Îñíîâíîå îáîðóäîâàíèå ðåàêòîðíîãî îòäåëåíèÿ
ßäåðíîå òîïëèâî íà ÀÝÑ ñ ÂÂÝÐ-1000
35
Êîíñòðóêöèÿ è õàðàêòåðèñòèêè
òåïëîâûäåëÿþùåãî ýëåìåíòà (ÒÂÝË)
ÒÂÝË ÿäåðíîãî ðåàêòîðà ÂÂÝÐ-1000 ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé òðóáêó, çàïîëíåííóþ òàá-
ëåòêàìè èç äâóîêèñè óðàíà UO
2
è ãåðìåòè÷íî óïëîòíåííóþ êîíöåâûìè äåòàëÿìè íà
ñâàðêå. Òðóáêà ÒÂÝË èçãîòîâëåíà èç öèðêîíèÿ, ëåãèðîâàííîãî 1% íèîáèÿ. Íàðóæ-
íûé äèàìåòð òðóáêè ÒÂÝË 9,1 ± 0,05ìì, åå òîëùèíà 0,65 ± 0,03ìì, à âíóòðåííèé äèà-
ìåòð - 7,72 + 0,08ìì.
 ýòó òðóáêó ñ çàçîðîì 0,19 - 0,32ìì íà äèàìåòð ïîìåùåíû òàáëåòêè äâóîêèñè óðàíà
âûñîòîé (äëèíîé) 20ìì è äèàìåòðîì 7,53 -0,05ìì. Â ñåðåäèíå ýòèõ òàáëåòîê èìåþò-
ñÿ îòâåðñòèÿ äèàìåòðîì 2,3ìì, à êðàÿ òàáëåòîê ñêðóãëåíû ôàñêàìè. Îáùàÿ äëèíà
ñòîëáà ýòèõ òàáëåòîê â ÒÂÝËå ñîñòàâëÿåò 3530ìì. Âñå ðàçìåðû óêàçàíû äëÿ õîëîäíî-
ãî ñîñòîÿíèÿ. Äëèíà òðóáêè ÒÂÝË ñîñòàâëÿåò 3800ìì, ïîýòîìó ïîëîæåíèå ñòîëáà òîï-
ëèâíûõ òàáëåòîê â ÒÂÝËå çàôèêñèðîâàíî ðàçðåçíûìè âòóëêàìè èç íåðæàâåþùåé ñòàëè
è ïðóæèíîé, íå ïðåïÿòñòâóþùèìè òåïëîâûì ïåðåìåùåíèÿì.
Ïðè óñòàíîâêå, ïðèâàðêå è ãåðìåòèçàöèè êîíöåâûõ ïðîáîê ÒÂÝËà åãî âíóòðåííÿÿ
ïîëîñòü çàïîëíÿåòñÿ ãåëèåì äî äàâëåíèÿ 20-25 àòì. Âíóòðåííèé îáúåì ÒÂÝËà â õî-
ëîäíîì ñîñòîÿíèè 181 ñì
3
íà 70% çàïîëíåí òàáëåòêàìè òîïëèâà, à 30% ñîñòàâëÿþò
ãàçîâûé îáúåì. Îáùàÿ äëèíà ÒÂÝËà 3837 ìì, îáùèé âåñ - 2,1 êã, íà åãî íèæíåé êîí-
öåâîé ïðîáêå èìååòñÿ ïîïåðå÷íîå îòâåðñòèå äëÿ êðåïëåíèÿ ê íèæíåé îïîðíîé ðå-
øåòêå òåïëîâûäåëÿþùåé ñáîðêè.
Ãåðìåòè÷íîñòü êàæäîãî ÒÂÝËà ïðîâåðÿåòñÿ ãåëèåâûì òå÷åèñêàòåëåì ïî ñàìûì âûñî-
êèì ñóùåñòâóþùèì òðåáîâàíèÿì. Ãåðìåòèçèðóþùèå ýëåìåíòû ÒÂÝËà (òðóáêà è êîí-
öåâûå äåòàëè) íàçûâàþò îáîëî÷êîé, à òàáëåòêè äâóîêèñè óðàíà íàçûâàþò òîïëèâ-
íûì ñåðäå÷íèêîì.  êà÷åñòâå ìàòåðèàëà äëÿ èçãîòîâëåíèÿ òðóáîê ÒÂÝË òðàäèöèîí-
íî ïðèìåíÿåòñÿ ðåêðèñòàëèçîâàííûé ñïëàâ öèðêîíèÿ ñ 1% íèîáèÿ.
Ïðåèìóùåñòâî öèðêîíèÿ çàêëþ÷àåòñÿ â óäà÷íîì ñî÷åòàíèè ÿäåðíûõ è ôèçè÷åñêèõ
õàðàêòåðèñòèê ñ ìåõàíè÷åñêèìè è êîððîçèîííûìè ñâîéñòâàìè. Öèðêîíèé êîððîçè-
îííî ñòîåê â áîëüøèíñòâå ñðåä, ïðèìåíÿåìûõ â êà÷åñòâå òåïëîíîñèòåëåé ÿäåðíûõ
ðåàêòîðîâ, è äîñòàòî÷íî òåõíîëîãè÷åí. Íàèáîëüøåå ðàñïðîñòðàíåíèå â ðåàêòîðàõ
òèïà ÂÂÝÐ ïîëó÷èë ñïëàâ öèðêîíèÿ ñ îäíèì âåñîâûì ïðîöåíòîì íèîáèÿ (ñïëàâ Í-1).
Ïëîòíîñòü äàííîãî ñïëàâà 6,55 ãð/ñì
3
, òåìïåðàòóðà ïëàâëåíèÿ 1860
0
Ñ.
Ïðè èññëåäîâàíèè ñâîéñòâ ñïëàâà Í-1 áûëî âûÿâëåíî, ÷òî òåìïåðàòóðà 350
0
Ñ ÿâëÿ-
åòñÿ ñâîåîáðàçíîé êðèòè÷åñêîé òî÷êîé, ïîñëå êîòîðîé ïðî÷íîñòíûå ñâîéñòâà ñïëà-
âà óõóäøàþòñÿ, à ïëàñòè÷åñêèå óâåëè÷èâàþòñÿ. Íàèáîëåå ðåçêî ñâîéñòâà èçìåíÿ-
þòñÿ â èíòåðâàëå 400-500
0
Ñ. Ïðè òåìïåðàòóðå îêîëî 1000 ãðàäóñîâ öèðêîíèé âçàè-
ìîäåéñòâóåò ñ âîäÿíûì ïàðîì ïî ðåàêöèè åãî îêèñëåíèÿ
Zr+2H
2
O→ZrO
2
+2H
2
Ïðè 1200 ãðàäóñàõ ýòà ðåàêöèÿ ïðîòåêàåò áûñòðî (ìèíóòû).
Ïðè ýòîì âûäåëÿåòñÿ òåïëî ðåàêöèè, êîòîðîå äàëåå ðàçîãðåâàåò îáîëî÷êó äî ïëàâ-
ëåíèÿ (1860 ãðàäóñîâ) ñ ïîâåðõíîñòè âãëóáü òîëùèíû òðóáêè, ïðè ýòîì îáðàçóåòñÿ
ìíîãî âîäîðîäà. Òàáëåòêè äâóîêèñè óðàíà èìåþò âûñîêóþ òåìïåðàòóðó ïëàâëåíèÿ
(îêîëî 2800 ãðàäóñîâ), íå âçàèìîäåéñòâóþò ñ âîäîé è ïàðîì äàæå ïðè âûñîêèõ òåì-
ïåðàòóðàõ, ñîâìåñòèìû ñ ìàòåðèàëîì îáîëî÷êè ÒÂÝË.
Äâóîêèñü óðàíà èìååò òàêóþ æå ïëîõóþ òåïëîïðîâîäíîñòü, êàê îãíåóïîðíûå ìàòåðè-
àëû (â 40 ðàç ìåíüøå, ÷åì ó ñòàëè). Ïëîòíîñòü äâóîêèñè óðàíà 10,4 - 10,8 ã/ñì
3
. Ïðè
îñóùåñòâëåíèè öåïíîé ðåàêöèè äåëåíèÿ óðàíà â îáúåìå òîïëèâíûõ òàáëåòîê ðàâíî-
ìåðíî âûäåëÿåòñÿ òåïëî ñ èíòåíñèâíîñòüþ äî 0,45 êÂò íà 1 êóáè÷åñêèé ñàíòè-
ìåòð (450 êâò/ëèòð). Òåïëî ýòî îòâîäèòñÿ èç îáúåìà òàáëåòîê òåïëîïðîâîäíîñòüþ ê
ïîâåðõíîñòè òðóáîê (îáîëî÷åê), îõëàæäàåìûõ âîäîé, ïîýòîìó íàèáîëüøàÿ òåìïåðà-
òóðà óñòàíàâëèâàåòñÿ â ñåðåäèíå òàáëåòîê.
Ïðè íîìèíàëüíîé ìîùíîñòè òîïëèâà ñðåäíÿÿ òåìïåðàòóðà â öåíòðå òîïëèâíûõ òàá-
ëåòîê ñîñòàâëÿåò îêîëî 1600 ãðàäóñîâ, à íà ïîâåðõíîñòè ýòèõ òàáëåòîê - îêîëî 470
ãðàäóñîâ. Ìàêñèìàëüíàÿ òåìïåðàòóðà ñîîòâåòñòâåííî äîñòèãàåò 1940 è 900 ãðàäó-
ñîâ.
Ïðè ðàáîòå òîïëèâà ñ íîìèíàëüíîé ìîùíîñòüþ ïåðåïàä òåìïåðàòóðû íà ãàçîâîì
çàçîðå ìåæäó òàáëåòêàìè è òðóáêîé (îáîëî÷êîé) â ñðåäíåì ñîñòàâëÿåò 100 ãðàäóñîâ,
à ïî òîëùèíå ñàìîé òðóáêè - 23
0
Ñ.
ÒÂÝË ðåàêòîðîâ ÂÂÝÐ
1-âåðõíÿÿ çàãëóøêà
2-ïðîñòàâêà
3-îáîëî÷êà
4-ïðóæèííàÿ âñòàâêà
5-òàáëåòêà äèîêñèäà óðàíà
6-íèæíÿÿ çàãëóøêà