Способ изготовления твэла дисперсионного типа

Изобретение относится к технологии изготовления тепловыделяющих элементов (твэлов) и используется в ядерной технике. При изготовлении твэла дисперсионную композицию получают помещением в оболочку в соответствующей доле материала матрицы, матрицу расплавляют, а на зеркало расплава матричного материала непрерывно подают в недостающей доле частицы делящегося материала при одновременном вибрировании. В качестве материала матрицы применяют магний или сплав кремния, никеля и алюминия. В качестве делящегося материала применяют: оксид урана, карбид урана, нитрид урана, оксид плутония, карбид плутония, нитрид плутония. 3 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к технологии изготовления тепловыделяющих элементов (твэлов) и может быть использовано в ядерной энергетике.

Основными операциями технологии изготовления твэлов дисперсионного типа независимо от выбранного метода являются:

изготовление сердечника, заключение его в оболочку, соединение сердечника с оболочкой и герметизация оболочки. При этом важным является достижение надежного контакта сердечника с оболочкой для обеспечения максимального теплосъема во время работы твэла, САМОЙЛОВ А.Г. и др. Дисперсионные твэлы. Т.1. - М.: Энергоиздат, 1982, с.150-208.

Известно несколько технологических схем изготовления твэлов дисперсионного типа, сводящихся к различным вариантам получения дисперсионного топливного сердечника, способа заключения его в оболочку и создания контакта (сцепления) сердечника с оболочкой, патент российской Федерации №2086015, кл. G21C 21/02, 1995.

Сердечники изготавливаются методом плавки и литья, а также методом порошковой металлургии. Наиболее распространенными методами соединения сердечника с оболочкой являются: метод прокатки, метод совместного выдавливания, метод волочения и метод зонного переплава материала матрицы при непрерывной подпитке зоны переплава составляющими дисперсионной композиции и вибрировании. При атом твэлу придаются размеры, близкие к конечным.

Основными недостатками указанных выше способов являются технологические сложности, связанные:

с необходимостью отдельного изготовления сердечников с определенными механическими, физическими свойствами и геометрией, кроме того, в каждом методе изготовления сердечника имеются свои недостатки и трудности;

с изменением первоначально заложенных в оболочку механических, физических и геометрических параметров оболочки после ее механического формоизменения;

с негарантированным сцеплением оболочки с сердечником, в том числе и в способе зонного переплава материала матрицы при непрерывной подпитке зоны переплава составляющими дисперсионной композиции и вибрировании.

Технической задачей настоящего изобретения является создание способа изготовления дисперсионного твэла, лишенного указанных недостатков.

Предлагаемый способ решения поставленной задачи заключается в том, что дисперсионную композицию получают помещением в оболочку в соответствующих долях материала матрицы, его расплавлением и непрерывной подачей в расплав частиц недостающей доли диспертной составляющей делящегося материала и вибрировании.

После естественного охлаждения твэл герметизируют. В качестве материала матрицы применяют: металл магний, сплав кремний-никель-алюминии, сплав магний-медь, сплав алюминий-медь, а в качестве крупки делящегося материала: оксид урана, карбидурана, нитрид урана, оксид плутония, карбид плутония, нитрид плутония.

Изобретение осуществляют следующим образом.

В оболочку будущего твэла, загерметизированного с одного конца, помещается соответствующая доля материала матрицы, например магния. Такую сборку в вертикальном положении нагревают до расплавления материала матрицы и на зеркало расплава непрерывно подают недостающую долю крупки делящегося материала, например оксида урана, при постоянном вибрировании. Вследствие разной плотности материала матрицы и крупки делящегося материала образуется дисперсионная композиция, которую охлаждают, а твэл герметизируют.

Процесс ведут в вакууме, а герметизацию второго конца твэла проводят методами аргонно-дуговой сварки после соответствующей механической и химической подготовки.

Для получения твэла с иной дисперсионной композицией применяют сплавы состава:

- кремний 11,7-11,8 вес.%, никель 2,10-2,11 вес.% и алюминий остальное;

- магний 9,0-10,5 вес.% и медь остальное;

- алюминий 60,0-62,0 вес.%, и медь остальное.

В качестве крупки делящегося материала применяют:

- оксидурана, карбид урана, нитрид урана,

- оксид плутония, карбид плутония, нитрид плутония, Использование изобретения позволяет:

- повысить теплопроводность в радиальном направлении твэла;

- повысить эффективность и надежность способа изготовления твэла дисперсионного типа.

1. Способ изготовления твэла дисперсионного типа, включающий заполнение оболочки в соответствующих долях материалом матрицы и частицами делящегося материала с последующей герметизацией, отличающийся тем, что в оболочку помещают в соответствующей доле материал матрицы, материал матрицы расплавляют, а на зеркало расплава непрерывно подают в недостающей доле частицы делящегося материала при одновременном вибрировании, после чего охлаждают.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что материал матрицы загружают в оболочку в виде стержня.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве материала матрицы применяют магний.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве материала матрицы применяют сплав кремния, никеля и алюминия.