Изобретение относится к технологии изготовления тепловыделяющих элементов (твэлов) и может быть использовано в ядерной энергетике. The invention relates to a technology for the manufacture of fuel elements (fuel elements) and can be used in nuclear energy.
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 [1]
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 [1]
Сердечники изготавливаются методом плавки и литья, а также методом порошковой металлургии. Наиболее распространенными методами соединения сердечника с оболочкой являются: метод прокатки, метод совместного выдавливания и метод волочения. При этом твэлу придаются размеры, близкие к конечным.The main operations of the technology for the manufacture of dispersion type fuel rods, regardless of the method chosen, are: manufacturing the core, enclosing it in the shell, connecting the core to the shell and sealing the shell. Moreover, it is important to achieve reliable contact of the core with the cladding to ensure maximum heat removal during operation of the fuel rod [1]
There are several technological schemes for the manufacture of fuel elements of the dispersion type, which are reduced to various options for producing a dispersion fuel core, the method of enclosing it in the shell and creating contact (adhesion) of the core with the shell [1]
Cores are made by melting and casting, as well as by powder metallurgy. The most common methods for connecting the core to the shell are: rolling method, joint extrusion method and drawing method. At the same time, the fuel elements are given sizes close to the final ones.
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.The main disadvantages of the above methods are technological difficulties associated with:
with the need for a separate manufacture of cores with certain mechanical, physical properties and geometry, in addition, each method of manufacturing a core has its own drawbacks and difficulties;
with a change in the mechanical, physical and geometric parameters of the shell originally incorporated into the shell after its mechanical change;
with non-guaranteed clutch of the core shell.
Перед автором стояла задача создания способа изготовления дисперсионного твэла, лишенного указанных недостатков. Поставленная задача решается тем, что дисперсионную композицию получают помещением в оболочку в соответствующих долях материала матрицы и частиц делящегося материала с последующим зонным переплавом материала матрицы при непрерывной подпитке зоны расплава составляющими дисперсионной композиции и вибрировании. Причем составляющие дисперсионной композиции могут загружаться в оболочку в виде смеси частиц или брикетов. Материал матрицы могут помещать в оболочку в виде пустотелой втулки, а частицы делящегося материала засыпают в полость втулки. Втулка из материала матрицы может быть выполнена составной. Таким образом достигается указанный технический результат. The author was faced with the task of creating a method of manufacturing a dispersion fuel element, devoid of these disadvantages. The problem is solved in that the dispersion composition is obtained by placing in the shell in the appropriate fractions of the matrix material and particles of fissile material, followed by zone remelting of the matrix material with continuous feeding of the melt zone with the components of the dispersion composition and vibration. Moreover, the components of the dispersion composition can be loaded into the shell in the form of a mixture of particles or briquettes. The matrix material can be placed in the shell in the form of a hollow sleeve, and particles of fissile material are poured into the sleeve cavity. The sleeve of the matrix material can be made integral. Thus, the specified technical result is achieved.
Изобретение осуществляют следующим образом. The invention is as follows.
В оболочку будущего твэла, загерметизированного с одного конца, загружаются совместно в соответствующих количествах материал матрицы и делящийся материал в виде крупки. Например, это можно сделать в виде смеси крупки того и другого материалов. Такую сборку в вертикальном положении пропускают через нагреватель, где по мере прохождения сборки происходит локальное зонное плавление матричного материала и распределение крупки делящегося материала в зоне расплава (в матрице). По мере выхода сборки из зоны нагревателя происходит направленная кристаллизация матричного материала, обеспечивающая беспористую матрицу и надежное металлургическое сцепление дисперционной композиции с внутренней поверхностью оболочки твэла. Для надежного обеспечения подпитки зоны расплава составляющими и равномерно-плотного распределения крупки в матрице сборку вибрируют. Процесс ведется в вакууме. Герметизация второго конца твэла осуществляется методами сварки после соответствующей механической и химической подготовки. Matrix material and fissile material in the form of grains are loaded together in the appropriate quantities into the cladding of a future fuel element sealed at one end. For example, this can be done in the form of a mixture of grains of one and the other materials. Such an assembly is vertically passed through a heater, where as the assembly passes, local zone melting of the matrix material and distribution of the grains of fissile material in the melt zone (in the matrix) takes place. As the assembly leaves the heater zone, directional crystallization of the matrix material occurs, providing a non-porous matrix and reliable metallurgical adhesion of the dispersion composition to the inner surface of the fuel cladding. To reliably ensure the replenishment of the melt zone with components and uniformly-dense distribution of the grains in the matrix, the assembly is vibrated. The process is conducted in a vacuum. The sealing of the second end of the fuel rod is carried out by welding methods after appropriate mechanical and chemical preparation.
Возможны другие разновидности осуществления данного технического решения, отличающиеся способами загрузки в оболочку составляющих, а именно:
1. Загрузку составляющих выполняют в виде прессованных брикетов без предъявления к ним каких-либо требований кроме соответствующего содержания матричного и делящегося материалов.There are other types of implementation of this technical solution, differing in the methods of loading components into the shell, namely:
1. The loading of components is carried out in the form of pressed briquettes without presenting any requirements to them other than the corresponding content of the matrix and fissile materials.
2. Матричный материал в виде пустотелой втулки загружается на всю длину будущего твэла, а крупка делящегося материала засыпается в полость втулки. Избыток крупки размещается в верхней технологической насадке. При этом должно выполняться условие: площадь поперечного сечения втулки матричного материала должна соответствовать суммарной площади матричного материала в сечении топливной композиции. Загрузка матричного материала возможна отдельными втулками. 2. The matrix material in the form of a hollow sleeve is loaded over the entire length of the future fuel rod, and the grains of fissile material are poured into the sleeve cavity. The excess grain is placed in the upper technological nozzle. In this case, the condition must be met: the cross-sectional area of the sleeve of the matrix material must correspond to the total area of the matrix material in the cross section of the fuel composition. Loading matrix material is possible with separate bushings.
Использование изобретения позволит повысить эффективность и надежность способа изготовления твэла дисперсионного типа. Using the invention will improve the efficiency and reliability of the method of manufacturing a fuel element of a dispersion type.