2015-01-21
1013
Очень ответственная деталь конструкции твэла – его оболочка. Оболочки твэлов работают в сложных условиях высоких температур и активных сред. Кроме того они могут изнашиваться от воздействия дистанционирующих и других узлов, с которыми контактируют твэлы, подвергаться коррозии и эрозии как со стороны теплоносителя, так и со стороны топлива под воздействием продуктов деления; на их наружной поверхности могут откладываться продукты коррозии.
Из сказанного видно, что выбор конструкционных материалов для оболочек твэлов требует глубокого анализа и всестороннего изучения свойств применяемых материалов.
В первую очередь выбор материала определяется видом и параметрами теплоносителя. Из таких же материалов, что и оболочки твэлов, изготавливают другие узлы активной зоны.
Основные требования, которым должны удовлетворять конструкционные материалы, следующие:
- коррозионная и эрозионная стойкость в теплоносителях при заданных параметрах, совместимость с топливом;
- удовлетворительные механические свойства (прочность, пластичность, ползучесть) с учетом воздействия излучения, вызывающего изменения этих свойств;
- высокая теплопроводность;
- низкое сечение захвата нейтронов;
- технологичность (возможность получения труби других требуемых профилей, свариваемость);
- экономичность и доступность.
Основные конструкционные материалы, используемые для элементов активной зоны, и их свойства приведены в таблице.
Таблица 3.2
Основные конструкционные материалы, используемые
В активных зонах ядерных реакторов, и их главные свойства
| Материал | ρ×103, кг/м3 | Тпл, оС | α×10-6, 1/оС | λ, Вт/м×оС | С, кДж/(кг×оС) | σа, барн |
| Алюминий | 2,7 | 23,8 | 0,9 | 0,215 | ||
| Магний | 1,74 | 26,0 | 1,05 | 0,059 | ||
| Бериллий | 1,85 | 11,6 | 1,76 | 0,009 | ||
| Цирконий | 6,5 | 5,8 | 23,9 | 0,29 | 0,18 | |
| Сталь Х18Н10Т | 7,95 | 1400-1425 | 16,0 | 14,6 | 0,5 | 2,88 |
| Графит | 1,65 | Возгор. t=3650±250С | 5-3 | 170-130 | 0,72 | 0,0045 |
Алюминий и его сплавы
Алюминий и его сплавы широко применяются для низкотемпературных реакторов с водяным и органическим теплоносителями при температуре не выше 250-3000С. Предел прочности сплавов при 200С равен 120-150 МПа, а предел текучести 40-60 МПа; при температуре порядка 2000С эти показатели соответственно снижаются до 90-100 и 30-40 МПа.
Алюминиевые сплавы обладают очень высокой теплопроводностью и низким сечением захвата тепловых нейтронов. Они технологичны, широко применяются в технике. Все это делает их привлекательными для использования в реакторостроении.
