Тверда проміжна прокладка з відкритою пористістю для ядерного керуючого стрижня

Реферат: Винахід стосується нової межі розділення між оболонкою і набором таблеток в ядерному керуючому стрижні. Згідно з винаходом, між оболонкою і стовпчиком таблеток з матеріалупоглинача нейтронів В4С щонайменше по висоті цього стовпчика вміщують проміжну прокладку (3) з матеріалу, прозорого для нейтронів, у вигляді структури (3), яка має підвищену теплопровідність і відкриту пористість, виконаної з можливістю деформуватися при стисненні по своїй товщині. Винахід стосується також відповідних способів виготовлення. UA 106802 C2 (12) UA 106802 C2 UA 106802 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ОПИС ГАЛУЗЬ ТЕХНІКИ Даний винахід стосується межі розділення між набором таблеток і охоплюючою їх оболонкою в ядерному керуючому стрижні, що використовується в ядерному реакторі. Галузями застосування винаходу є: - ядерні реактори на швидких нейтронах (RNR) з газовим охолоджуванням (RNR-gaz), які називаються реакторами IV-го покоління, роботу яких забезпечує теплоносій у вигляді газу, такого як стиснутий гелій, з ядерними паливними стрижнями, охопленими оболонкою з композиційного матеріалу з керамічною матрицею (СМС), і з паливними таблетками типу змішаного карбіду урану і плутонію [9], - ядерні реактори на швидких нейтронах з натрієвим охолоджуванням (RNR-Na) [12], - ядерні реактори на воді під тиском (REP) [3] або на киплячій воді (REB). Винахід стосується керуючих стрижнів силових реакторів, в яких таблетки виконані з матеріалу-поглинача нейтронів В4С [8], [5]. У рамках даної заявки під "ядерним реактором" потрібно розуміти загальноприйнятий на сьогоднішній день термін, тобто станції для виробництва енергії за допомогою ядерних реакцій розподілу з використанням паливних елементів, в яких відбуваються розподіли, що вивільняють теплову енергію, яку витягують з елементів за допомогою теплообміну з середовищемтеплоносієм, що забезпечує їх охолоджування. Під "ядерним керуючим стрижнем" (надалі буде також використаний термін "поглинаючий елемент") в рамках заявки потрібно розуміти офіційне визначення з словника ядерних наук і технологій, тобто стрижень або дротик, який містить матеріал-поглинач нейтронів і який, залежно від свого положення в активній зоні ядерного реактора, впливає на її реакційну здатність. ПОПЕРЕДНІЙ РІВЕНЬ ТЕХНІКИ Залежно від умов роботи і від характеристик ядерних реакторів розрізнюють різні типи керуючих стрижнів. Ядерний керуючий стрижень повинен відповідати наступним основним функціональним вимогам, а саме: - забезпечувати кероване поглинання нейтронів при ядерних реакціях, що передбачає додержання умов ефективності (густина поглинаючих ядер) і безпеки (геометрична стабільність, необхідна для контролю ядерної реактивності і охолоджування), - забезпечувати контрольоване витягування енергії, яка виділяється при ядерних реакціях, що передбачає додержання умов ефективності (обмеження теплових бар'єрів, які можуть погіршити теплопередачу в теплоносій) і надійності (цілісність каналу теплоносія, запас міцності відносно плавлення поглинача, обмеження термічних градієнтів, що викликають диференціальні розширення, які можуть привести до надмірного механічного навантаження на конструкції…). Поглинаючі елементи, які звичайно застосовуються в ядерних установках, можна класифікувати залежно від їх геометричної форми таким чином: - циліндри: дротики керуючих стрижнів, наприклад, для реакторів RNR або реакторів REP, - пластини: для керуючих стрижнів, наприклад, реакторів на киплячій воді (REB). Винахід стосується виключно ядерних керуючих стрижнів циліндричної геометричної форми і з круглим перерізом, в яких циліндричні таблетки поглинача нейтронів В 4С з круглим поперечним перерізом упаковані в герметичну трубчасту оболонку, що містить на одному зі своїх кінців зону без таблеток, яка називається розширювальною посудиною, яка служить для компенсації подовження стовпчика таблеток під дією опромінення внаслідок явищ розпухання, які виникають при ядерних реакціях. У цій циліндричній конфігурації між стовпчиком таблеток і оболонкою існує межа розділення. До цього часу ця межа розділення може бути обмежена при монтажі тільки контактною поверхнею або може відповідати функціональному зазору, який в цьому випадку може містити собою одну або декілька речовин у вигляді газу, рідини, шарів, що буде докладніше розглянуто нижче. Автори винаходу приводять перелік функцій, які повинна виконувати ця межа розділення в поглинаючому елементі. Ці функції представлені нижче. Основні функції: f1) здійснення механічного роз'єднання між таблетками поглинача і оболонкою, щоб обмежити механічну взаємодію між таблетками і оболонкою (що позначається в подальшому IMPG), забезпечуючи вільне розширення стовпчика упакованих таблеток в радіальному напрямку і в осьовому напрямку, 1 UA 106802 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 f2) забезпечення проходження газоподібних продуктів реакцій поглинання нейтронів (гелію і тритію у випадку таблеток з В4С), які виділяються елементом, що поглинається, до розширювальної посудини, яка знаходиться на осьовому кінці керуючого стрижня, або до вентиляційних отворів, виконаних в оболонці керуючого стрижня, для виходу цих газів в первинний контур (звідки їх потім видаляють через відповідні контури очищення), f3) здійснення термічного зв'язку між поглиначем і оболонкою: i. із забезпеченням мінімізації термічних бар'єрів, зокрема, в радіальному напрямку, щоб уникнути будь-якого надмірного нагрівання поглинача, ii. із забезпеченням безперервності цієї функції, зокрема, в осьовому і азимутальному напрямках, щоб мінімізувати температурні перепади, що є причиною диференціальних розширень, які можуть привести, зокрема, до значних механічних навантажень на рівні оболонки. Функції, пов'язані з навколишнім середовищем: f4) забезпечення первинних функцій (f1-f3) з мінімізацією впливу нейтронів на межу розділення, щоб зберегти характеристики активної зони реактора: i. з мінімізацією геометричного габариту, ii. із застосуванням матеріалів, у випадку необхідності, що мають великий ефективний переріз взаємодії з нейтронами. f5) забезпечення первинних функцій (f1-f3) з одночасним збереженням хімічної сумісності межі розділення з оточуючим її середовищем: i. з одночасним забезпеченням хімічної сумісності межі розділення з оболонкою (попередження підвищення кінетики при високій температурі, наприклад, в аварійній ситуації), ii. з одночасним забезпеченням хімічної сумісності межі розділення з поглиначем (попередження "низькотемпературної" евтектики, яка може, наприклад, знизити запас міцності поглинача при плавленні). Вторинні функції: f6) обмеження переходу компонентів поглинача (вуглець, зокрема, для таблеток з В4С) в оболонку, щоб попередити ризик внутрішньої корозії, яка може привести до підвищення крихкості: мова йде про функцію, пов'язану з первинною функцією f1, f7) оптимізація центрування поглинач/оболонка, щоб мінімізувати температурні перепади, що утворюють гарячі точки і підвищені механічні навантаження на рівні оболонки: мова йде про вторинну функцію, пов'язану з первинними функціями f1 і f3, f8) мінімізація (і попередження) ризику переходу фрагментів поглинача в можливий зазор між поглиначем і оболонкою, що може привести до порушення цілісності оболонки шляхом її овалізації і/або пробою під час зменшення цього зазору під дією диференціальних розширень (теплове розширення і розпухання): мова йде про функцію, пов'язану з первинною функцією f1. У випадку керуючого стрижня функції f1 і f8 можуть бути нерозривно пов'язані одна з одною: на відміну від паливного елемента керуючий стрижень може мати великі радіальні розміри (як правило, в реакторах RNR, але не обов'язково в реакторах REP), і в цьому випадку необхідний відповідний зазор таблетка/оболонка, що підвищує ризик проходження в нього фрагмента таблетки, отже, встає гостра проблема контролю фрагментів таблетки, щоб забезпечувати цілісність таблетки при механічних навантаженнях. Додаткові функції: f9) додержання звичайних економічних умов: i. термін служби: виконання первинних і вторинних функцій протягом терміну експлуатації поглинача, сумісного із заданими економічними показниками, ii. забезпечення постачання матеріалів і здійснення процесів виготовлення, iii. вартість. f10) виключення будь-якого істотного ризику для безпеки в аварійній ситуації (наприклад, хімічна реактивність межі розділення з конструктивними матеріалами активної зони в фазі її розширюваної деградації), f11) мінімізація технічних проблем по виготовленню, зокрема, при здійсненні способу збирання поглинаючого елемента (поглинач, межа розділення і оболонка), f12) оптимальне задоволення вимог на виході реакційного циклу, що стосуються розділення і рециклу. У керуючих стрижнях циліндричної форми і круглого перерізу межа розділення між таблетками і оболонкою являє собою газ, як правило, гелій, або натрій у випадку реакторів RNR-Na, який має оптимальні властивості (серед можливих газів) з точки зору теплопровідності (функція f3.i), хімічної нейтральності (функція f5 і додаткові функції (функції f9-f12). Функції механічного роз'єднання між паливними таблетками і оболонкою (функція f1) і транспортування 2 UA 106802 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 газів в розширювальну посудину і/або можливі вентиляційні отвори (функція f2) ідеально виконуються межею розділення у вигляді газу, оскільки вже при виготовленні передбачають достатній функціональний зазор між таблетками і оболонкою, щоб уникнути будь-якого його заповнення під дією опромінення в результаті диференціальних деформацій поглинача і оболонки [6]. Однак керуючий стрижень циліндричної форми круглого перерізу і з межею розділення газоподібної форми характеризується суперечністю, оскільки може одночасно виконувати функції f1 і f2, з одного боку, і функції f3.i і f4.i, з іншого боку, тільки в суворо позначених межах. Дійсно, не кажучи вже про проблеми габаритів, які позначаються на нейтронних характеристиках (густина поглинаючої речовини в поглинаючому елементі), оскільки теплопровідність газоподібної межі розділення є відносно низькою, будь-яке збільшення функціонального зазору при збиранні між таблетками і оболонкою виражається в посиленні термічного бар'єра, який утворюється нею, що приводить до появи високих температур в поглиначі. Не кажучи вже про те, що підвищення температури суперечить вимогам безпеки (зокрема, знижує запас міцності поглинача при плавленні), воно супроводжується підвищенням ступеня об'ємного розширення таблетки, яке сприяє вибірці згаданого зазору під дією опромінення, що знижує ефективність збільшення товщини межі розділення і, відповідно, скорочує термін служби поглинаючого елемента. Щоб в якійсь мірі вирішити цю термічну проблему, в патенті JP 11183674 було запропоноване рішення (застосовно до паливного елемента, але ідентичне тому, що передбачають в тому числі для керуючих стрижнів), експериментально перевірене в ході різних програм по опроміненнях [10], [11]. Це рішення полягає в тому, щоб виконувати межу розділення не у вигляді газу, а у вигляді металу з низькою точкою плавлення і рідкого в умовах роботи паливного елемента: зокрема, натрію. Вища провідність металу в порівнянні з газом дозволяє значною мірою вирішити проблеми, пов'язані з провідністю межі розділення, що сприяє істотному поліпшенню теплового балансу паливний елемент/поглинач і дозволяє, таким чином, передбачити більш значну товщину межі розділення. Додатковою перевагою межі розділення у вигляді рідкого металу є те, що за рахунок своєї хорошої теплопровідності він дозволяє частково вирішити проблеми температурної неоднорідності в ободовому напрямку, яка виникає при можливому зміщенні центра паливної таблетки/поглинача відносно оболонки. Дійсно, виконання вимоги концентричності (функція f7) вже спочатку не гарантоване межею розділення у вигляді газу або рідкого металу внаслідок відсутності в них жорсткості. Тому будь-яке зміщення центра приводить до неоднорідності теплового потоку на окружності. Таким чином, наслідки цієї термічної неоднорідності (гаряча точка на рівні оболонки і механічне навантаження в результаті термічних диференціальних розширень) можна значно послабити, якщо виконати межу розділення у вигляді рідкого металу, враховуючи кращу теплопередачу між рідким металом і оболонкою, з одного боку, і таблетками, з іншого боку. Однак виконання межі розділення у вигляді рідкого металу також пов'язане з певними проблемами. Насамперед, виникають істотні обмеження сумісності з навколишнім середовищем (функція f5, наприклад, в плані хімічних аспектів). Так, у випадку натрію, який по визначенню застосовують в реакторах RNR-Na, з всією очевидністю виявляється несумісним з теплоносієм у вигляді води (REP), а також з реактором, який працює при високій температурі і, що характеризується недостатнім запасом (і навіть його відсутністю, наприклад, у випадку RNR-G), відносно ризику закипання натрію (натрій кипить при температурі близько 880 °C). Що стосується температурних перепадів (функція f3.ii), зрозуміло, що будь-яка уривчастість в межі розділення, пов'язана з присутністю бульбашок газу в рідкому металі (бульбашок, що утворюються при виготовленні або в результаті виділенні газоподібних продуктів розподілу під дією опромінення), ставить під сумнів термічні виграші цього рішення: ця проблема була відмічена при експериментальних опроміненнях, в ході яких було встановлено, що вона може привести до передчасного виходу з ладу паливного елемента/поглинача внаслідок передчасного розриву оболонки [11]. Крім того, кажучи про обмеження переходу компонентів палива/поглинача (функція f6), при експериментальних опроміненнях карбідного палива в реакторах типу RNR-Na, проведених з метою порівняння поведінки меж розділення з гелію і з натрію, було зазначено, що рідкий метал сприяє підвищенню крихкості оболонки в результаті її навуглецьовування, викликаного збільшенням переходу через натрій вуглецю з палива, тоді як ця проблема не відмічається при використанні гелію [11], якщо не враховувати випадку виникнення контакту таблетка/оболонка при зміщенні центра. У випадку керуючого стрижня із застосуванням поглинача з В4С, оболонки на основі сталі та натрієвої прокладки виникає 3 UA 106802 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 аналогічна проблема окрихчування оболонки в результаті виділення вуглецю з таблеток поглинача, проходження вільного вуглецю через натрієвий канал і термохімічного впливу на внутрішню сторону оболонки [8]. Нарешті, що стосується функції f8, відсутність жорсткості прокладки сприяє переміщенню фрагментів палива/поглинача, які, потрапляючи в простір на межі розділення, можуть викликати овалізацію і навіть пробій оболонки при стисненні фрагмента між таблетками і оболонкою під час опромінення. Такий пробій може привести до передчасної втрати функції забезпечення цілісності/герметичності оболонки, тоді як овалізація погіршує характеристики, оскільки впливає на теплообмін і можливі механічні взаємодії між сусідніми паливними елементами/поглиначами. На практиці експериментальне дослідження опромінень паливних елементів показує, що радіальний функціональний зазор між таблетками і оболонкою з первинним значенням приблизно менше 4 % від величини радіуса таблеток дозволяє звести до мінімуму ризик розриву оболонки в результаті пробою за рахунок обмеження імовірності зміщення фрагмента таблетки у бік межі розділення [13]. Однак це обмеження, необхідність якого зумовлена вимогами безпеки, певною мірою позначається на тривалості роботи паливного елемента/поглинача, оскільки істотно знижує термін служби без взаємодії IMPG. По суті, будь-яка тривала експлуатація палива/поглинача в ядерному реакторі, що є умовою його економічної ефективності, в цьому контексті передбачає, що робота при взаємодії IMPG буде неминучою протягом більш або менш тривалого періоду, який передує завершенню терміну служби. Для поглинача з В4С, що характеризується достатньо високим ступенем розпухання, щоб сповільнити появу IMPG, необхідно передбачати достатньо значні зазори таблетка/оболонка при виготовленні: як правило більше 10 % від радіуса таблеток, наприклад, в реакторах RNR-Na, тобто над вищезазначених 4 %, що представляє тим більшу небезпеку, чим більший діаметр керуючого стрижня щонайменше в реакторі на швидких нейтронах в порівнянні з радіусом паливного елемента: наприклад, для реактора SUPERPHENIX [8] таблетки поглинача мають діаметр 17,4 мм, тоді як паливні таблетки мають діаметр приблизно 7 мм. Таким чином, виникає реальний ризик переміщення фрагмента таблетки в зазор таблетка/оболонка, і, щоб утримувати фрагменти, була передбачена система з використанням сорочки [8]. Були запропоновані також інші рішення для забезпечення роботи при механічній взаємодії між таблеткою і оболонкою IMPG, щоб одночасно задовольнити вимоги економічного характеру і безпеки. Вони покликані подолати залишкові проблеми, які не можуть окремо вирішувати ні межа розділення в газоподібному вигляді, ні межа розділення у вигляді рідкого металу, а саме: - необхідність зниження механічного навантаження на оболонку в ситуації контакту з поглиначем, - мінімізація окрихчування оболонки в результаті агресивних хімічних впливів. Всі ці запропоновані рішення полягають в нанесенні одного або декількох проміжних шарів матеріалу як вся або частина межі розділення. Для паливного дротика реактора RNR з металевою оболонкою, що працює при температурі не менше 700 °C, в патенті GB 1187929 запропоновано застосовувати проміжний шар між паливними таблетками і оболонкою, виконаний на основі металевого урану. У цьому патенті розкриті: - тісний контакт між проміжним шаром і оболонкою, - інша частина межі розділення з термічною функцією, як правило, з натрію, між проміжним шаром і оболонкою, - додатковий шар з функцією хімічної сумісності, як правило, з глинозему, між проміжним шаром і оболонкою, - борозенки, які утворюють пустотні зони між паливом і проміжним шаром, - можливість виконання проміжного шару і/або паливної таблетки з пористістю, що надає їм густину, що не перевищує 85 % від їх теоретичної густини, - урановий сплав або сплав урану і молібдену як компонент проміжного шару. Аналогічні рішення були запропоновані для паливних стрижнів з оболонкою на основі цирконію, що використовуються в реакторах REP. Так, в патенті US4818477 запропоновано виконувати покриття на основі вигоряючих 10 поглиначів нейтронів (борид, збагачений В), що покриває паливні таблетки по товщині від 10 мкм до 100 мкм, щоб послабити взаємодію IMPG. У патенті US 3969186 запропоновано виконувати металеву сорочку на внутрішній стороні оболонки, щоб попередити ризик пробою або розриву оболонки в результаті утворення тріщин при корозії під напруженням і/або в результаті механічної взаємодії IMPG. У патенті US 4783311 запропоновано виконувати комбіновані покриття на внутрішній стороні оболонки (товщина від 4 мкм до 50 мкм) і на поверхні паливних таблеток (товщина від 10 мкм 4 UA 106802 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 до 200 мкм), при цьому покриття на внутрішній стороні оболонки з матеріалу, такого як графіт, забезпечує, зокрема, роль "мастила". У патенті JP 3068895А запропоновано виконувати пластичний проміжний шар з борозенками, що дозволяє поглинати напруження при можливій взаємодії IMPG, при цьому шар є пластично деформованим, що дозволяє уникнути поширення тріщин на внутрішній стороні оболонки. Можна також згадати частинки палива сферичної форми, що використовуються в реакторах RHT і описані в міжнародній патентній заявці WO2009079068. Як описано в цій заявці, виконують багатошарову структуру з кулькою палива в центрі і з оболонкою навколо неї, які забезпечують одночасно функції механічної цілісності і герметичності відносно газоподібних продуктів розподілу паливної кульки і між якими наносять пористий піровуглецевий шар з буферною функцією, щоб забезпечити об'єм розширення для газоподібних продуктів розподілу і паливної кульки. Крім того, проблематика ядерних керуючих стрижнів циліндричної геометрії і круглого перерізу вже стосувалася переміщення фрагментів поглинача нейтронів в простір розділення між таблетками і оболонкою (функція f8), як було описано в дослідженні використання матеріалу В4С в реакторах RNR-Na [8]. Під дією розпухання, що викликається виділенням гелію 10 при поглинанні нейтронів на В, таблетка поглинача ділиться на фрагменти. Таким чином, вона вивільняє мікрофрагменти, які заповнюють простір між таблетками і оболонкою і прискорюють появу взаємодії IMPG з одночасним механічним навантаженням на оболонку, яка швидко приводить до недопустимого пошкодження. Було застосоване рішення, згідно з яким таблетки поглинача вміщували в металеву сорочку невеликої товщини [8]: вона дозволяє ізолювати фрагменти таблетки (в тому числі в ситуації розриву сорочки) і продовжити, таким чином, термін служби керуючого стрижня в певних межах. У патенті US 4235673 розкрите використання сорочки або у вигляді тканини з металевих ниток (варіант виконання, поданий на фіг. 1 і 2), або у вигляді металевих стрічок (варіант виконання, поданий на фіг. 3 і 4), спіралеподібно намотаних навколо стовпчика паливних таблеток, з'єднаної із запірними елементами на кінцях стовпчика паливних таблеток і розташованої між цим стовпчиком і оболонкою. Це технологічне рішення сорочки згідно з цим патентом US 4235673 ставить метою виключно ізолювання можливих фрагментів або фрагментів таблеток. Таким чином, сорочка згідно з цим патентом US 4235673 виконує тільки функцію ізолювання фрагментів паливних таблеток, при цьому функцію теплопередачі між таблетками і оболонкою повинне виконувати заповнююче текуче середовище, таке як натрій, як указано, наприклад, в цьому документі (стовпець 4, стор. 23-30), а функцію компенсації об'ємного розпухання таблеток повинен виконувати функціональний зазор між сорочкою і оболонкою, розмір якого передбачений для цієї мети, що чітко указано в пункті 1 формули винаходу в цьому документі. Інакше кажучи, патент US 4235673 розкриває комбіноване рішення межі розділення між сорочкою, що з'єднується з кінцями стовпчика таблеток, і рідиноютеплоносієм достатньої товщини між оболонкою і стовпчиком таблеток, щоб залишити достатній функціональний зазор для компенсації об'ємного розпухання таблеток. Крім того, комбіноване рішення межі розділення згідно з цим патентом US 4235673 є складним в здійсненні і не може бути відтворюваним, враховуючи нерухоме з'єднання між сорочкою і запірними елементами на кінцях стовпчика паливних таблеток, і, отже, вимагає додаткового етапу під час виготовлення паливного стрижня в ядерному середовищі. Згідно з патентом US 4235673, це технологічне рішення застосовують для ядерних керуючих стрижнів, як указано в описі (колонка 3, стор. 46). Патент FR 2769621 розкриває використання сорочки або манжети з SiC, що армована волокнами SiC і розташовується між стовпчиком таблеток поглинача нейтронів, як правило, В4С, і оболонкою. Рішення згідно з цим патентом FR 2769621 реально працювати не може: описаний матеріал для сорочки є еквівалентом композита з керамічною матрицею СМС. Однак дослідження, проведені авторами винаходу, показали, що такий композит не може тривало компенсувати об'ємне розширення або розпухання упакованих таблеток. Дійсно, матеріал СМС має високу жорсткість (модуль Юнга приблизно 200-300 ГПа) і низьку пластичність (подовження при розриві менше 1 %), які швидко приводять до його руйнування, як тільки він виявляється в ситуації IMPG під дією об'ємного розпухання поглинача нейтронів. Крім того, значення товщини сорочки, згадані в цьому патенті FR 2769621, передбачають об'ємні частки поглинача нейтронів, набагато менші допустимих значень. При цьому зменшення об'ємної частки поглинача вимагає 10 збільшення вмісту В, що приводить до неминучого дорожчання. У патенті JP 2004245677 розкрите застосування металевої сорочки, виготовленої з волокон, зокрема, у вигляді обплетення, розташованого між набором таблеток поглинача з карбіду бору В4С по всій його висоті. Як і в патенті US 4235673, сама ця сорочка не може забезпечувати всі 5 UA 106802 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 функції, необхідні від проміжної прокладки таблетка/оболонка керуючого стрижня: вона в основному призначена для ізолювання фрагментів таблетки поглинача (функція f8), тому повинна застосовуватися в поєднанні із заповнюючою рідиною (рідкий метал, такий як натрій, згаданий в патенті JP 2004245677) для виконання первинних функцій, зокрема, механічної (функція f1) і термічної (функція f3). Тому дане рішення можна застосовувати тільки для ситуацій, в яких запропонована сорочка занурена в натрій, що обмежує галузь її застосування реактором RNR-Na, але з всією очевидністю виключає її застосування, наприклад, в реакторі REP або RNR-G, оскільки ці реактори не допускають використання натрію (проблема сумісності з теплоносієм в реакторі REP і температури кипіння в реакторі RNR-G). Нарешті, в патенті US 4172262 розкрите використання металевої деталі, розташованої між стовпчиком таблеток поглинача нейтронів і оболонкою, при цьому деталь встановлюють тільки на нижній частині стовпчика. Конкретний матеріал, запропонований в цьому документі, а саме неіржавіюча сталь марки 347, не є сумісним з надвисокими температурами, що робить його непридатним для реакторів RNR-gaz і в аварійних ситуаціях для інших реакторів. У зв'язку з вищевикладеним, винахід покликано запропонувати вдосконалену межу розділення між таблетками і оболонкою в ядерному керуючому стрижні циліндричної геометричної форми і круглого перерізу, яка дозволяє усунути недоліки описаних вище відомих меж розділення. Винахід покликаний також запропонувати спосіб виготовлення ядерного керуючого стрижня з вдосконаленою межею розділення таблетки/оболонки, яку можна застосовувати на існуючому обладнанні для виготовлення сучасних ядерних стрижнів круглого перерізу. КОРОТКИЙ ВИКЛАД СУТІ ВИНАХОДУ У зв'язку з цим, об'єктом винаходу є ядерний керуючий стрижень, що проходить в поздовжньому напрямку, що містить множину таблеток з матеріалу-поглинача нейтронів, скомпонованих один з одним у вигляді стовпчика, і оболонку, що охоплює стовпчик таблеток, в якому в перерізі, поперечному до подовжнього напрямку оболонка і таблетки мають круглий переріз і в якому між оболонкою і стовпчиком упакованих таблеток щонайменше по висоті останнього розташована проміжна прокладка також круглого перерізу в перерізі, поперечному до поздовжнього напрямку (XX') з матеріалу, прозорого для нейтронів і що має відкриту пористість. Згідно з винаходом, проміжна прокладка є структурою, механічно не пов'язаною одночасно з оболонкою і зі стовпчиком таблеток, що має підвищену теплопровідність і відкриту пористість, виконаною з можливістю деформуватися при стисненні під дією об'ємного розпухання таблеток при опроміненні, при цьому первинна товщина прокладки і її коефіцієнт стиснення визначені таким чином, щоб механічне навантаження, що передається на оболонку через таблетки при опроміненні, залишалося нижче заданого порогового значення. Під підвищеною теплопровідністю потрібно розуміти коефіцієнт теплопровідності, достатньо високий для забезпечення теплопередачі між стовпчиком таблеток поглинача В 4С і оболонкою таким чином, щоб гарантувати підтримування температури в серцевині таблеток поглинача нижче їх точки плавлення. Таким чином, об'єктом винаходу є проміжна прокладка між упакованими таблетками і оболонкою, що має тверду структуру з високим ступенем пористості, що переважно становить від 30 до 95 % від об'єму прокладки в холодному стані, і виконана з можливістю забезпечення наступних функцій до номінальних робочих температур в ядерних реакторах: - забезпечення, за рахунок свого сплющення, радіального розширення упакованих таблеток поглинача нейтронів при опроміненні без надмірного механічного навантаження на оболонку, - забезпечення, за рахунок деформацій, що не приводять до порушення безперервності своєї структури, компенсації диференціальних осьових деформацій між упакованими таблетками і охоплюючою їх оболонкою, причому при температурі і при опроміненні і без надмірного навантаження на оболонку, - забезпечення можливості проходження газів (гелію і тритію), що виділяються при опроміненні в можливі вентиляційні отвори, виконані в оболонці, і/або в розширювальну посудину, що знаходиться на кінці оболонки і не містить поглинача нейтронів, - забезпечення захисту оболонки в зв'язку з проблемами сумісності з матеріаломпоглиначем таблеток за рахунок затримання продуктів, що виділяються поглиначем таблеток, які можуть викликати корозію оболонки. Проміжну прокладку відповідно до винаходу можна виконати в будь-якому ядерному керуючому стрижні, призначеному для використання в реакторах, теплоносій в яких не знаходиться або знаходиться під тиском (як у випадку реакторів RNR-G). У цьому останньому випадку необхідно, щоб використовувані оболонки мали достатню стійкість до деформації 6 UA 106802 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 повзучості, щоб не притискатися до паливних таблеток під час роботи. Як правило, ідеально підходить оболонка з композиційного матеріалу з керамічною матрицею. Тверду проміжну прокладку визначають як прокладку, відкрита пористість якої забезпечує можливість об'ємного розширення таблеток поглинача В 4С протягом тривалого часу без надмірного механічного впливу на оболонку в межах періодів опромінення, що не вимагають зупинки для перезавантаження і не перевищують терміни, передбачені для паливних елементів. Під "надмірним" потрібно розуміти вплив, зокрема, в ободовому напрямку, який може перевищувати межі, встановлені звичайними критеріями розмірності для ядерного керуючого стрижня [14]. Крім того, необхідно додержувати вимоги термічних умов (ефективність і відсутність уривчастості), нейтронних умов (можлива здатність поглинання нейтронів і габарити), а також вимоги проходження газоподібних продуктів розподілу, що виділяються в розширювальну посудину. Можна передбачити матеріал(и) проміжної прокладки відповідно до винаходу, які унеможливлюють будь-яку немеханічну взаємодію між поглиначем і матеріалом оболонки. Так, проміжна оболонка за рахунок відкритих пор може захоплювати всі або частину продуктів, що виділяються поглиначем, які могли б вступати в хімічні реакції з оболонкою і привести до деградації її механічних характеристик (наприклад, проблема корозії під напруженням). Відкриті пори прокладки і можливі функціональні зазори, що відділяють проміжну прокладку від таблеток і/або оболонки, можуть бути заповнені газом, переважно гелієм, і/або рідким металом, таким як натрій. Завдяки своїй густині (власна жорсткість до порога механічного навантаження, більше якого починається її сплющення), тверда проміжна прокладка відповідно до винаходу забезпечує центрування таблеток в оболонці і перешкоджає будь-якому зміщенню фрагмента поглинача В4С нейтронів. Щоб надовго затримати появу взаємодії IMPG, можна передбачити товщину твердої проміжної прокладки в декілька сотень мікрон. У будь-якому випадку необхідно, щоб її термічні властивості з обліком, у випадку необхідності, термічних властивостей газу і/або рідкого металу, в який вона навантажена, забезпечували контроль за термічною поведінкою поглинача нейтронів В4С. Тверда проміжна прокладка повинна мати особливі механічні властивості. Так, необхідно, щоб вона мала здатність деформуватися при стисненні, тобто радіально до напрямку керуючого стрижня, і при зсуванні (по окружності і в напрямку, паралельному осі обертання стрижня або дротика) в достатній мірі, щоб компенсувати диференціальні деформації таблеток поглинача нейтронів і оболонки при опроміненні, не викликаючи надмірних механічних напружень на рівні оболонки і не приводячи до порушення безперервності прокладки в осьовому і ободовому напрямках. Ці механічні властивості повинні бути забезпечені при опроміненні для доз, які можуть досягати значень приблизно від 100 до 200 dpa-Fe (флюєнси 2 від 2 до 4 1027 н/м ). Дійсно, таблетки поглинача нейтронів піддаються об'ємному розпуханню, при якому збільшуються їх діаметр і довжина. Оскільки оболонка розпухає набагато менше, ніж поглинач, під час опромінення проміжний простір між таблетками і оболонкою закривається. Крім того, стовпчик таблеток довшає набагато більше, ніж оболонка, що приводить до поздовжнього зсування між ними. Таким чином, необхідно передбачати, щоб проміжна прокладка могла: - за рахунок своєї деформації сплющення компенсувати закривання межі розділення з жорсткістю, сумісної з механічною міцністю оболонки, що виключає присутність локально щільних зон (дефекти, пов'язані зі способом виготовлення, з ущільненням при опроміненні…), - компенсувати деформацію подовжнього ковзання між стовпчиком поглинача нейтронів і оболонкою за рахунок свого подовження (вплив коефіцієнта Пуасона) внаслідок радіального сплющення і/або за рахунок деформації зсування (при цьому передбачається, що поверхневе зчеплення з оболонкою і/або з поглиначем з передачею осьового зусилля сумісне з механічною міцністю оболонки); і/або за рахунок перетікання з в'язкою осьовою екструзією в зазор під дією радіального стиснення. Проміжну прокладку відповідно до винаходу виконують суцільною по всій її висоті: в будьякому випадку стараються знайти компроміс, щоб при компенсуванні вищезазначеної деформації поздовжнього ковзання не відбувалося порушення осьової безперервності прокладки. Нарешті, необхідно, щоб будь-які види деформації прокладки не приводили до її фрагментації, наслідком якої може стати переміщення фрагментів в ситуаціях часткового відкривання межі розділення, як правило, при непередбаченій або при запланованій зупинці 7 UA 106802 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 реактора, що може викликати ризик подальшого пробою оболонки, наприклад, під час повторного підвищення потужності/температури. У випадку необхідності, матеріали для твердої проміжної прокладки потрібно передбачати таким чином, щоб вони мали максимальну здатність поглинання нейтронів. Сильна відкрита пористість виготовленим таким чином структури повинна сприяти проходженню газів, що виділяються в можливі вентиляційні отвори, виконані в оболонці, і/або в розширювальну посудину, що знаходиться у верхній частині поглинаючого елемента, при цьому під час опромінення ефективність повинна знижуватися як можна менше (оскільки сплющення структури приводить до зменшення загальної пористості і кількості відкритих пор). Велика поверхня обміну, що забезпечується структурою, повинна сприяти утриманню продуктів, що виділяються поглиначем при опроміненні (наприклад, вуглецю у випадку В4С), які можуть привести до окрихчування оболонки під дією корозії. Завдяки твердій проміжній прокладці, виконаній у вигляді структури відповідно до винаходу, можна передбачити збільшення її товщини в порівнянні із звичайними значеннями товщини межі розділення між таблетками і оболонкою, щоб продовжити термін служби таблеток з матеріалу-поглинача нейтронів В4С, що дає істотний економічний виграш без зниження рівня безпеки. Відкрита пористість проміжної прокладки відповідно до винаходу може мати об'єм не менше 30 % від загального об'єму виготовленої проміжної прокладки. Переважно цей об'єм становить від 30 % до 95 % від загального об'єму виготовленої проміжної прокладки і ще переважніше від 50 % до 85 %. Зрозуміло, вищезгадані пористість і геометричні розміри проміжної прокладки представлені для проміжної прокладки в холодному стані відразу після її виготовлення і до її використання в ядерному реакторі. Це ж стосується й інших елементів керуючого стрижня відповідно до винаходу. Відкриту пористість відповідно до винаходу можна кількісно охарактеризувати за допомогою різних відомих методів вимірювання: наприклад, за допомогою вимірювання густини на обплетеннях і волокнах або за допомогою аналізу рентгенівських знімків, або за допомогою оптичної мікроскопії або оптичної макроскопії. Переважно проміжна прокладка має в перерізі, поперечному до напрямку (XX'), товщину, що перевищує щонайменше 10 % радіуса таблеток. Проміжна прокладка може бути виконана у вигляді однієї або декількох волокнистих структур, таких як обплетення і/або фетр, і/або полотно, і/або тканина, і/або трикотаж. Об'ємний процентний вміст в ній волокон переважно становить від 15 до 50 %, що по суті відповідає пористості в межах від 50 до 85 %, тобто оптимальному компромісу міжшуканою стисливістю прокладки і високою теплопровідністю з одночасним ефективним ізолюванням будь-якого можливого осколка поглинача. Згідно з варіантом виконання, проміжну прокладку можна виконати у вигляді обплетення, що містить множину шарів вуглецевих волокон і множину шарів волокон карбіду кремнію, що укладаються на шари вуглецевих волокон. В альтернативному варіанті проміжну прокладку можна виконати з одного або декількох комірчастих матеріалів, таких як піноматеріал. Проміжна прокладка може бути виконана на основі кераміки або на основі металу. Для реактора на швидких нейтронах з газовим охолоджуванням (RNR-gaz) переважно як базовий матеріал оболонки можна вибрати композиційний матеріал з вогнетривкою керамічною матрицею (СМС), такою як SiC-SiCf, у випадку необхідності, в поєднанні з сорочкою на основі жароміцного металевого сплаву. Для реактора на швидких нейтронах з натрієвим охолоджуванням (RNR-Na) можна передбачити оболонку з металевого матеріалу. Об'єктом винаходу є також спосіб виготовлення ядерного керуючого стрижня, що містить наступні етапи: a) щонайменше частково виконують проміжну прокладку круглого поперечного перерізу з матеріалу, прозорого для нейтронів, у вигляді структури з матеріалу з високою теплопровідністю і з відкритою пористістю, що має здатність деформуватися від стиснення по своїй товщині; b) щонайменше частково виконану прокладку вводять в циліндричну оболонку круглого поперечного перерізу, відкриту щонайменше на одному зі своїх кінців і виконану з матеріалу, прозорого або не прозорого для нейтронів, c) в прокладку, вставлену в циліндричну оболонку круглого поперечного перерізу, вводять множину таблеток з карбіду бору В4С не більше ніж по висоті прокладки, 8 UA 106802 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 d) після завершення виконання прокладки повністю закривають оболонку. Згідно з першим варіантом, етап а містить наступні підетапи: - множину плетених шарів, що містять волокна карбіду кремнію, укладають на множину плетених шарів вуглецевих волокон, які, в свою чергу, розташовані на оправці, - багатошарове обплетення піддають стисненню в циліндричній прес-формі, - в стиснуте обплетення впорскують розчинну зв'язувальну речовину, - проводять випаровування розчинника, етап b здійснюють за допомогою оправки, з якою входить в контакт обплетення, після чого оправку видаляють; і після етапу с проводять вакуумну термічну обробку, щоб видалити зв'язуюче і забезпечити контакт прокладки з множиною упакованих таблеток і з оболонкою. Плетені шари можуть бути двовимірного типу з кутом плетіння 45º відносно осі оправки. Вуглецеві волокна можуть бути волокнами типу Thornel® Р-100, кожне з яких містить 2000 ниток, і можуть бути подрібненими. TM Волокна карбіду кремнію є волокнами типу HI-NICALON типу S, кожне з яких містить 500 ниток. Переважно розчинним зв'язуючим є полівініловий спирт. Згідно з другим варіантом, етап а містить наступні підетапи: - пласти вуглецевих волокон зв'язують між собою у вигляді труби на оправці, - проводять термічну обробку (наприклад, при температурі 3200ºС в атмосфері аргону), - термічно оброблену трубу піддають стисненню в циліндричній прес-формі, - в стиснуту трубу нагнітають розчинне зв'язуюче, - проводять випарювання розчинника, етап b виконують за допомогою оправки, з якою труба входить в контакт, після чого оправку видаляють; після етапу с проводять вакуумну термічну обробку, щоб видалити зв'язуюче і забезпечити контакт прокладки з множиною упакованих таблеток і з оболонкою. Вуглецеві волокна можуть бути волокнами типу Thornel® Р-125. Як і в першому варіанті, переважно розчинним зв'язуючим є полівініловий спирт. Згідно з третім варіантом, етап а містить наступні підетапи: - виконують трубу зі спіненого вуглецю, що містить відкриті комірки - проводять хімічне осадження з парової фази сплаву W-Re на трубу зі спіненого вуглецю. КОРОТКИЙ ОПИС КРЕСЛЕНЬ Інші переваги і відмітні ознаки винаходу будуть більш очевидні з нижченаведеного докладного опису ядерного керуючого стрижня відповідно до винаходу з посиланнями на прикладені креслення, на яких: Фіг. 1 - вигляд в частковому поздовжньому розрізі ядерного керуючого стрижня відповідно до винаходу. Фіг. 1А - вигляд в поперечному розрізі ядерного керуючого стрижня, показаного на фіг. 1. Фіг. 2 представляє у вигляді кривих результати випробувань на циклічне стиснення проміжної прокладки відповідно до винаходу, причому цей вигляд напруження є характерним для роботи при опроміненні в ядерному реакторі (що не стабілізувалася, враховуючи коливання потужності). ДОКЛАДНИЙ ОПИС ПЕРЕВАЖНИХ ВАРІАНТІВ ВИКОНАННЯ Представленим елементом є ядерний керуючий стрижень. Цей елемент представлений в холодному стані, тобто відразу після завершення виготовлення керуючого стрижня, але до початку використання в ядерному реакторі. Керуючий стрижень відповідно до винаходу містить в напрямку зовні всередину: - оболонку 1 з металевого(их) матеріалу(ів) або з СМС (композиційний(і) матеріал(и) з керамічною матрицею), у випадку необхідності покриту сорочкою на своїй внутрішній стінці, - перший монтажний зазор 2 (факультативний, оскільки він може бути вибраний при виготовленні в результаті процесу випаровування зв'язуючого, як було указано вище), - тверду прокладку 3 з відкритою пористістю відповідно до винаходу, - другий монтажний зазор 4 (факультативний, оскільки він може бути вибраний при виготовленні в результаті процесу випаровування зв'язуючого, як було указано вище), - утворюючий стовпчик набір таблеток 5 з матеріалу-поглинача нейтронів, яким є карбід бору В4С. Тверда прокладка 3 з відкритою пористістю відповідно до винаходу має висоту, що перевищує висоту стовпчика упакованих таблеток 5. Різниця висоти між твердою пористою прокладкою 3 і стовпчиком упакованих таблеток передбачена таким чином, щоб цей стовпчик 9 UA 106802 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 залишався в осьовому напрямку навпроти прокладки протягом всієї фази опромінення під час роботи ядерного реактора, в ході якої він подовжується при розпуханні під дією опромінення. 22 Так, згідно з документом [8], поглинач реактора SUPERPHENIX призначений для роботи на 10 3 захоплень на см поглиначі за рік, і ступінь подовження при розпуханні В4С становить 20 3 приблизно 0,05 % для 10 захоплень на см поглиначі, тобто подовження становить приблизно 5 % за рік опромінення. Для виготовлення твердої пористої прокладки 3 відповідно до винаходу можна застосовувати різні типи матеріалів і переважно волокнисті структури з можливим розміщенням в них матриці або комірчасті матеріали з відкритою пористістю. Волокнисті структури можуть бути виконані у вигляді обплетення, фетру, пластів, тканин або трикотажу або у вигляді їх комбінацій з об'ємним процентним вмістом волокон в них щонайменше 15 % і навіть щонайменше 5 % у випадку фетру до ущільнення. Волокна можуть являти собою керамічні сполуки (вуглець, карбіди, нітриди або оксиди) або металеві сполуки (такі як W, сплави W-Re, Mo-Si2…). Для виконання волокнистих структур з метою застосування як пориста прокладка 3 відповідно до винаходу можна застосовувати класичні технології плетіння, формування фетру або пластування, зв'язування, ткання або в'язання [4]. Для підвищення теплопровідності матеріалу або для захисту волокон можна передбачити нанесення покриттів з вогнетривких хімічних сполук (керамічні або металеві сполуки) на волокна. У цьому випадку покриття характеризуються таким об'ємним процентним вмістом, при якому кінцевий матеріал, тобто волокниста структура, посилена покриттям, має від 30 % до 85 % відкритих пор і навіть до 95 % у випадку фетру. Ці покриття можна наносити на волокнисті структури за допомогою класичних технологій хімічного осадження з парової фази (CVD) [1] або інших технологій, таких як просочення полімером-попередником кераміки, піроліз… Прокладку 3 можна встановлювати на місце, або розташовуючи її навколо таблеток 5, потім вводячи зборку прокладка 3/таблетки 5 в оболонку 1, або спочатку вводячи її в оболонку 1 з подальшим введенням таблеток. Фізичний контакт між оболонкою 1 і прокладкою 3, з одного боку, і між прокладкою 3 і таблетками 5, з іншого боку, можна одержати під час підвищення температури в ядерному реакторі за рахунок диференціального теплового розширення, причому прокладка 3 при цьому розширюється в більшій мірі. Інше рішення для забезпечення цього фізичного контакту полягає в радіальному стисненні прокладки 3 і потім, після місцеположення зборки оболонка 1 прокладка 3 - таблетки 5, в припиненні стиснення прокладки перед використанням в ядерному реакторі, для якого призначений керуючий стрижень. Переважно комірчасті матеріали або піноматеріали є матеріалами з відкритою пористістю, в яких ступінь пористості становить від 30 % до 85 % і діаметр комірок в яких переважно є меншим 100 мкм, щоб уникати зміщення "макрофрагментів" таблеток, але залишається достатньо високим для забезпечення з'єднання між порами. Склад цих матеріалів може бути оснований на керамічних або металевих сполуках. Для виконання комірчастих матеріалів з метою їх застосування як пористу прокладку 3 відповідно до винаходу можна застосовувати класичні технології нагнітання бульбашок газу або сполук, що генерують бульбашки газу, в розплавлений матеріал або використовувати вихідну сполуку (органічна смола для вуглецю), порошкову металургію із застосуванням пороутворювальних сполук або частинок, нанесення сполуки на піноматеріал, що служить підкладкою [2], [7]. Потім базовий піноматеріал можна посилити за допомогою нанесення покриття із сполуки (вибраної з керамічних або металевих сполук) або того ж походження, що і піноматеріал, або що має іншу природу. Це нанесення можна здійснити, наприклад, за допомогою осадження з парової фази (CDV) [1]. Нижче наведені три приклади ядерних керуючих стрижнів відповідно до винаходу з характеристиками головної системи керування (SCP) реактора SUPERPHENIX [8]: у всіх цих прикладах керуючий стрижень містить набір циліндричних таблеток 5 поглинача нейтронів з карбіду бору діаметром 17,4 мм і оболонку 1, що охоплює стовпчик упакованих таблеток і має діаметр 19,8 мм, те що дає зазор таблетка/оболонка радіальною товщиною 1,2 мм (в холодному стані). Якщо порівняти з описаним нижче рішенням прокладки, у випадку керуючого стрижня SCP реактора SUPERPHENIX [8] стовпчик таблеток поглинача оточений сорочкою товщиною 200 мкм, що забезпечує ізолювання фрагментів таблеток, що утворюються при опроміненні, і простір таблетка/оболонка заповнено рідким натрієм, що забезпечує ефективну теплопередачу. Завершення терміну служби такого керуючого стрижня пов'язане, зокрема, з настанням ситуації взаємодії IMPG, коли об'ємне розширення таблеток В4С приводить до заповнення вільного радіального простору, що спочатку відділяє стовпчик таблеток від оболонки, і до різко зростаючого механічного навантаження на оболонку. Оскільки товщину сорочки (200 мкм) 10 UA 106802 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 потрібно відняти з первинної товщини зазору таблетка/оболонка (1,2 мм), запас розширення таблеток становить приблизно 1 мм при радіусі таблетки 8,7 мм, що дає ступінь допустимого розширення близько 11,5 % до появи взаємодії IMPG. Ці характеристики звичайно дозволяють 20 3 одержувати густину захоплення нейтронів близько 200*10 захоплень на см поглинача. При використанні твердої пористої прокладки відповідно до винаходу, якщо настання кінця терміну служби вважати при повному зникненні пористості прокладки (за рахунок сплющення при об'ємному розширенні таблеток В4С), можна розрахувати можливий виграш в густині захоплення нейтронів на основі первинної пористості, передбаченій для прокладки відповідно до винаходу. Для переходу від сорочки товщиною 200 мкм до прокладки товщиною 1,2 мм необхідно мати пористість прокладки в значенні, що дорівнює відношенню 1/1,2, тобто близько 83 % (прокладка при 17 % теоретичній густині утворюючого її матеріалу), щоб досягти густини захоплення, що одержується з рішенням типу сорочки, і використовувати, крім того, перевагу центрування таблетки/оболонки. Потрібно уточнити, що в цьому випадку не враховується термічний вплив прокладки (обчислення показують, що він є впливом другого порядку в тому, що стосується ступеня розпухання поглинача). Приклад 1: Обплетення з шарами з SiC/шар С Перший ряд з накладених один на одного трьох шарів обплетення виконують з вуглецевих волокон (комерційна назва Thornel® Р-100), кожне з яких складається з 2000 ниток і які подрібнюють, щоб зменшити діаметр нитки) на оправці з наступними характеристиками: - внутрішній діаметр: 17,5 мм - зовнішній діаметр: 19,0 мм - тип плетіння: двовимірний - кут плетіння: 45°. Другий ряд з трьох шарів обплетення зверху попереднього ряду шарів обплетення TM виконують з волокон карбіду кремнію (комерційна назва HI-NICALON типу S), кожне з яких містить 500 ниток, з наступними характеристиками: - внутрішній діаметр: 19,0 мм - зовнішній діаметр: 21,2 мм - тип плетіння: двовимірний - кут плетіння: 45°. Одержане таким чином багатошарове обплетення 3 піддають стисненню в циліндричній прес-формі з внутрішнім діаметром 19,7 мм. Потім в обплетення вводять розчинне зв'язуюче, в цьому випадку полівініловий спирт, потім розчинник випарюють. Після цього обплетення 3 витягують з форми і вводять в металеву оболонку 1 з внутрішнім діаметром 19,8 мм. Потім видаляють центральну оправку і в обплетення вводять стовпчик таблеток 5 поглинача нейтронів з карбіду бору В4С діаметром 17,4 мм. Зв'язуюче видаляють за допомогою термічної обробки всього комплексу у вакуумі. Потім припиняють стискати обплетення 3, і воно входить в фізичний контакт з таблетками 5 і з оболонкою 1. Таким чином, обплетення 3 має товщину при виготовленні, що дорівнює загальному монтажному зазору між оболонкою 1 і таблетками 5, тобто 1,2 мм. Потім оболонку закривають з двох кінців, наприклад, за допомогою паяння. Хоча це і не показано, перед остаточним етапом закривання в розширювальну камеру або посудину 6 встановлюють спіральну пружину стиснення, нижній кінець якої спирається на набір таблеток 5 та інший кінець якої спирається на верхню пробку. Основними функціями цієї пружини є утримання набору таблеток 5 вздовж подовжньої осі XX' і поглинання подовження паливного стовпчика протягом часу під дією подовжнього розпухання таблеток 5. Одержаним таким чином ядерний керуючий стрижень з твердою пористою прокладкою 3 відповідно до винаходу можна використовувати за його призначенням в ядерному реакторі на швидких нейтронах. Приклад 2: Зв'язана вуглецева структура Пласти вуглецевих волокон (комерційна назва Thornel® Р-25) зв'язують між собою у вигляді труби з внутрішнім діаметром 17,5 мм та із зовнішнім діаметром 21,2 мм на оправці з графіту. Потім всю зборку піддають термічній обробці при 3200 °C в атмосфері аргону. Одержану трубу стискають в циліндричній прес-формі з внутрішнім діаметром 19,7 мм. Потім в структуру вводять розчинне зв'язуюче, в цьому випадку полівініловий спирт, потім розчинник випаровують. Після цього одержану тверду пористу прокладку 3 витягують з форми і вводять в оболонку 1 з внутрішнім діаметром 19,8 мм. Потім видаляють центральну оправку і в змішану структуру прокладка 3/оболонка 1 вводять стовпчик таблеток 5 поглинача нейтронів з карбіду бору В 4С діаметром 17,4 мм. 11 UA 106802 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Зв'язуюче видаляють за допомогою термічної обробки всього комплексу у вакуумі. Прокладка 3 розчіплюється і входить в контакт з упакованими таблетками 5 і з оболонкою 1. Потім оболонку 1 закривають з двох кінців, наприклад, за допомогою паяння. Хоча це і не показано, перед остаточним етапом закривання в розширювальну камеру або посудину 6 встановлюють спіральну пружину стиснення, нижній кінець якої спирається на набір таблеток 5 та інший кінець якої спирається на верхню пробку. Основними функціями цієї пружини є утримання набору таблеток 5 вздовж подовжньої осі XX' і поглинання подовження паливного стовпчика протягом часу під дією поздовжнього розпухання таблеток 5. Одержаний таким чином ядерний керуючий стрижень з твердою пористою прокладкою 3 відповідно до винаходу можна використовувати за його призначенням в ядерному реакторі на швидких нейтронах. Приклад 3: спінений вуглець з покриттям зі сплаву W-Re 5 % Трубу з внутрішнім діаметром 17,4 мм та із зовнішнім діаметром 19,8 мм зі спіненого вуглецю, що містить відкриті комірки діаметром 40 мкм, вміщують в піч, призначену для хімічного осадження з парової фази (на англійській мові Chemical Vapor Deposition, CVD). На утворюючі піноматеріал зв'язки наносять покриття товщиною приблизно 7 мкм зі сплаву W-Re 5 % за допомогою розкладання суміші галогенвмісних сполук вольфраму і ренію. Цю трубу з піноматеріалу потім вводять в оболонку 1 з внутрішнім діаметром 19,8 мм, після чого в трубу з піноматеріалу вводять стовпчик таблеток 5 поглинача нейтронів з карбіду бору В4С діаметром 17,4 мм. Потім оболонку можна закрити з двох кінців, наприклад, за допомогою паяння. Хоча це і не показано, перед остаточним етапом закривання в розширювальну камеру або посудину 6 встановлюють спіральну пружину стиснення, нижній кінець якої спирається на набір таблеток 5 та інший кінець якої спирається на верхню пробку. Основними функціями цієї пружини є утримання набору таблеток 5 вздовж поздовжньої осі XX' і поглинання протягом часу подовження паливного стовпчика під дією поздовжнього розпухання таблеток 5. Одержаний таким чином ядерний керуючий стрижень з твердою пористою прокладкою 3 відповідно до винаходу можна використовувати за його призначенням в ядерному реакторі на швидких нейтронах. Не виходячи за рамки винаходу, можна передбачити інші удосконалення. Так, в представлених вище прикладах 1-3 тверда пориста прокладка 3 має товщину при виготовленні, тобто коли оболонка 1 закрита і керуючий стрижень готовий до використання, що дорівнює загальному монтажному зазору, передбаченому між оболонкою 1 і стовпчиком таблеток 5 з поглинаючого матеріалу В4С. Зрозуміло, можна передбачити зазори (див. позиції 2, 4 на фіг. 1), які залишаються після виготовлення керуючого стрижня за умови, що це допускають способи виготовлення і властивості, зокрема, диференціального теплового розширення відповідно оболонки 1 і твердої пористої прокладки 3, з одного боку, і прокладки 3 і таблеток 5, з іншого боку. Ці зазори,показані на фіг. 1 під позиціями 2, 4, заповнюють газом або рідким металом, який природним чином проникає у відкриті пори твердої пористої прокладки 3 відповідно до винаходу і у відкриті пори таблеток 5 поглинача нейтронів з В 4С. Однак, відповідно до винаходу і на відміну від відомих рішень, зокрема, від рішення по патенту US 4235673 монтажні зазори не є обов'язковими і, отже, не є функціональними зазорами, передбаченими для компенсації об'ємного розпухання таблеток під дією опромінення. Крім того, оправка, що використовується для формування твердої пористої прокладки, описаної в представлених прикладах, може бути виконана з інших матеріалів, сумісних з матеріалами прокладки, таких як графіт, кварц. Точно так само, для фінального етапу способу перед закриванням оболонки, як описано в прикладах 1-3, передбачена установка спіральної пружини стиснення. Загалом, під час цього фінального етапу перед етапом закривання можна застосовувати систему, яка називається в області ядерної енергетики "системою внутрішніх елементів", тобто набір компонентів, таких як пружина, підкладка і т. д., функцією яких є забезпечення осьового позиціонування стовпчика таблеток всередині оболонки. На фіг. 2 представлена поведінка при стисненні проміжних прокладок відповідно до винаходу з сильною відкритою пористістю на основі обплетення або на основі фетру з матеріалу SiC. Зокрема, мова йде про випробування на циклічне стиснення, при цьому кожний цикл являє собою навантаження, які чергуються, і розвантаження, що показане на фіг. 2 у вигляді контурів навантаження в площині деформація-напруження. 12 UA 106802 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 На осі абсцис показані значення ступеня стиснення (деформація в %) прокладки по її товщині. На осі ординат показані значення механічного навантаження (напруження в МПа), що передається прокладкою під дією її сплющення. Таким чином, по суті вказані напруження відповідають радіальному механічному навантаженню σr, якому може піддаватися оболонка ядерного керуючого стрижня під дією об'ємного розпухання скомпонованих один з одним таблеток поглинача нейтронів з В 4С, при цьому напруження напряму передаються на оболонку при стисненні прокладки між таблетками і оболонкою. Це радіальне навантаження приводить до ободового розмірного навантаження σθ, інтенсивність якого відповідає радіальному навантаженню, помноженому на показник, порядок величини якого виражається відношенням середнього радіуса r G оболонки до її товщини eG, яке звичайно становить від 5 до 10: σθ  (rG/eG) σr. Таким чином, на фіг. 2 проілюстрований той факт, що проміжна прокладка відповідно до винаходу може працювати як амортизатор напружень: навантаження, що передається, стає істотним тільки при достатньому ступені стиснення, більше якого навантаження, що передається, поступово зростає разом з силою стиснення, доки не досягне (але без різкої кінетики) порогового значення граничного допустимого навантаження. Так, при навантаженні σr, яке вважають істотним, починаючи від 1 МПа, ступінь стиснення становить приблизно відповідно 40 % і 70 % для прокладок типу обплетення і фетру, що розглядаються на фіг. 2. В умовах роботи при опроміненні в реакторі оболонка ядерного керуючого стрижня може знаходитися під навантаженням від поглинача нейтронів В4С, тільки якщо це навантаження залишається нижчим межі, що забезпечує відсутність розриву оболонки. Так, якщо, наприклад, встановити порогове значення допустимого ободового навантаження σr в 100 МПа (що являє собою прийнятне значення відносно навантажень, що звичайно допускаються), тобто радіального навантаження σr близько 10 МПа (при відношенні rG/eG близько 10), то, як видно на фіг. 2, прокладки, які розглядаються, типу обплетення і фетру допускають відповідно ступінь стиснення близько 60 % і 95 %, нижче якого механічне навантаження, що передається на оболонку залишається допустимим. Потрібно зазначити, що після випробувань, показаних на фіг. 2, було встановлено, що проміжна прокладка відповідно до винаходу у вигляді обплетення і прокладка у вигляді фетру зберегли свою цілісність: таким чином, збереглася структура обплетення/фетр без утворення фрагментів, які могли б потрапити в зазор між таблетками і порушеною оболонкою в керуючому стрижні реактора на швидких нейтронах RNR. Для досягнення найкращих економічних показників керуючий стрижень повинен як можна довше залишатися в реакторі на швидких нейтронах. Для забезпечення задачі безпеки, як правило, ці показники обмежують різними експлуатаційними умовами. Одним з найбільш суворих обмежень є необхідність гарантувати при будь-яких обставинах механічну цілісність оболонки керуючого стрижня. Це виражається визначенням граничного допустимого навантаження на оболонку (напруження і/або деформація, більше якої цілісність оболонки не може бути гарантована). Однак в процесі опромінення таблетки поглинача нейтронів з В4С піддаються безперервному об'ємному розпуханню, яке приводить до механічної взаємодії таблетки/оболонка (IMPG), яке зрештою створює небажане навантаження на оболонку. Таким чином, тривалість експлуатації ядерного керуючого стрижня з поглиначем з В4С тісно пов'язана з моментом настання надмірної взаємодії. Описана вище проміжна прокладка відповідно до винаходу дає задовільну відповідь, оскільки вона допускає тривале об'ємне розширення або розпухання таблеток. При заданому ступені об'ємного розпухання таблеток тривалість залежить від первинної товщини прокладки і від ступеня стиснення, який вона допускає, перш ніж її стиснутий стан не приведе до передачі небажаного механічного навантаження на оболонку: первинна товщина прокладки тим менша, чим вищий допустимий ступінь стиснення. На фіг. 2 показано, що для досягнення межі стиснення запропонованих прокладок типу обплетення або фетру необхідні дуже високі значення ступеня стиснення, тобто при застосуванні прокладки відповідної товщини можна досягнути великої тривалості опромінення. Великі значення товщини прокладки, характерні для керуючих стрижнів реактора на швидких нейтронах, дозволяють використовувати прокладки з великою пористістю, які забезпечують легке досягнення і, можливо, навіть перевищення показників рішення із застосуванням сорочки в SUPERPHENIX. Крім того, були проведені випробування на зсування у волокнистій структурі відповідно до винаходу висотою близько 1 см з впливом на неї зусиллями, відповідними циклічним зміщенням близько 100 мкм при температурах близько 400ºС. При цих подовженнях у 1 % волокниста структура залишається абсолютно цілою. У випадку керуючих стрижнів реактора на швидких 13 UA 106802 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 нейтронах великі значення товщини прокладки дозволяють також застосовувати прокладки відповідно до винаходу, які містять декілька накладених один на одного шарів обплетення і/або фетру. При осьовому зсуванні, якому піддається прокладка під дією опромінення, враховуючи більш виражене подовження стовпчика таблеток (ефект розпухання), ніж подовження оболонки, ця багатошарова структура знижує механічне навантаження прокладки, допускаючи відносне ковзання шарів один на одного і обмежуючи за рахунок цього ризик пошкодження прокладки внаслідок зсування. ПРОЦИТОВАНІ ПОСИЛАННЯ: [1] S. Audisio, Depot chimiques а partir d'une phase gazeuse, Techniques de l'ingenieur, M1660, 1985. [2] J. Banhart, Manufacture, characterization and application of cellular metals and metal foams, Progress in Materials Science, Vol. 46. pp. 559-632, 2001. [3] А. Berthet, B. Kaputsa, R. Traccucci, P. Combette, F. Couvreur, D. Gouaillardou, J.C. Leroux, J. Royer & M. Trotabas, Pressurized Water Reactor Fuel Assembly, in The nucear fuel of pressurized water reactor and fast reactors-Design and behaviour, (H. Bailly, D. Menessier and C. Prunier, Editors), Lavoisier Publishing, Paris, pp. 271-436, 1999. [4] L. Caramaro, Textiles а usages techniques, Techniques de l'ingenieur N2511, 2006. [5] D. Gosset et P. Herter, Materiaux absorbants neutroniques pour le pilotage des reacteurs, Techniques de l'ingenieur B3720, 2007. [6] Y. Guerin, In-reactor behaviour of fuel materials, in The nucear fuel of pressurized water reactor and fast reactors-Design and behaviour, (H. Bailly, D. Menessier and C. Prunier, Editors), Lavoisier Publishing, Paris, pp. 77-158, 1999. [7] L. Kocon et T. Piquero, Les aerogels et les structures alveolaires: deux exemples de mousses de carbone, L'Actualite Chimique, n (295-296, pp. 119-123, 2006. [8] В. Kryger & J.M. Escleine, Absorber elements, in The nucear fuel of pressurized water reactor and fast reactors-Design and behaviour, (H. Bailly, D. Menessier and C. Prunier, Editors), Lavoisier Publishing, Paris, pp. 531-565, 1999. [9] J.Y. Malo, N. Alpy, F. Bentivoglio, F. Bertrand, L. Cachon, G. Geffraye, D. Haubensack, A. Messie, F. Morin, Y. Peneliau, F. Pra, D. Plancq & Р. Richard, Gas Cooled Fast reactor 2400 MWTh, status on the conceptual design studies and preliminary safety analysis, Proceedings of the ICAPP'09 conference, (Tokyo, Japan, May 10-14, 2009). [10] R.B. Matthews and R.J. Herbst, Nuclear Technology, Vol. 63, pp. 9-22, 1983. [11] Hj. Matzke, Science of advanced LMFBR fuels, North Holland, Amsterdam, 1986. [12] Р. Millet, J.L. Ratier, A. Ravenet et J. Truffert, Fast Reactor Fuel Assembly, in The nucear fuel of pressurized water reactor and fast reactors-Design and behaviour, (H. Bailly, D. Menessier and C. Prunier, Editors), Lavoisier Publishing, Paris, pp. 437-529, 1999. [13] K. Tanaka, K. Maeda, K. Katsuyama, M. Inoue, T. Iwai and Y. Arai, Journal of Nuclear Materials, Vol. 327, pp. 77-87, 2004. [14] Design and construction rules for fuel assemblies of PWR nuclear power plants, AFCEN, 2005. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 55 1. Ядерний керуючий стрижень, який проходить в поздовжньому напрямку (XX'), що містить множину таблеток (5) з матеріалу-поглинача нейтронів В4С, скомпонованих один з одним у вигляді стовпчика, і оболонку (1), що охоплює стовпчик таблеток, в якому в перерізі, поперечному до поздовжнього напрямку (XX'), оболонка і таблетки мають круглий переріз і в якому між оболонкою і стовпчиком упакованих таблеток щонайменше по висоті останнього розташована проміжна прокладка (3) також круглого перерізу в перерізі, поперечному до поздовжнього напрямку (XX'), з матеріалу, прозорого для нейтронів, причому проміжна прокладка є структурою (3), механічно не зв'язаною одночасно з оболонкою (1) і зі стовпчиком таблеток (5), що має підвищену теплопровідність і відкриту пористість, виконаною з можливістю деформуватися при стисненні по своїй товщині таким чином, щоб піддаватися сплющенню під дією об'ємного розпухання таблеток при опроміненні, при цьому первинна товщина прокладки і її коефіцієнт стиснення визначені таким чином, щоб механічне навантаження, яке передається на оболонку через таблетки при опроміненні, залишалося нижчим заданого порогового значення, який відрізняється тим, що проміжна прокладка виконана у вигляді обплетення, що містить множину шарів вуглецевих волокон і множину шарів волокон карбіду кремнію, укладених на шари вуглецевих волокон. 14 UA 106802 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 2. Ядерний керуючий стрижень, який проходить в поздовжньому напрямку (XX'), що містить множину таблеток (5) з матеріалу-поглинача нейтронів В4С, скомпонованих один з одним у вигляді стовпчика, і оболонку (1), що охоплює стовпчик таблеток, в якому в перерізі, поперечному до поздовжнього напрямку (XX'), оболонка і таблетки мають круглий переріз і в якому між оболонкою і стовпчиком упакованих таблеток щонайменше по висоті останнього розташована проміжна прокладка (3) також круглого перерізу в перерізі, поперечному до поздовжнього напрямку (XX'), з матеріалу, прозорого для нейтронів, причому проміжна прокладка є структурою (3), механічно не пов'язаною одночасно з оболонкою (1) і зі стовпчиком таблеток (5), що має підвищену теплопровідність і відкриту пористість, виконаною з можливістю деформуватися при стисненні по своїй товщині таким чином, щоб піддаватися сплющенню під дією об'ємного розпухання таблеток при опроміненні, при цьому первинна товщина прокладки і її коефіцієнт стиснення визначені таким чином, щоб механічне навантаження, що передається на оболонку через таблетки при опроміненні, залишалося нижчим заданого порогового значення, який відрізняється тим, що проміжна прокладка виконана у вигляді одного або декількох пластів вуглецевих волокон. 3. Ядерний керуючий стрижень, що проходить в поздовжньому напрямку (XX'), що містить множину таблеток (5) з матеріалу-поглинача нейтронів В4С, скомпонованих один з одним у вигляді стовпчика, і оболонку (1), що охоплює стовпчик таблеток, в якому в перерізі, поперечному до подовжнього напрямку (XX'), оболонка і таблетки мають круглий переріз і в якому між оболонкою і стовпчиком скомпонованих таблеток щонайменше по висоті останнього розташована проміжна прокладка (3) також круглого перерізу в перерізі, поперечному до поздовжнього напрямку (XX'), з матеріалу, прозорого для нейтронів, причому проміжна прокладка є структурою (3), механічно не зв'язаною одночасно з оболонкою (1) і зі стовпчиком таблеток (5), що має підвищену теплопровідність і відкриту пористість, виконаною з можливістю деформуватися при стисненні по своїй товщині таким чином, щоб піддаватися сплющенню під дією об'ємного розпухання таблеток при опроміненні, при цьому первинна товщина прокладки і її коефіцієнт стиснення визначені таким чином, щоб механічне навантаження, що передається на оболонку через таблетки при опроміненні, залишалося нижчим заданого порогового значення, який відрізняється тим, що проміжна прокладка виконана з одного або декількох комірчастих матеріалів на основі вуглецю, такого(их) як піноматеріал. 4. Ядерний керуючий стрижень за будь-яким з пп. 1, 2 або 3, в якому відкрита пористість проміжної прокладки має об'єм, який щонайменше дорівнює 30 % від загального об'єму виготовленої проміжної прокладки. 5. Ядерний керуючий стрижень за п. 4, в якому відкрита пористість проміжної прокладки має об'єм, що становить від 30 до 95 % від загального об'єму виготовленої проміжної прокладки. 6. Ядерний керуючий стрижень за п. 5, в якому відкрита пористість проміжної прокладки має об'єм, що становить від 50 до 85 % від загального об'єму виготовленої проміжної прокладки. 7. Ядерний керуючий стрижень за будь-яким з пп. 1-6, в якому проміжна прокладка має в перерізі, поперечному до напрямку (XX'), товщину, що перевищує щонайменше 10 % радіусу таблеток. 8. Ядерний керуючий стрижень за п. 1, в якому об'ємний процентний вміст волокон в проміжній прокладці становить від 15 до 50 %. 9. Ядерний керуючий стрижень за будь-яким з пп. 1-8 для реактора на швидких нейтронах з газовим охолоджуванням (RNR-gaz), в якому як базовий матеріал оболонки застосований композиційний матеріал з вогнетривкою керамічною матрицею (CMC), такою як SiC-SiCf, і таблетки поглинача виконані з В4С. 10. Ядерний керуючий стрижень за будь-яким з пп. 1-8 для реактора на швидких нейтронах з натрієвим охолоджуванням (RNR-Na), в якому оболонка виконана з металевого матеріалу, і таблетки поглинача виконують з В4С. 11. Ядерний керуючий стрижень за будь-яким з пп. 1-8 для реактора на воді під тиском (REP) або на киплячій воді (REB), в якому оболонка містить композиційний матеріал з вогнетривкою керамічною матрицею (CMC), і таблетки поглинача виконані з В4С. 12. Ядерна зборка поглинача, що містить множину керуючих стрижнів за будь-яким з пп. 1-14 і розташованих у вигляді решітки. 13. Спосіб виготовлення ядерного керуючого стрижня, що містить етапи, на яких: a) щонайменше частково виконують проміжну прокладку круглого поперечного перерізу з матеріалу, прозорого для нейтронів, у вигляді структури (3) з матеріалу з високою теплопровідністю і з відкритою пористістю, що має здатність деформуватися від стиснення по своїй товщині; 15 UA 106802 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 b) щонайменше частково вводять виконану прокладку в циліндричну оболонку круглого поперечного перерізу, відкриту щонайменше на одному зі своїх кінців і виконану з матеріалу, прозорого або не прозорого для нейтронів, c) вводять в прокладку, вставлену в циліндричну оболонку круглого поперечного перерізу, множину таблеток з поглинаючого нейтрони карбіду бору В4С щонайменше по висоті прокладки, яку вставляють в циліндричну оболонку круглого поперечного перерізу, d) після завершення виконання прокладки повністю закривають оболонку, причому згідно зі вказаним способом етап а) реалізований наступними підетапами: множину плетених шарів, що містять волокна карбіду кремнію, укладають на множину плетених шарів вуглецевих волокон, які, в свою чергу, розташовані на оправці, багатошарове обплетення піддають стисненню в циліндричній прес-формі, в стиснуте обплетення впорскують розчинну зв'язувальну речовину, проводять випарювання розчинника, згідно з яким етап b) здійснюють за допомогою оправки, з якою входить в контакт обплетення, після чого оправку видаляють; і згідно з яким після етапу с) проводять вакуумну термічну обробку, щоб видалити зв'язуюче і забезпечити контакт прокладки з множиною упакованих таблеток і з оболонкою. 14. Спосіб за п. 13, згідно з яким плетені шари є шарами двовимірного типу з кутом плетіння 45° відносно осі оправки. 15. Спосіб за п. 13 або 14, згідно з яким вуглецеві волокна є волокнами типу Thornel® P-100, кожне з яких містить 2000 ниток, і які застосовують подрібненими. 16. Спосіб за будь-яким з пп. 13-15, згідно з яким волокна карбіду кремнію є волокнами типу HINICALON™ типу S, кожне з яких містить 500 ниток. 17. Спосіб за будь-яким пп. 13-16, згідно з яким розчинним зв'язуючим є полівініловий спирт. 18. Спосіб виготовлення ядерного керуючого стрижня, що містить етапи, на яких: a) щонайменше частково виконують проміжну прокладку круглого поперечного перерізу з матеріалу, прозорого для нейтронів, у вигляді структури (3) з матеріалу з високою теплопровідністю і з відкритою пористістю, що має здатність деформуватися від стиснення по своїй товщині; b) щонайменше частково вводять виконану прокладку в циліндричну оболонку круглого поперечного перерізу, відкриту щонайменше на одному зі своїх кінців і виконану з матеріалу, прозорого або не прозорого для нейтронів, c) вводять в прокладку, вставлену в циліндричну оболонку круглого поперечного перерізу, множину таблеток з поглинаючого нейтрони карбіду бору В4С щонайменше по висоті прокладки, яку вставляють в циліндричну оболонку круглого поперечного перерізу, d) після завершення виконання прокладки повністю закривають оболонку, причому згідно зі вказаним способом етап а) реалізований наступними підетапами: пласти вуглецевих волокон зв'язують у вигляді труби на оправці, проводять термічну обробку, термічно оброблену трубу піддають стисненню в циліндричній прес-формі, в стиснуту трубу нагнітають розчинне зв'язуюче, проводять випаровування розчинника, згідно з яким етап b) виконують за допомогою оправки, з якою труба входить в контакт, після чого оправку видаляють; і згідно з яким після етапу с) проводять вакуумну термічну обробку, щоб видалити зв'язуюче і забезпечити контакт прокладки з множиною упакованих таблеток і з оболонкою. 19. Спосіб за п. 18, згідно з яким вуглецеві волокна є волокнами типу Thornel® P-125. 20. Спосіб за п. 18 або 19, згідно з яким розчинним зв'язуючим є полівініловий спирт. 21. Спосіб виготовлення ядерного керуючого стрижня, що містить етапи, на яких: a) щонайменше частково виконують проміжну прокладку круглого поперечного перерізу з матеріалу, прозорого для нейтронів, у вигляді структури (3) з матеріалу з високою теплопровідністю і з відкритою пористістю, що має здатність деформуватися від стиснення по своїй товщині; b) щонайменше частково вводять виконану прокладку в циліндричну оболонку круглого поперечного перерізу, відкриту щонайменше на одному зі своїх кінців і виконану з матеріалу, прозорого або не прозорого для нейтронів, c) вводять в прокладку, вставлену в циліндричну оболонку круглого поперечного перерізу, множину таблеток з поглинаючого нейтрони карбіду бору В4С щонайменше по висоті прокладки, яку вставляють в циліндричну оболонку круглого поперечного перерізу, 16 UA 106802 C2 d) після завершення виконання прокладки повністю закривають оболонку, причому згідно зі вказаним способом етап а) реалізований наступними під етапами: виконують трубу зі спіненого вуглецю, що містить відкриті комірки, проводять хімічне осадження з парової фази (CVD) сплаву W-Re на трубу зі спіненого вуглецю. 17 UA 106802 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 18