22. Тепловыделяющие сборки и кассеты. Условия работы, требования и конструктивные решения для реакторов различных типов.

ТВС – изделие, содержащее ядерные материалы и предназначенное для получения тепловой энергии за счет осуществления контролируемой ядерной реакции. Для обеспечения необходимой жесткости стержневых твэлов, удобства монтажа, перегрузки, транспортировки и организации направленного потока теплоносителя для эффективного охлаждения твэлов их объединяют в группы.

Требования к ТВС:

• Размеры и форма ТВС должны обеспечивать удобную быструю и безопасную перегрузку топлива и быть согласованной с конструкцией и размещением органов СУЗ.

• ТВЭЛы должны быть закреплены таким образом, чтобы они могли термически удлиняться, но не могли чрезмерно изгибаться и вибрировать из-за неравномерности тепловыделения и случайных отклонений от номинальных размеров и физических свойств по сечению пучка твэлов.

• Желательно обеспечить всем сборкам одинаковый режим работы с достаточно большим запасом до опасных тепловых явлений.

• Подбор проходных сечений;

• Профилирование обогощения;

• Профилирование поглощения.

• Должна быть обеспечена высокая надежность механической конструкции при ее длительной работе с учетом возможных отклонений параметров и мощности, вибрации, коррозии, изменения свойств при облучении, а также с учетом возрастания усилий.

• В случае аварийного повреждения одного из элементов конструкции кассета не должна создавать условия для саморазвития аварии и распространения ее на остальные элементы. При расплавлении твэлов , получившиеся при этом продукты должны попадать заранее предусмотренным образом, в места где нет опасности образования критической массы или пережога теплом остаточного энерговыделения.

• В конструкции кассеты и ТК(тех канала) целесообразно предусмотреть контроль условий работы и целости оболочек твэлов.

• Следует избегать существенных неоднородностей распределения материала с большим Gа и высокой замедляющей способностью для исключения всплесков нейтронного потока.

• Удельная стоимость кассеты должна быть min.

• Кассеты и твэлы должны пройти соответсвующие испытания.

Обычно ТВС представляет собой четырёхгранный (PWR) или шестигранный (ВВЭР) пучокТВЭЛовдлиной 2,5—3,5 м (что примерно соответствует высоте активной зоны) и диаметром 30—40 см, изготовленный изнержавеющей сталиилисплавациркония(для уменьшения поглощениянейтронов).Твэлы собираются в ТВС для упрощения учёта и перемещенияядерного топливав реакторе. В одной ТВС обычно содержится 150—350 твэлов, в активную зону реактора обычно помещается 200—450 ТВС.

Число твэлов в ТВС может составлять от нескольких штук до нескольких десятков или даже сотен. Твэлы в ТВС жестко связываются между собой с по­мощью двух концевых и несколь­ких дистанционирующих решеток, установленных с определенным ша­гом по высоте ТВС.

ТВС реакторов ВВЭР-440

ТВС ВВЭР-440 состоит из пучка твэлов, головки, хвостовика и чехла. Твэлы в пучке расположены по треугольной решётке и объединены между собой дистанционирующими решётками «сотового» типа, закреплёнными на центральной трубе, и нижней опорной решёткой, закреплённой на хвостовике. Головка и хвостовик ТВС жестко по шестигранной поверхности соединены с чехлом, являющимся несущим элементом конструкции. Пучок состоит из 126 твэлов.

ТВС реакторов ВВЭР-1000.

ТВС ВВЭР-1000 представляет собой активную конструкцию из 312 твэлов (есть вариант с 313 твэлами), закреплённых в каркасе из 18 направляющих каналов, нескольких (до 15) дистанционирующих и одной нижней решётки. Концевые детали ТВС служат для фиксации кассеты в установочных гнёздах активной зоны. Верхняя концевая деталь (головка) обеспечивает взаимодействие с внутрикорпусными устройствами реактора и поджатие ТВС от всплытия, а также разъёмное соединение с каркасом ТВС. Нижняя концевая деталь (хвостовик) обеспечивает заданное местоположение кассеты в активной зоне, а также организацию протока теплоносителя. ТВС ВВЭР-1000 имеет гексагональное (шестигранное) поперечное сечение. При прочих равных условиях гексагональная форма ТВС обеспечивает более высокую однородность поля расположения твэлов и гарантирует сохранность ТВС во время транспортно-технологических операции при её изготовлении и при эксплуатации на АЭС.

ТВС реакторов РБМК

В каждую сборку входит 18 стержневых твэлов. Оболочка твэла заполнена таблетками из двуокиси урана.