Спосіб захисту від гідрування оболонок твелів з цирконію і його сплавів

Реферат: Спосіб захисту від гідрування оболонок твелів з цирконію і його сплавів у ВВЕР на теплових нейтронах включає заміну паливної композиції на дикарбід урану, а оболонки твелів із зовнішнього і внутрішнього боку покривають аморфним вуглецем. UA 78907 U (54) СПОСІБ ЗАХИСТУ ВІД ГІДРУВАННЯ ОБОЛОНОК ТВЕЛІВ З ЦИРКОНІЮ І ЙОГО СПЛАВІВ UA 78907 U UA 78907 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі атомної енергетики і є способом боротьби з гідруванням оболонок твелів реакторів на теплових нейтронах, виготовлених з цирконію і його сплавів. Відомо, що при поділі ядерного палива в реакторі, як правило, утворюються два уламки поділу з масовими числами від 73 до 163 А.Е.М. [1] Усі уламки поділу радіоактивні. Допустити їх вихід у теплоносій-сповільнювач енергетичних і дослідницьких реакторів не можна. Бар'єром для збереження уламків поділу в паливній композиції є оболонка твела, яку виготовляють з цирконію і його сплавів. Під дією нейтронного і гамма-випромінювання в цирконії і в його сплавах збільшуються межі міцності і плинності, але зменшується межа пластичності. Зниження межі пластичності через розпухання паливної композиції призводить до розтріскування оболонок твелів [2, 3], що зрештою знижує надійність і довговічність оболонок. Головною причиною зниження межі пластичності є ядерне гідрування оболонок з цирконію і його сплавів. Причини ядерного гідрування оболонок твелів такі: 1. Під дією нейтронів спектра поділу в результаті нейтронно-ядерної реакції на ядрах ізотопів цирконію утворюються ядра водню (внутрішнє гідрування цирконію). 2. При взаємодії нейтронів спектра поділу з ядрами кисню паливної композиції UO 2 утворюються високоенергетичні протони, які можуть проникати з боку паливної композиції в оболонку на декілька мікронів, а оскільки протони є ядром атома водню, то відбувається процес гідрування оболонки твела з боку палива (зовнішнє ядерне гідрування цирконію з боку палива). 3. При взаємодії нейтронів спектра поділу з ядрами кисню молекул води (сповільнювачатеплоносія) також утворюються високоенергетичні протони, які можуть проникати в оболонку твела, виготовлену з цирконію з боку теплоносія на глибину в декілька мікронів (зовнішнє ядерне гідрування цирконію з боку теплоносія). 4. При взаємодії нейтронів спектра поділу з ядрами водню теплоносія-сповільнювача утворюються високоенергетичні протони видатності, які також, проникаючи в оболонку з цирконію з боку теплоносія на декілька десятків мікронів, наводнюють її (зовнішнє ядерне гідрування цирконію з боку теплоносія) [4]. Гідрований таким чином цирконій втрачає пластичність, яка вкрай необхідна, оскільки в процесі роботи реактора відбувається розпухання палива через утворення двох уламків поділу і газоподібних речовин у ньому, що призводить до збільшення об'єму паливної композиції. При розтріскуванні оболонки твела і втрати нею пластичності з'являються подовжні тріщини, через які газоподібні продукти поділу потрапляють в теплоносій-сповільнювач і підвищують його активність [5]. Досягнувши питомої активності теплоносія 10-2 Кі/л, спрацьовують системи безпеки, оскільки це неприпустимо згідно з регламентом і правилами безпечної експлуатації реакторних установок. Зниження кількості ядер водню в цирконієвій оболонці твела збільшує довговічність оболонок до появи тріщин, спричинених втратою пластичності, тобто сприяє збільшенню надійності і довговічності оболонок. Збільшення довговічності оболонок твела до утворення тріщин може значно підвищити економічність атомної електростанції (АЕС) через збільшення терміну безперервної роботи установки до перевантаження ядерного палива. В основу корисної моделі поставлена задача запобігання процесу гідрування оболонок твелів з цирконію і його сплавів у водо-водяному енергетичному реакторі (ВВЕР) типу ВВЕР1000. Поставлена задача вирішується тим, що проникнення високоенергетичних протонів в оболонку твела з боку ядерного палива шляхом заміни паливної композиції з діоксиду урану (UO2) на дикарбід (UC2), при цьому теплотехнічні і ядерні характеристики дикарбіду не поступаються характеристикам діоксиду урану. Спосіб боротьби з гідруванням цирконієвих оболонок полягають в наступному. У молекулі палива замінюються атоми кисню на вуглець, що усуває виникнення високоенергетичних протонів при взаємодії нейтронів спектра поділу з паливною композицією, а отже, усуває гідрування цирконієвих оболонок з боку паливної композиції [6]. Сповільнювальна здатність UC2 в два рази перевищує сповільнювальну здатність UO2. Це веде до зменшення густини потоку високоенергетичних нейтронів спектра поділу в самому паливі, а отже, до зменшення високоенергетичних нейтронів такого спектра в цирконієвій оболонці, а також зменшується внутрішнє гідрування цирконію. У сповільнювач потрапляють нейтрони спотвореного спектра поділу (у цьому спектрі збільшена низькоенергетична частка нейтронів і зменшена - високоенергетичних), а отже, зменшиться енергія протонів видатності і кількість протонів, що утворюються при взаємодії високоенергетичних нейтронів з ядрами кисню молекул води. Таким чином, зменшиться кількість протонів і їх проникна здатність в оболонки твелів з боку теплоносія-сповільнювача. 1 UA 78907 U 5 10 15 20 25 Підсилення вище вказаних ефектів оболонки твела досягається за рахунок покриття твела ззовні аморфним вуглецем завтовшки в десяті частки мм, що дозволяє радикально понизити кількість протонів, що потрапляють в оболонку з боку теплоносія. Таким чином, запропонований спосіб значно підвищить довговічність твелів між перевантаженнями ядерного палива, а отже, підвищить економічність АЕС. Джерела інформації: 1. Мегреблианс Р., Теория реакторов/ Р. Мегреблианс, Д. Холмс - Μ., Государственное издательство литературы в области атомной техники и технологий, 1962 - 590 с. 2. Чиркин B.C. Теплофизические свойства материалов ядерной техники. Справочник/ B.C. Чиркин. - М., Атомиздат, 1968 - 484 с. 3. Влияние облучения на материалы и элементы электронных схем. Перевод с английского. Под ред. В.Н. Быкова и С.П. Соловьева. - М., Атомиздат, 1967 - 427 с. 4. Патент на полезную модель № 64305 "Способ гидрирования оболочек ТВЭЛ из циркония и его сплавов". 10.11.2011 г. 5. Бродер Д.Л. Биологическая защита транспортних реакторних установок/ Д.Л. Бродер и др. - М, Атомиздат, 1969 - 420 с. 6. Меднис И.В. Справочные таблицы для нейтронно-активационного анализа/ И.В. Меднис Рига, издательство "Зинатне", 1974 - 410 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб захисту від гідрування оболонок твелів з цирконію і його сплавів у ВВЕР на теплових нейтронах, який відрізняється тим, що паливна композиція замінена на дикарбід урану, а оболонки твелів із зовнішнього і внутрішнього боку покривають аморфним вуглецем завтовшки в декілька десятих мм. Комп’ютерна верстка М. Ломалова 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 2