Модернизация уран-циркониевого твэла исследовательского реактора ИВГ.1М

18.03.2024 2024 - №01 Nuclear materials

В.А. Солнцев Д.М. Солдаткин В.Н. Нужин

https://doi.org/10.26583/npe.2024.1.08

Представлена разработка твэла дисперсионного типа, в котором уран распределен в циркониевой матрице в виде осеориентированных волокон. Твэл предназначен для перевода исследовательского реактора ИВГ.1М (Республика Казахстан) на низкообогащенное топливо. Решается проблема деформирования непластичного уран-циркониевого сплава путем его замены на гетерогенную композицию. Изготовление твэла основано на процессах обработки материалов давлением. Первоначально путем трехкратного совместного прессования цилиндрической урановой и коаксиальной циркониевой заготовок формируется твэльная проволока с волоконной структурой сердечника. На следующей стадии проволоку путем волочения доводят до требуемого диаметрального размера, далее проводят операции плющения, скрутки и разрезки на мерные длины. Заключительные операции – оплавление торцов твэлов и герметизация гальваническим слоем никеля. При достижении высокой суммарной степени деформации, полученной при холодной обработке, проводятся релаксационные отжиги на уровне температур 550 – 600°С, которые приводят к образованию трансграничного слоя интерметаллида UZr2 толщиной 1 – 2 мкм. Интерметаллидный слой, не оказывая значимого влияния на прочность и теплопроводность композиции, обеспечивает высокое качество диффузионной сварки всех элементов твэла. Комплект из 14040 твэлов лопастного профиля (толщина лопасти 1,5 мм, диаметр описанной окружности – 2,8 мм) был изготовлен и загружен в действующий реактор ИВГ.1М. Энергетический пуск состоялся в 2023 г.

Ссылки

1. Reduced Enrichment for Research and Test Reactors (RERTR). Электронный ресурс: https://www.rertr.anl.gov/ (дата доступа 20.11.2023).
2. Емельянов В.С., Евстюхин А.И. Металлургия ядерного горючего. Изд. 2. – М.: Атомиздат, 1968. – 484 с.
3. Дьяков Е.К., Каретников И.А., Нужин В.Н. и др. Твэл с повышенной экологической защищенностью для исследовательских атомных реакторов. // Известия Академии Промышленной Технологии. – 1999. – № 2. С. 19–23.
4. Каретников И.А., Солдаткин Д.М., Солнцев В.А. и др. Дисперсионный тепловыделяющий элемент и способ его изготовления. – Патент ЕАПО, № 027036, МПК G21C 3/02, 21/02, Заявл. 25.12.2015, Опубл. 30.06.2017.
5. Зарапин Ю.Л., Чиченев Н.А., Чернилевская Н.Г. Производство композиционных материалов обработкой давлением. – М.: Металлургия, 1991. – 351 с.
6. Takahashi Y., Yamawaki M., Yamamoto K. Thermophysical Properties of Uranium-Zirconium Alloys. // J. Nucl. Mater. – 1988. – № 154. – PP. 141–144. DOI: https://doi.org/10.1016/0022-3115(88)90127-4.
7. Перлин И.Л., Ерманок М.З. Теория волочения. Изд. 2. – М.: Металлургия, 1971. – 448 с.
8. Яковлев Е.И., Жаворонко А.И., Ефремов Ю.П. и др. Градуировка установки и погрешности измерения массы урана в твэлах по собственному гамма-излучению. // ВАНТ. Серия Техническая физика и автоматизация. – 2016. – Вып. 72. – С. 17–32.

уран-циркониевый твэл композиция технология прессование волочение разрезка термообработка интерметаллид температурный режим волоконная структура реактор

Ссылка для цитирования статьи: Солнцев В.А., Солдаткин Д.М., Нужин В.Н. Модернизация уран-циркониевого твэла исследовательского реактора ИВГ.1М. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2024. – № 1. – С. 96-106. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2024.1.08 .