Способ отбраковки твэлов с металлическими оболочками

Изобретение относится к области атомной техники. Сущность изобретения: способ отбраковки твэлов с металлическими оболочками включает обработку твэлов в реакционной камере хлором при нагревании. При этом температуру процесса выбирают в пределах 200-290°С, а реакционную камеру предварительно вакуумируют. Далее последовательно подают в реакционную камеру кислород и хлор в соотношении 1,0:1,0-1,2:1,0, время процесса выбирают в пределах 5-10 мин. Разделение дефектных и бездефектных твэлов проводят по признаку окрашивания. Преимущества изобретения заключаются в снижении времени отбраковки.

 

Предлагаемое изобретение относится к технологии ядерного топлива, а более конкретно к методам технологического контроля поверхности микротвэлов и твэлов. В процессе эксплуатации твэлов осколки деления ядерного топлива попадают в контур теплоносителя. Стандартным требованием по входу осколков деления является R/B<10-6, где В - общее количество осколков деления, R - количество осколков деления в теплоносителе.

Указанное условие может быть обеспечено только при отсутствии сквозных дефектов (трещин) в оболочках микротвэлов и твэлов.

Известен активационный метод контроля микротвэлов, заключающийся в определении активности вне микротвэлов, заключающийся в определении активности вне микротвэлов после их облучения нейтронами (пат. ФРГ №21191185 от 20.04.71 г., Н кл. 42К 30/04). Недостаток указанного способа, помимо аппаратурной сложности, заключается в невозможности разделения дефектных и бездефектных изделий.

Известен химический способ отбраковки дефектных микротвэлов, заключающийся в обработке изделий азотной кислотой при нагревании в течение 20-50 ч (Bildstein Н., Knotik К., Kerntechnik, 1968, 10, №5, p.255). После частичного извлечения урана из дефектных микротвэлов в раствор эффективная плотность этих микротвэлов уменьшается, поэтому дефектные и бездефектные микротвэлы разделяют в жидкости с плотностью 2,3-2,5 г/см3. В процессе разделения бездефектные изделия тонут, а дефектные всплывают. Недостаток указанного способа заключается в длительности операций.

Наиболее близким по решаемой задаче является способ обработки микротвэлов хлором при температуре 1000-1500°С в течение 10-20 ч (Pechin W and all. Proc. of a Seminar Oslo, May 1976, 24, AEA 5/2 - 7/3). После частичного уноса урана из дефектных изделий в газовую фазу дальнейшее разделение проводят по эффективной плотности. Недостаток указанного способа заключается в длительности операций.

Задачей настоящего изобретения является снижение времени отбраковки твэлов с металлическими оболочками и с сердечниками из нитрида урана.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе отбраковки твэлов путем обработки твэлов в реакционной камере хлором при нагревании температуру процесса выбирают в пределах 200-290°С, реакционную камеру предварительно вакуумируют, далее последовательно подают в реакционную камеру кислород и хлор в объемном соотношении 1,0:1,0÷1,2:1,0, а время процесса выбирают в пределах 5-10 мин, а разделение дефектных и бездефектных твэлов проводят по признаку окрашивания.

Предложенный способ обосновывается следующим образом. В диапазоне температур 200-290°С сердечник из нитрида урана интенсивно реагирует с кислородом при наличии в оболочке сквозного дефекта. Тепловой эффект реакции окисления настолько велик, что температура твэла повышается на 20-60°С. Для ускорения переноса кислорода через сквозной дефект твэлы предварительно вакуумируют. Если оболочка твэла выполнена из молибдена, то при начальной температуре в реакционной камере 200°С температура дефектных твэлов составляет 220-260°С - в этих условиях молибден вступает в реакцию с хлором и кислородом, образуя тонкую пленку оксихлорида молибдена МоО2Cl2, окрашенную в фиолетовый цвет.

Если оболочка твэла выполнена из вольфрама, то при начальной температуре 290°С в процессе обработки кислородом температура дефектных твэлов составляет 310-350°С - в этих условиях в присутствии хлора и кислорода на поверхности дефектных твэлов образуется желто-зеленая пленка оксихлорида вольфрама Wo2Cl2. Следует отметить, что, например, вольфрам хлорируется при температуре выше 900°С, окисляется при температуре выше 1100°С и только в смеси хлор-кислород он образует нелетучий оксихлорид уже при 300-310°С. После проведения процесса в течение 5-10 мин дефектные и бездефектные изделия легко разделяются по цвету оболочек.

Выбор времени процесса 5-10 мин объясняется тем, что образующийся в процессе окисления нитрида урана оксид урана экранирует доступ кислорода через дефект и температура твэла через 5-10 мин оксихлорирования падает до первоначальной.

Выбор объемного соотношения кислорода и хлора диктуется двумя факторами:

1. Стехиометрией оксихлоридов молибдена и вольфрама.

2. Необходимостью избытка кислорода для дополнительного окисления сердечников дефектных твэлов.

Предложенное техническое решение иллюстрируется следующими примерами.

1. Партию сферических твэлов в количестве 50 штук подвергали отбраковке по предложенному способу. Каждый твэл представлял собой сферический сердечник из мононитрида урана UN1,00 диаметром 2,8-3,0 мм с оболочкой из термопар, вакуумировали до давления 1 Па, после чего напускали кислород до давления 0,055 МПа, а через 1-3 с добавляли хлор до общего давления 0,1 МПа. Соотношение кислорода к хлору при этом составляло 1,2:1,0. Процесс проводили в течение 10 мин, после чего хлор и кислород вытесняли аргоном. Было обнаружено двадцать два твэла, имеющих окраску. Для предотвращения теплового контакта между твэлами все испытуемые твэлы были разделены керамическими теплоизоляторами (кварцевыми шариками). Постепенная шлифовка твэлов позволила обнаружить во всех окрашенных твэлах сквозные трещины. В неокрашенных твэлах сквозных трещин не обнаружено.

2. Партию твэлов с кернами, аналогичными примеру 1, в количестве 100 штук подвергали отбраковке сквозных дефектов по предложенному способу. Оболочкой твэла служил вольфрам (толщина оболочки 0,4-0,5 мм), полученный осаждением из газовой фазы. Реакционную камеру нагревали до 280-290°С, вакуумировали до давления 1 Па, после чего напускали кислород до давления 0,05 МПа, а через 1-3 с добавляли хлор до давления 0,1 МПа. Соотношение кислорода и хлора при этом составляло 1,0:1,0. Процесс проводили в течение 5 мин, после чего хлор и кислород вытесняли аргоном. Было обнаружено 28 окрашенных твэлов, в которых постепенной шлифовкой обнаружены сквозные трещины. В неокрашенных твэлах сквозных трещин не обнаружено.

3. Таким образом, предложенное изобретение обладает следующими преимуществами по сравнению с прототипом:

1) Время отбраковки снижается на два порядка.

2) Технологические операции упрощаются, т.к. разделение в тяжелой жидкости не требуется.

Способ отбраковки твэлов с металлическими оболочками, включающий обработку твэлов в реакционной камере хлором при нагревании, отличающийся тем, что температуру процесса выбирают в пределах 200-290°С, реакционную камеру предварительно вакуумируют, далее последовательно подают в реакционную камеру кислород и хлор в соотношении 1,0:1,0-1,2:1,0, время процесса выбирают в пределах 5-10 мин, а разделение дефектных и бездефектных твэлов проводят по признаку окрашивания.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ядерной технике и предназначено для использования при контроле герметичности парогенераторов судовых ядерных энергетических установок с водо-водяным реактором под давлением при проведении гидравлических испытаний.

Изобретение относится к области атомной техники и предназначено для использования в водо-водяных реакторах и бассейнах хранения ядерного топлива для обнаружения негерметичности твэлов в тепловыделяющих сборках.

Изобретение относится к области атомной техники и может быть использовано для контроля герметичности первого контура при проведении гидравлических испытаний судовой ядерной энергетической установки (ЯЭУ) с водным теплоносителем.

Изобретение относится к области атомной энергетики и используется на реакторных установках с водо-водяными и водографитовыми реакторами, в особенности при разгерметизации 1-го контура.

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к ультразвуковым способам контроля для обнаружения негерметичных тепловыделяющих элементов, и может быть использовано при проверке герметичности тепловыделяющих элементов отработавших тепловыделяющих сборок, находящихся в воде.

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля качества сварных швов, а именно к ультразвуковому контролю герметизирующих сварных швов тепловыделяющего элемента ядерных реакторов типа ВВЭР-1000, ВВЭР-440, в котором сварные швы выполняются контактно-стыковой сваркой (КСС-2) и электронно-лучевой сваркой (ЭЛС).

Изобретение относится к радиометрическим способам аппаратурного контроля герметичности прямоточного парогенератора ядерной энергетической установки с водо-водяным реактором под давлением.

Изобретение относится к области атомной энергетики, а именно области эксплуатации ядерных реакторов с жидким теплоносителем, и может быть использовано при изготовлении, эксплуатации, переработке и хранении ядерного топлива, размещенного в тепловыделяющих сборках (ТВС).

Изобретение относится к ядерной энергетике и может найти применение при контроле сварного шва контактно-стыковой сварки заглушки к оболочке тепловыделяющего элемента преимущественно для ядерных реакторов ВВЭР, РБМК.

Изобретение относится к ядерной энергетике, а именно к технологии контроля герметичности тепловыделяющих элементов специальной геометрии (например, элементов стержневого типа с профилированной оболочкой) на стадии их производства

Изобретение относится к области контроля течи по влажности воздуха. Измеренные значения относительной влажности и температуры передают в вычислительный блок, где их преобразуют в значения абсолютной влажности. Затем значения абсолютной влажности корректируют с использованием значений абсолютной влажности от эталонного датчика по формуле: ρ(tn)=aρ(tn-τ)+b, где p(tn), кг/м3 - абсолютная влажность от контрольного датчика в момент времени tn; ρ(tn-τ), кг/м3 - абсолютная влажность от эталонного датчика в момент времени (tn-τ); τ, мин - время задержки; a - масштабирующий коэффициент, рассчитанный по критерию минимума квадратов отклонений; b, кг/м3 - корректирующая поправка, рассчитанная по критерию минимума квадратов отклонений. Откорректированные значения абсолютной влажности сравнивают с пороговым значением влажности и фиксируют наличие течи при превышении порогового значения. Изобретение позволяет уменьшить вероятность ложного срабатывания аварийной сигнализации о наличии течи и снизить возможность пропуска возникновения течи. 1 ил., 1 табл.
Изобретение относится к ядерный технике. Способ обнаружения негерметичных тепловыделяющих элементов сборок ядерного реактора с жидкометаллическим теплоносителем заключается в том, что над ТВС в активной зоне устанавливают устройства контроля герметичности тепловыделяющих сборок и под давлением в теплоноситель подают газ, который вместе с растворенными в теплоносителе газообразными продуктами деления затем выводят из реактора к датчикам контроля радиоактивности. В трубу устройства контроля вставляют цилиндрическую пробку из материала с каналами для прохода барботажной трубки и выхода газа и N устройств контроля герметичности, число устройств N выбирают не менее 4, одно устройство размещают над центральной ТВС, а остальные устройства располагают вокруг этого устройства на расстоянии Rn, Rn - расстояние от центральной ТВС до ТВС первого или второго, проводят контроль радиоактивности газообразных продуктов на работающем на мощности реакторе и, если уровень радиоактивности превышает допустимые значения, делают вывод о разгерметизации твэл в той части активной зоны. Изобретение позволяет сократить простой реактора из-за поиска тепловыделяющих сборок с поврежденными твэлами, расширить спектр контролируемых продуктов деления.

Изобретение относится к области атомной техники

Наверх