Схема типового твэла Заглушка Оболочка Газосборник Сердечник Зазор Заглушка Основные требования к твэлам - определенное пространственное распределение делящегося материала в строгом сочетании с замедлителем, теплоносителем, поглощающими, конструкционными материалами и материалами воспроизводства; – отсутствие контакта делящегося материала с теплоносителем и предотвращение выхода продуктов деления в контур теплоносителя; – прочность, устойчивость формы и размеров; – отвод тепла, выделяющегося в ядерном топливе; – отсутствие локальных перегревов и концентраторов напряжений; – совместимость используемых материалов; – нормальная работа твэла в течение всей кампании реактора; – минимальный паразитный захват нейтронов; – возможность переработки твэлов и регенерации ядерного топлива и технологических отходов при изготовлении твэлов; – простота конструкции, автоматизация производства. Классификация твэлов по назначению – твэлы энергетических реакторов на тепловых нейтронах и на быстрых нейтронах; – твэлы исследовательских реакторов; – твэлы реакторов с прямым преобразованием энергии в электрическую; – твэлы реакторов-конверторов для получения делящихся материалов для военных целей. Классификация по составу сердечника • твэлы, содержащие делящий материал, обеспечивающий поддержание цепной реакции деления в активной зоне реактора; • твэлы, содержащие воспроизводящие материалы; • твэлы, содержащие как делящийся, так и воспроизводящий материал; • твэлы, содержащие топливо и выгорающий поглотитель По виду делящегося материала – твэлы, содержащие металлическое ядерное топливо (в виде однородных металлов или сплавов); – твэлы с ядерным топливом в виде неметаллических соединений делящихся материалов ; – твэлы дисперсионного типа, в которых топливная фаза в виде частиц размещена в непрерывной матрице из неделящегося материала. Пример твэла дисперсионного типа • Сплавы U-Pu-Mo, U-Pu-Zr или соединения в составе дисперсионного топлива, распределенного в матрице из стали, алюминия, бериллия, графита. • Расстояние между частицами топлива больше длины пробега осколка (10 –15 мкм) Твэл стержневого типа 1 — заглушка, 2 — топливная таблетка, 3 — оболочка, 4 — пружина, 5 — втулка, 6 — наконечник Самодистанционирующиеся твэлы Внешний вид твэла Кольцевой твэл Кольцевые твэлы топливо оболочки Варианты ТВС с пластинчатыми твэлами Твэлы высокотемпературных реакторов 60 мм Прочный PyC 1 мм Пористый PyC Шаровой твэл SiC топливо Микротопливо Призматический твэл Крестообразный твэл Классификация по типу контакта топлива и оболочки • Твэлы с газовым зазором между топливом и оболочкой; • Твэлы с диффузионным, металлургическим сцеплением топлива и оболочки; • Твэлы с зазором, заполненным жидким металлом; • Твэлы, топливо и оболочка которых разделены заливкой из металла. Требования к ТВС – обеспечение установленного физическим расчетом реактора необходимого соотношения в единице объема активной зоны количества делящегося материала, замедлителя, теплоносителя, конструкционных материалов; – обеспечение распределения расхода теплоносителя по активной зоне в соответствии с энерговыделением в различных ее частях; – обеспечение достаточного охлаждения каждого твэла в ТВС; – обеспечение свободы передвижения твэлов при их тепловом расширении; – отсутствие механических воздействий на твэлы со стороны кожуха и крепежных деталей ТВС; – предотвращение соприкосновения тепловыделяющих поверхностей соседних твэлов; – устойчивость формы и размеров ТВС. Дистанционирование твэлов в ТВС Способы дистанционирования I — проволока; II — лента; III — ребро по оболочке; IY — ребро по ребру; Y, YI — решетки