из циркониевых сплавов при облучении флюенсом нейтронов нейтр./см меняются мало, [c.318]

Коррозионная стойкость циркониевых сплавов в воде и водяном паре существенно повышается при удалении поверхностных дефектов, возникающих при прокатке и механической обработке, путем травления на глубину 25 —50 мкм труб для оболочек твэлов и деталей сборок в растворе из смеси азотной и плавиковой кислот. [c.318]

При температуре выше 350—360 °С циркониевые сплавы быстро корродируют. При этой температуре в условиях облучения увеличивается гидратирование циркония. Исследования коррозии сплава Н-1 в воде при 350 °С и 168 ат (16,8 МПа) показали, что увеличение массы образцов за первые 4000 ч составило 2 мг/см , через 13 000 ч (1,5 года) —3 мг/см , через 22 000 ч — 4 мг/см . Испытаниями установлено и эксплуатацией подтверждено, что циркониевые сплавы могут успешно работать в реакторах при температурах стенки оболочки твэла, не превышающих 350 °С. [c.319]

Для реакторов ВВЭР циркониевые сплавы применяются для изготовления твэлов и ТВС. На одну комплектную активную зону реактора ВВЭР-1000 требуется циркония (в виде трубок для оболочек диаметром 9,1/0,7 мм и длиной 3840 мм) около 30 т (сплав Н-1), для кожухов и деталей сборок 5 т, т. е. всего 35 т. [c.321]

Стоимость изготовления тонкостенных труб из циркониевых сплавов и нержавеющих сталей, применяемых для оболочек твэ-лов, характеризует весьма высокие технические требования к качеству металла (по химическому составу, содержанию примесей и включений), к допускам на геометрические размеры труб. Значительное удорожание оболочечных труб обусловлено большим объемом необходимого контроля (включая ультразвуковую дефектоскопию) и очень высокими требованиями к качеству поверхности (отсутствие рисок, царапин и других технологических дефектов). [c.327]

Рис. 9.17. Зависимость затрат на изготовление твэлов из UO2 в оболочках из циркониевых сплавов (I) и нержавеющей стали 2) от диаметра твэла

Создание циркониевых сплавов для изготовления конструктивных элементов активной зоны реакторов атомных энергетических станций (АЭС) основано на легировании циркония элементами, обеспечивающими необходимый комплекс свойств циркониевым сплавам. При этом легирующие элементы должны обладать следующими основными качествами иметь небольшое сечение захвата тепловых нейтронов положительно влиять на коррозионную стойкость изделий в условиях эксплуатации в реакторе обеспечивать требуемые механические свойства и надежность изделий при эксплуатации не образовывать относительно долгоживущих радиоактивных нуклидов с сильным у-излучением. Важнейшим требованием к легированию циркониевых сплавов является обеспечение высокой технологичности, необходимой для изготовления ответственных изделий особо тонкостенных труб для оболочек твэлов (длиной до 4,5 м, диаметром 8...10 мм и толщиной стенки 0,3... 1мм) труб для каналов кипящих реакторов (длиной до 8 м, диаметром 80... 130 мм и толщиной стенки З...6мм) листов и лент (толщиной 0,3...1,5 мм) для дистанционирующих решеток и других деталей. [c.360]

На смену оболочкам из нержавеющих сталей пришли оболочки из циркониевых сплавов — циркалоев. Циркалои имеют по сравнению со сталями в 15 раз меньшее сечение захвата нейтронов, низкий коэффициент линейного расширения, хорошее сопротивление ползучести и высокую пластичность. [c.859]

В реакторе имеется борное регулирование материал оболочек ТВЭЛ — циркониевый сплав с 1% N6 среднее обогащение топлива, % 3,5 и 3,3—4,4. [c.92]

Материал оболочек ТВЭЛ. ....... Циркониевый сплав [c.92]

Конструкция Твэла ВВЭР. Топливный сердечник твэла ВВЭР в виде столба, составленного из керамических (спеченных) цилиндрических брикетов двуокиси обогащенного урана, размещен в оболочке из циркониевого сплава (см. рис. 1.3). Для пространственной фиксации топливного столба и обеспечения его неразрывности имеется фиксирующий элемент в виде разрезной втулки. Для герметизации твэла на концах оболочки приварены заглушки. В твэле предусмотрены объемы для сбора газообразных продуктов деления - отдельный газосборник, зазор между сердечником и оболочкой и центральное сквозное отверстие в таблетках, имеющее диаметр 2,3 мм. При таком диаметре отверстие не изменяет размеров при линейных тепловых нагрузках на твэл порядка 500 Вт/см, тогда как отверстие диаметром 1,5 мм закрывается уже при нагрузках 350-400 Вт/см. [c.18]

Одной из наиболее важных и самых тепло-напряженных частей реактора являются тепловыделяющие элементы (твэлы). Так как в них расположено делящееся вещество, то они являются и самыми ответственными частями реактора. Допустимый уровень температуры топлива и оболочки определяется применяемыми материалами. Толщина оболочек — от 0,1 мм для стальных оболочек до 1 мм для циркониевых сплавов. Значения температуры в зависимости от вида реактора и его конструктивных особенностей составляют от 350 до 1200 °С. Занижение температуры оболочек относительно расчетной приводит к падению мощности реактора. Повышение температуры может вызвать разрушение оболочек и привести к аварийной ситуации. Поэтому измерение температуры оболочек твэлов является одной из важнейших задач измерения температуры в [c.75]

Фактические нормативы расхода циркониевого сырья, металлического циркония и его сплавов в производстве точных тонкостенных труб для оболочек твэлов, каналов и листового проката 21—6105 321 [c.321]

Характеристику твэлов, используемых на двух основных типах АЭС в СССР с водо-водяными реакторами корпусного и канального типов, приведены в работах [4, 5]. Их основные данные указаны в табл. 14.3. Во всех перечисленных в табл. 14.3 реакторах в качестве горючего используется спеченная двуокись урана плотностью около 10,4 г/см . В реакторах ВВЭР сборки представляют собой кассеты шестигранной формы с высотой твэлов, равной высоте активной зоны (2,5. и для первых трех реакторов и 3,5 м для ВВЭР-1000). Внешний диаметр твэла равен 10,2 мм для ВВЭР-210 и 9,1 мм (внутренний диаметр 7,55 мм) для всех других реакторов этого типа. Твэлы упакованы в трубки — оболочки из сплава циркония с ниобием. Твэлы реактора канального типа, например РБМК-ЮОО, представляют собой трубки диаметром 13,5X0,9 мм из циркониевого сплава с таблетками из двуокиси урана. Топливные каналы (их 1693) установлены в трубчатых трактах, вваренных в верхнюю и нижнюю металлоконструкции реактора. В канале размещены две кассеты с 18 твэлами в каждой. Общая длина двух кассет 3,5 м. Подробные характеристики твэлов реакторов различного типа изложены в работах [2, 3, 6]. [c.222]

Что касается предотвращения возможности выхода радиоактивности за пределы АЭС, то и в этом отношении ВВЭР имеют определенные преимущества. Рассмотрим три барьера , предотвращающие выход радиоактивности. Первый барьер — оболочки тепловыделяющих элементов, изготавливаемые из кор-розионно-стойких циркониевых сплавов второй барьер — замкнутый реакторный контур третий барьер — общая защитная оболочка реакторного цеха. У ВВЭР существуют все три барьера, а у РБМК — только первый. Второй барьер практически отсутствует, поскольку из-за одноконтурности АЭС реакторный контур оказывается разомкнутым. Третий барьер не является единым, так как размеры реакторного отделения слишком велики— сравните рис. 7.1 и 6.2. [c.76]

Серьезные затруднения в эксплуатации реакторов, охлаждаемых водой под давлением, и кипящих реакторов обусловлены охрул-чиванием циркониевых сплавов, используемых для оболочек твэлов, так как это часто накладывает ограничение на глубину выгорания топлива, что также сопряжено с большими экономическимя потерями (табл. 1). [c.9]

В связи с тем, что чистый цирконий ввиду отсутствия у него стабильных антикоррозионных и механических свойств для массового производства защитных оболочек непригоден, были исследованы его сплавы с танталом, ниобием, оловом, никелем и железом. Самым подходящим из них для этой цели оказался сплав циркония с концентрацией 1% ниобия. Это объясняется тем, что такой сплав при повышенных температурах обладает более высокими механическими свойствами (предел текучести при температуре 300° С равен 12 /сГ/.м>Р), чем остальные кроме того, производство этого сплава значительно проще, чем многокомпонентных сплавов, в состав которых должны входить олово, железо и никель. Что касается кассет реактора, то они должны работать при перепаде давления около 1,5 ат, а для этого необходимо, чтобы материал, из которого изготовляют кассеты, имел более высокие механические свойства. Таким требованиям отвечает сплав с концентрацией 2,5% ниобия, обладающий хорошей коррозионной стойкостью при температуре 300° С с высокими механическими свойствами. Толщина защитной оболочки для тепловыделяющего элемента из сплава циркония составляет 0,6 мм. Скорость коррозии циркониевых сплавов в воде при температуре 300° С примерно 1,4 мг1м час. [c.298]

Уменьшение плотности энерговыделения делает неэкономичным прочный стальной корпус, и почти все тяжеловодные реакторы в настоящее время имеют трубчатую канальную конструкцию. Тяжеловодный замедлитель находится в корпусах, изготовленных из алюминия (в первых конструкциях) и из нержавеющей стали (в более поздних). В завальцованных в корпусах канальных трубах из циркониевого сплава находятся теплоноситель под высоким давлением и тепловыделяющие элементы с оболочкой из циркаллоя. Имеются две основные конструкции таких реакторов ANDU и SGHWR. [c.18]

Механические свойства некоторых циркониевых сплавов приведены в табл. 10.1. Эти сплавы могут быть использованы для производства труб, работающих под давлением, и оболочек тепловыделяющих элементов. При проектировании реактора сопротивление ползучести должно обязательно учитываться, поскольку оно может оказать влияние на выбор толщины стенки труб. Од-дако это не накладывает заметных ограничений на работоспособность реактора, даже если скорость ползучести увеличивается под действием облучения в десятки раз. [c.109]

Хорошие механические свойства и отличное сопротивление окислению определило использование аустенитиых сталей и сплавов на основе никеля в качестве материала оболочек для большинства тепловыделяющих элементов с окисным топливом. Они. применялись для водо-водяных реакторов до тех пор, пока не были заменены циркониевыми сплавами, имеющими лучшие ядериые характеристики. Однако аустенитные стали широко используются в реакторах AGR и реакторах на быстрых нейтронах, так как циркаллой не обладает требуемыми механическими свойствами и сопротивлением коррозии при повышенной рабочей температуре. [c.115]

В настоящее время циркониевые сплавы как конструкционные материалы применяются во всех легководных и тяжеловодных энергетических реакторах для изготовления оболочек твэлов, кожухов и дистанционирующих решеток сборок твэлов, а также в трубах технологических каналов (тяжеловодные канадские реакторы и водографитовые кипящие реакторы РБМК). Такое положе-316 [c.316]

Важнейшими предпосылками для надежной эксплуатации в pei акторах оболочек твэлов, труб и конструкционных элементов а№ тивной зоны, выполненных из циркониевых сплавов, являются щ длительная коррозионная стойкость и сохранение пластическия свойств. Наиболее опасный процесс, ведущий к охрупчиванию и появлению в циркониевых трубах трещин, — их гидрирование водо родом, выделяющимся из воды как при окислительных процессах (коррозии), так и при ее радиолизе. О влиянии наводороживаний на механические свойства циркониевых сплавов говорят следущие данные [c.318]

Работы по созданию новых усовершенствованных конструкционных материалов для активных зон реакторов типа ВВЭР предусматривают дальнейшее совершенствование качества оболочек твэлов из сплава ЭПО использование для производства сплавов циркония с пониженным содержанием гафния [< 0,01 % (ат.)] применение в качестве конструкционного материала для твэлов и ТВС разработанного в России высокорадиацион нестойкого циркониевого сплава Э635 (Zr-l,2Sn-lNb—0,4Fe) [18, 20]. [c.364]

Другой вариант повышения сопротивления КРН оболочки твэлов — юльзование биметаллической трубы, плакированной изнутри пластич-м слоем циркония или сплавом на его основе. В России разработан нологический процесс изготовления биметаллических труб для твэ-5 реакторов РБМК. В качестве плакирующего слоя используется ма-гегированный высокопластичный циркониевый сплав, содержащий Nb Fe в сумме 0,25 % (масс.), обеспечивающий слою более высокую эрозионную стойкость и трещиностойкость. [c.369]

Для устранения склонности швов к образованию холодных трещин и к замедленному разрушению, а также стабилизации качества сварных соединений сразу же после сварки их подвергают термической обработке нагреву до 750...850 °С, выдержке в течение 40...60 мин, охлаждению с печью (технический цирконий) или в воде (сплавы циркаллой системы 2г - М) и др.). После термической обработки сварные изделия из циркониевых сплавов (например, оболочки тепловыделяющих элементов ядерных реакторов из сплавов циркаллой-2 и цир-каллой-4) обладают высокой коррозионной стойкостью. [c.149]

Из циркониевых сплавов наибольшее практическое применение за рубежом нашли хорошо сваривающиеся сплавы системы 2г—5п, так называемые циркалои. В отечественной промышленности более распространены сплавы системы 2г—ЫЬ (табд. 31.4). Эти сплавы наряду с высокой коррозионной стойкостью обладают малым сечением захвата тепловых нейтронов и используются в химическом аппаратостроении и при изготовлении технологических трубопроводов, оболочек ТВЭЛов и других деталей в ядерных энергетических установках на медленных нейтронах. По аналогии с титаном [c.402]

Большинство стержневых твэлов используется в реакторах с пароводяным охлаждением при температурах теплоносителя 260—315° С и максимальных тепловых потоках около 1,1 -10 вт м для топлива с оболочкой из циркониевого сплава и 1,4-10 вт1м для топлива с оболочкой из нержавеющей стали. Максимальное выгорание в твэлах достигает 28 ООО Мет > [c.110]

Дальнейшее повышение экономической эффективности использования топлива, в частности в реакторах ВВЭР, с обеспечением среднего выгорания до 55...60 МВт-сут/кг урана и 5-6-летних кампаний при достижении флюенса нейтронов (Ф) до (2...5) 10 н/см и с внедрением режима маневрирования мощностью в реакторах напрямую связаны с необходимостью увеличения ресурсных характеристик циркониевых изделий для использования их в составе ТВС (оболочки твэлов, дис-танционирующие решетки, направляющие и центральные каналы). Дяя новых условий эксплуатации бинарные сплавы с ниобием не имеют необходимого запаса свойств, особенно по сопротивлению деформированию в результате радиационных ползучести и роста, а также упругим характеристикам для обеспечения размерной стабильности и целостности твэлов и ТВС (распухание, удлинение, искривление). [c.364]

Растрескивание оболочек твэлов из цирконий-ниобиевого сплава под действием паров йода (йодное растрескивание) изучали непофедственно на отрезках оболочек. Для этого отрезок оболочки длиной 100...200 мм снабжали двумя привариваемыми циркониевыми заглушками, в одну из которых был вварен капилляр для заполнения объема оболочки гелием под давлением. После за- [c.251]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...