Активная топливных элементов

Принцип действия топливного элемента. Топливный элемент является химическим генератором электрической энергии (называемым электрохимическим генератором), в котором внутренняя или химическая энергия подаваемых в элемент активных (т. е. реакционно-способных) веществ в результате электрохимических реакций окисления вещества, служащего топливом, и восстановления вещества, являющегося окислителем, преобразуется в электрическую энергию. [c.594]

По механизму преобразования энергии топливный элемент не отличается от гальванического элемента. Различие состоит в том, что в гальваническом элементе весь запас активных материалов заключен в массе электродов и поэтому время действия ограничено величиной массы их тогда как в топливном элементе расходуемые активные материалы непрерывно восполняются в результате подвода извне. Другое отличие заключается в природе активных материалов если в гальванических элементах применяются только твердые вещества (металлы и их окислы), то в топливных элементах используются, кроме того (и заметим в основном), жидкие и газообразные активные вещества. [c.594]

Возможность непрерывной работы топливного элемента за счет подвода активных веществ извне роднит топливный элемент с обычной теплосиловой установкой. Общим с тепловой установкой является также и то обстоятельство, что окружающая среда участвует в процессе получения полезной работы. [c.594]

Внутренняя, или, как говорят еще, химическая энергия подаваемых в элемент активных (т. е. реакционно-способных) веществ в результате электрохимических реакций (главным образом окисления) преобразуется в электрическую энергию (рис. 8.50). По механизму преобразования энергии топливный элемент подобен гальваническому элементу. Различие состоит в том, что в гальваническом элементе весь запас активных материалов заключен в электродах. Поэтому время их действия ограничено массой и количеством электролита, тогда как в топливном элементе расходуемые активные материалы непрерывно восполняются в результате подвода извне. Другое отличие заключается в природе активных материалов если в гальванических элементах применяются только твердые вещества (металлы и их окислы), то в топливных элементах используются жидкие и газообразные активные вещества. [c.569]

В топливных элементах были опробованы многие активные вещества, в большинстве случаев газы, поскольку нх подвод с постоянным расходом к элементу осуществляется наиболее просто. [c.92]

Накопление и выход из топлива хим. активных легколетучих элементов приводят к деградации свойств материалов ТВЭЛов. В металлич. топливных композициях накапливающиеся осколки входят в кристаллич. решётку по типу замещения или внедрения с последующим выделением избыточных фаз. При делении ядер элементов, связанных в хим. соединения, освобождаются соответственно О2, С, N2, из к-рых, соединяясь с осколочными элементами, [c.665]

Топливные элементы Преобразование химической энергии в электрическую возможно с помощью электрохимических генераторов — топливных элементов (ТЭ). В ТЭ химическая энергия подаваемых в элемент реакционно-способных веществ в результате электрохимических реакций окисления вещества, служащего топливом, и восстановления вещества, являющегося окислителем, преобразуется в электрическую энергию расходуемые активные элементы непрерывно подводятся извне и это обеспечивает непрерывную работу ТЭ. Принцип действия ТЭ следующий. В сосуде с электролитом помещаются два электрода— анод и катод. К поверхности анода непрерывно подводится восстановитель-топливо, а к поверхности катода — окислитель. Электрод, контактирующий с восстановителем-топливом, принимает более отрицательный потенциал по сравнению с электродом, находящимся в контакте с окислителем. При замыкании внешней цепи по ней потечет электрический ток, а на границах электрод—электролит будут происходить электрохимические реакции, приводящие к передаче электронов от электрода к электролиту или обратно. В электролите электрический ток возникает вследствие перемещения ионов от одного электрода к другому. [c.279]

Цирконий применяется в активной зоне реактора для оболочек топливных элементов, в сплавах е ураном, для несущих конструкций активной [c.916]

В активной зоне ядерного реактора жидкий металл течет в зазорах между цилиндрическими топливными элементами. В связи с этим важное значение приобретает проблема теплообмена при течении в каналах сложной формы. [c.223]

Охлаждение горючего. В момент выгрузки из реактора топливные элементы обладают интенсивной радиоактивностью, вызываемой в первую очередь короткоживущими продуктами деления, число которых первоначально достигает примерно 100. Согласно приблизительной оценке, активность одного элемента реактора MTR составляет примерно 2-10 кюри. Эта активность может быть значительно уменьшена выдерживанием (охлаждением) облученных элементов, при [c.10]

Эффективность. Единственный случай, когда понадобилось войти в камеру с высоким уровнем радиации во время работы завода, произошел в период первого цикла работы, когда перерабатывались топливные элементы, охлаждавшиеся в течение двух лет и дольше. Поэтому дезактивировать камеру, чтобы в нее можно было войти, было несколько легче, чем это могло быть при переработке горючего, охлаждавшегося в течение короткого времени. Удельная активность исходного раствора составляла около 10 кюри л. [c.38]

Топливный элемент — это гальванический элемент, в котором химическая энергия топлива преобразуется электрохимическим путем в электрическую энергию. Топливо и окислитель при этом непрерывно и раздельно подводятся к двум пористым трубкам, которые одновременно служат электродами. Топливный элемент относится к первичным элементам, дающим ток, пока к ним подводятся активные вещества. [c.100]

В топливных элементах содержащаяся в топливе энергия за счет реакции окисления преобразуется в электрическую. Топливо и окислитель подводятся к соответствующим электродам. Благодаря электрохимической активности реагентов на них устанавливается определенный потенциал топливный электрод становится отрицательным, кислородный электрод — положительным полюсом элемента. Электродвижущая сила , возникающая на полюсах элемента, зависит от активных материалов (табл. 13). [c.101]

Во многих реакторах топливные элементы располагаются в периодической решетке таким образом, что систему, по крайней мере в центральной части активной зоны, можно рассматривать как состоящую из некоторого числа одинаковых элементарных ячеек (рис. 3.7). При этих условиях пространственное распределение потока нейтронов в реакторе имеет периодическую тонкую структуру, которую можно найти, рассчитывая поток внутри элементарной ячейки. Такие расчеты ячейки часто проводятся с помощью метода сферических гармоник, особенно когда топливный элемент имеет простую гео- [c.126]

Если топливные элементы образуют в активной зоне регулярную решетку, та расчет одной ячейки достаточен для определения потока нейтронов и, следовательно, характеристик выгорания в пределах любого топливного элемента. Константы для расчета поля нейтронов во всем реакторе подгоняются таким образом, чтобы скорости различных реакций в гомогенизированном реакторе были такими же, как и для отдельной ячейки (см. разд. 6.3. 1). Если же размещение топливных элементов носит сложный характер, то используют метод Монте-Карло. [c.447]

Основой ЭХГ является топливный элемент (ХИТ, в котором активные вещества поступают к электродам извне), в нем энергия взаимодействия топлива и окислителя непосредственно превращается в электрическую энергию. [c.31]

Поскольку электроды топливного элемента не расходуются, а активные вещества к элементу подводятся извне (в обычном ХИТ они заключены в самом элементе), он работает, пока не прекратится поступление топлива и окислителя. Выход из строя элемента обусловливается разрушением электродов, наступающим не в результате реакции окисления, а от химического, физико-химического или механического воздействия — это приводит к большой удельной энергии, доходящей в некоторых образцах до 3000 Вт ч/кг. [c.32]

В ходе обычного цикла переработки элементов MTR с конденсатом сбрасывают в землю около 1 10 кюри на каждое кюри активности тог ливных элементов. Вместе с активностью, сбрасываемой из бассейна-хранилища и дре- нажной системы камер, общая величина сброса составляет около 7 10 к/ори на каждое кюри активности топливных элементов. [c.18]

Таким образом, шаровая форма твэлов оказывается весьма перспективной как для реакторов ВГР, так и реакторов-размно-жителей БГР. Однако реализация преимуществ шаровой формы топливных элементов наталкивается на серьезные затруднения, связанные, в первую очередь, с недостаточными сведениями в области гидродинамики, теплообмена и структуры подвижных шаровых засыпок при высоких теплонапряженностях активной зоны. Не менее важными являются экспериментальные сведения о распределении газовых потоков, возможности образования застойных зон как на поверхности шарового твэла, так и в макрополости, о сохранении стабильности структуры шаровой засыпки в случае подвижной активной зоны. Для правильного выбора размера шаровых твэлов реактора ВГР и микротоплив-ных частиц реактора БГР необходимо располагать методикой оптимизационных исследований. Решению некоторых из этих вопросов и посвящен предлагаемый материал. [c.8]

Под действительным или эффективным к. п. д. топливного элемента подразумевают отношение произведенной полезной работы L d к убыли внутренней энергии (при постоянных V и Т) или энтальпии (при постоянных р и Т) активных (рабочих) веществ в результате происшедшей в элементе токообразующей реакции. Наибольший практический интерес представляет реакция при р = onst и Г = onst, которая и рассматривается в дальнейшем. Согласно определению (индекс 5 означает действительные значения параметров) [c.597]

Если все процессы в топливном элементе обратимы, то общий прирост энтропии системы Д5, состоящий из изменения энтропии активных веществ в результате токообразующей реакции 8 — 5 и изменения энтропии окружающей среды А5 = 0°1%/Т (где — теплота, отведенная от окружающей среды к элементу), равняется нулю, т. е. [c.598]

Под эффективным КПД топливного элемента подразумевают отношение действительной произведенной полезной работы L к убыли энтальпии (при постоянных р и Т) активных (рабочих) веществ в результате происшедшей в элементе токообразующей реакции. (Если бы реакция происходила при постоянных V Vi Т, то ц, было бы равно отношению L к убыли внутренней энергии. Наибольший практический интерес представляет протекание реакции при р = onst и Г = onst, которая здесь и рассматривается). Умножив числитель и знаменатель [c.572]

Покрытые частицы можно использовать либо в виде плотной упаковки, либо в форме матричной смеси. Примером использования плотноупакованной системы для высокотемпературного реактора с газообразным теплоносителем служит реактор фирмы Publi Servi e Сошрапу в Колорадо. В этом аппарате в активной зоне реактора используется гексагональный графит. Покрытые частицы в цлотноупакованном виде заполняют отверстия в графитовых топливных элементах. Такая система устраняет необходимость прессования отдельных топливных элементов. Важно также, что плотноупакованная система позволяет легко восстанавливать покрытия для повторного использования. [c.452]

Обычный метод контроля реактора заключается в извлечении топливного элемента из активной зоны реактора или введении поглощающих стержней. Последний метод предпочтительнее. Введение в ядерный реактор поглощающего материала увеличивает адсорбцию нейтронов в неделящемся материале, уменьшает при этом цепную реакциюТ1, в конечном счете, отключает реактор. Регулирующий стержень выполняет две дополнительные функции — он может быть корректировочным стержнем, регулирующим изменения в реакторе, т. е. сжигание топлива, и может служить предохранительным устройством, выключающим реактор в случае аварии. [c.458]

Оболочки применяют как в реакторных, так и в нереакторных системах. Основная функция оболочки в реакторе — отделение топливных элементов (активной зоны ядерного реактора) от теплоносителя. Оболочка предотвращает взаимодействие топливного материала с теплоносителем, конструктивно выполняя роль контейнера, удерживающего топливо. [c.460]

В течение последних лет наиболее подробно исследовался кислородно-водородный топливный элемент. Он был использован в космических аппаратах. Конструкция одного из таких элементов, использованных в космическом корабле Джеминай , показана на рис. 5.5. В топливных элементах этого класса в качестве восстановительного активного вещества используется нерастворимый газ. [c.92]

В элементе Бэкона реакционная способность активных веществ увеличивается путем повышения рабочих температур и использования катализаторов. Улучшения работы топливного элемента можно добиться также подбором нового топлива. Был разработан топливный элемент, в котором нспользуется весь метановый ряд углеводородов. В этом элементе, работающем при температуре около 1000°С, из топлива получают ионы водорода [c.93]

Остаточное тепловыделение активной зоны реактора после останова реактора, последовавшего за его эксплуатацией в течение многих дней с высоким уровнем мощности, не зависит от теплоносителя. Определяющим здесь является то, что продукты деления прадолжа-ют распадаться и при этом распаде топливные элементы выделяют энергию. Исследования показали, что энергия деления в секунду за время распада i выражается в среднем для большинства изотопов в следующем виде, МэВ/с [c.170]

АЭС других типов. Радиоактивная загрязненность небольших реакторов с водой под давлением с твэлами из нержавеющей стали, таких, как американские реакторы SM-1 и РМ-2, исследовались довольно подробно [22—24]. Полученная на них информация не всегда применима к большим энергетическим реакторам, но она содержит представляющие интерес общие закономерности. Характерным выводом этих экспериментов являются более высокие скорости коррозии и скорости накопления отложений в реакторах по сравнению с аналогичными данными, полученными на внереакторных испытаниях. На входе в сборку топливных элементов пластинчатого типа наблюдались отложения продуктов коррозии, склонные к отслоению. При запуске после коротких остановок происходил скачкообразный рост концентрации шлама в воде. Рост сопровождался увеличением удельной активности шлама, что свидетельствовало о смыве отложений из активной зоны. [c.302]

Воздушный транспорт <В 64 ангары для стоянки Е 04 FI 6/44 системы регулирования полетов G 08 G 5/00-5/06) Вокзалы, общее устройство В 61 В 1/00 Волновая энергия, использование [В 29 С вулканизация изделий 35/08-35/10 (соединение 65/14-65/16 тиснение или гофрирование поверхностей 59/16) пластических материалов , для переплавки металлов С 22 В 9/22 для полимеризации С 08 F 2/46 для получения привитых сополимеров на волокнах, нитях, тканях или т. п. D 06 М 14/18-14/34 в химических или физических процессах В 01 J 19/08] Волокна [использование <для изготовления гибких труб F 16 L 11/02 в сплавах цветных металлов С 22 С 1/09 в фильтрах В 01 D 39/02-39/06) металлические в сплавах С 22 С 1/09 оптические в качестве активной среды лазеров Н 01 S 3/07] Волокнистые материалы [использование для изготовления приводных ремней F 16 G 1/04, 5/08 складывание В 65 Н 45/00 сушильные устройства F 26 В 13/00] Волоконная оптика <С 02 В 6/00 химический состав и изготовление оптического стекловолокна С 03 (В 37/023, 31j027, С 13/04) Волочение [В 21 С листового металла, проволоки, сортовой стали, труб 1/00-1/30 устройства для правки проволоки, конструктивно сопряженные с волочильными машинами 19/00) как способ изготовления топливных элементов реакторов G 21 С 21/10] Волочильные станы В 21 С <1/02-1/30 комбинированные с устройствами для очистки металлических изделий 43/02 рабочие инструменты для них 3/00-3/18) Вольтова дуга, использование для нагрева печей F 27 D 11/08 Вольфрам С 22 легированные стали, содержащие вольфрам, С 38/12-38/60 получение и рафинирование В 34/36 сплавы на его основе С 27/04) [c.59]

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. В соответствии с этим длина тепловыделяющего элемента будет 1 м. Такие тепловыделяющие элементы будут очень гибкими и должны крепиться, что достигается группиров- 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 з торцах активной зоны. На рис. 10.10 показана типичная топливная, субсборка реактора PFR [27]. Топливные элементы для проектируемых реакторов FR 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. Тепловыделяющие элементы работают в натриевом теплоносителе, температура которого достигает 400° С на входе и 600° С на выходе при максимальной скорости до 7,5 м/с и содержании кислорода <10 %. 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. [c.120]

Аморфные сплавы, будучи однородными твердыми растворами даже при наличии сложного химического состава, должны быть довольно перспективными материалами для электродов, если бы они обладали нужной активностью поверхности. Однако пока не найдено таких аморфных сплавов, которые мОгли бы быть использованы в качестве катализаторов метаноловых топливных элементов в состоянии после закалки из расплава. Эффективные аморфные катализаторы получаются после специальной обработки, активизирующей внешнюю поверхность аморфных сплавов [42]. Такая активационная обработка поверхности проводится следующим образом. Вначале аморфный сплав покрывается цинком. Затем проводится термическая обработка нинсе температуры кристаллизации. Цинк осмотически диффундирует в сплав. Затем его растворяют в концентрированных растворах щелочей, в результате чего активность поверхности аморфного сплава получается сравнительно высокой. [c.284]

Следующим этапом исследований было получение необходимых уровней мощности, температуры и срока службы реактора выбранной конструкции, в частности, проверка способности оболочек элементов системы топливо — замедлитель удерживать водород при заданных уровнях температуры и излучения. С этой целью в 1959 1960 гг. был изготовлен и испытан экспериментальный реактор, включающий все основные узлы реактора СНАП-ЮА. Активная зона состояла из 61 топливного элемента диаметром 2,54 см, набранных в треугольную решетку и заключенных в корпус диаметром 22,9 сж. Элементы содержали 7 вес. % урана-235, концентрация водорода в гидриде циркония составляла 6 10 атом1см . Реактор охлаждался потоком NaK-78. [c.232]

Прямой процесс фторирования и испарения фторидов был разработан Аргоннской национальной лабораторией для выделения урана и плутония из отработанной двуокиси урана, использовавшейся в качестве ядерного топлива для производства энергии. После удаления оболочки топливные элементы обрабатываются фтором для превращения окислов в соответствующие фториды. Уран может быть отделен от плутония за счет большей скорости фторирования тетрафторида и различия в химической активности гексафторидов. Таким путем достигается разделение урана и плутония и их высокая очистка от продуктов деления. [c.123]

Другим методом введения топлива в реактор являются непрерывные перегрузки топлива свежие топливные элементы вводятся в периферийную часть активной зоны, а затем перегружаются по мере выгорания в радиальном направлении к центру и удаляются из центральной части активной зоны. Так, в реакторе UHTREX [491 топливные элементы перемещаются периодически во времени, но для расчетных целей будем предполагать перемещение непрерывным и происходящим с такой скоростью, чтобы установившиеся пространственные распределения концентраций изотопов, потока нейтронов и удельного тепловыделения оставались неизменными во времени. На рис. 10.13 представлено расчетное установившееся про- [c.448]

Реактор типа Колдер-Холл . В настоящее время построено восемь реакторов типа Колдер-Холл [56], четыре реактора расположены в Колдер-Холле (Англия) и четыре—в Чапелкроссе (Шотландия). Все эти реакторы двухц левые, т. е. предназначены для производства электроэнергии и для получения делящегося изотопа плутоний-239. Каждый реактор имеет тепловую мощность около 225 Мет и вырабатывает 50 УИвт электроэнергии. Гетерогенная цилиндрическая активная зона диаметром 9,4 м и высотой 6,4 м содержит 1696 каналов с топливными элементами, расположенных в узлах квадратной решетки с шагом 20,3 сж (рис. 10.18). Топливные элементы из естественного урана имеют диаметр 2,92 см и заключены в оболочку из магниевого сплава маг-нокс . Теплоносителем служит газообразная двуокись углерода при давлении около 7 атм. [c.454]

Реаг тор Пич-Боттом [59] является прототипом реакторов НТОК (высокотемпературные реакторы с газовым охлаждением). Тепловая мощность реактора 115 Мвт, электрическая мощность АЭС 40 Мвт. Замедлитель—графит, теплоноситель — гелий, топливо—смесь высокообогащенного (93 ат. % урана-235) карбида урана (ОСг) с карбидом тория (ТНСз), диспергированная в графитовой матрице. Активная зона диаметром 2,8 м и высотой 2,3 м состоит из плотноупакованных цилиндрических топливных элементов диаметром 9 см, расположенных в узлах треугольной решетки. Схематическое изображение типичного топливного элемента представлено на рис. 10.19. Топливо в форме коаксиального цилиндра окружено слоем уплот- [c.455]

Под эффективным КПД топливного элемента Це подразумевают отношение действительной произведенной полезной работы L к убыли внутренней энергии (при постоянных V и Т) или убыли энтальпии (при постоянных р я Т) активных (рабочих) веш еств в результате происшедшей в элементе токообразуюш ей реакции. [c.173]

В отдельный класс источников электроэнергии некоторые авторы выделяют топливные элементы, представляющие собой химические источники, в которых электроды, в отлнчие от обычных хилшческих источников, в процессе работы ие разрушаются и в реакции активно не участвуют, а активные вещества в газообразном, жидком или твердом состоянии непрерывно подводятся в зону химической реакции. Топливные нсточннки серийно ие выпускают, единичные образщл используют для питания дорогостоящих объектов (например, космической станции Аполлон ). Для питания радиоэлектронной аппаратуры используют химические источники, построенные на [c.14]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...