Тепловыделяющий элемент

Тепловыделяющий элемент

Тепловыделяющий элемент – основной конструктивный узел ядерного реактора с ядерным топливом, который располагается в активной зоне реактора и в котором идет реакция деления ядер ядерного топлива. Конструкция тепловыделяющего элемента включает герметическую оболочку и сердечник. Сердечник, как правило, бывает металлический, керамический или металлокерамический. Металлический сердечник сделан из плутония, урана, тория или их сплавов с цирконием, алюминием, цинком. Металлокерамический сердечник – это сплав урана и алюминия. Керамический сердечник – это сплав окислов, карбидов. Эти сердечники прочны и не изменяют свои размеры и физические свойства в высокотемпературных условиях и в зоне нейтронного излучения. Вещества, не принимающие участия в делении и воспроизводстве ядерного топлива, являются в таких сердечниках наполнителем. Чаще всего сердечники бывают керамические со спеченной двуокисью урана, они не меняют свою форму и размер и не подвержены деформации при выгорании топлива. Такие сердечники используются в энергетических реакторах на слабообогащенном уране. Герметизирующая оболочка защищает сердечник тепловыделяющего элемента от теплоносителя. Это очень важно, так как недопустимо попадание в теплоноситель продуктов деления, поскольку это может нарушить работу реактора. Поэтому материал, из которого сделана герметизирующая оболочка, имеет высокую термическую, коррозионную, эрозионную стойкость и механическую прочность. Чаще всего герметизирующая оболочка изготавливается из сплавов циркония, алюминия и стали. Выбор материала оболочки зависит от температурного режима реактора. В реакторах с температурой ниже 300 °С оболочка выполнена из сплавов алюминия, в реакторах с температурой до 400 °С – из сплавов циркония, в реакторах с температурой более 400 °С – из нержавеющей стали. Иногда герметизирующая оболочка изготавливается из графита с большой плотностью. Диффузное сцепление между герметизирующей оболочкой и сердечником улучшает теплообмен между ними, но это возможно, если материалы, из которых изготовлены оболочки и сердечник, обладают близкими коэффициентами объемного расширения. Если же их коэффициенты сильно отличаются, то зазор между сердечником и оболочкой заполняют теплопроводящим газом – гелием. Форма сердечника определяет форму тепловыделяющего элемента. Как правило, это цилиндрический стержень, но бывают пластинчатые, трубчатые стержни. В реактор тепловыделяющие элементы помещают собранными в виде блоков, кассет, пакетов. В жидких земедлителях, которые являются и теплоносителями, блоки элементов направляют поток жидкости. При твердых замедлителях блоки элементов располагают в каналах с теплоносителем. Тепловыделяющий элемент способен работать в энергетическом реакторе до нескольких лет.