Активная зона

Активная зона реактора является непосредственным источником тепловой энергии, которая генерируется в тепловыделяющих элементах (ТВЭЛ) и передается омывающему их теплоносителю.

Сборочная единица активной зоны – тепловыделяющая сборка (ТВС). Формируя активную зону, ТВС устанавливаются хвостовиками в опорные трубы, практически вплотную друг к другу в плане и жестким допуском по высоте.

ТВС – это пучок ТВЭЛ, собранных по треугольной решетке и зафиксированных в несущей конструкции, которая обеспечивает возможность транспортных операций с ТВС и сборки активной зоны. Как правило, ТВС набирается из ТВЭЛ с одинаковым обогащением. Исключение составляет незначительное количество ТВС ВВЭР-1000, применяемых в некоторых загрузках, у которых 2 периферийных ряда ТВЭЛ имеют несколько меньшее обогащение. Устройство ТВС для ВВЭР-1000^* и ВВЭР-440 показано на рис.3, 4 соответственно.

* - На рис.3 изображена унифицированная ТВС (УТВС). В настоящее время прошла испытания и внедряется ТВСА – альтернативная, с усиленной несущей конструкцией: головка и хвостовик ТВСА соединены дополнительно шестью уголками

Ниже, в табл.2 приведены основные геометрические и физические характеристики ТВС и ТВЭЛ.

Табл. 2.

Принципиальным различием в конструкции ТВС ВВЭР-1000 и ВВЭР-440 является то, что в ТВС-440 несущей конструкцией является шестигранный чехол с головкой и хвостовиком, а в ТВС-1000** таковой отсутствует. Функцию несущей конструкции в последней выполняют жестко скрепленные хвостовик - направляющие каналы и центральная трубка-головка. Безусловно отказ от чехла делает ТВС более уязвимой при проведении транспортно-технологических операций и эксплуатации в зоне, но он необходим при повышении единичной мощности ТВС. Дело в том, что чехол изолирует поток теплоносителя в конкретной ТВС, а гидравлическое сопротивление для такого потока связано положительной обратной связью с мощностью ТВС: больше мощность – больше гидравлическое сопротивление, поскольку средняя плотность теплоносителя в ТВС уменьшается.

* - на периферии активных зон ВВЭР-440 вместо ТВС могут быть установлены 36 имитаторов ТВС для уменьшения нейтронного инфлюенса на корпус реактора.

** - За исключением ТВС для головного блока ВВЭР-1000, НВАЭС-5.

В результате, при фиксированном перепаде давления на активной зоне, в наиболее энергонапряженных ТВС будет наименьшим расход. Отсутствие чехла в ТВС обеспечивает возможность поперечного перемешивания струй теплоносителя, омывающих ТВЭЛы разной энергонапряженности, что увеличивает коэффициент теплопередачи и сводит к минимуму негативное влияние положительной связи мощности и гидравлического сопротивления.

ТВЭЛы в ТВСах фиксируются в плане дистанцирующими решетками. Профиль ячеек решеток и их упругопластические свойства обеспечивают безлюфтовое поджатие ТВЭЛ в решетке и вместе с тем не препятствуют температурному удлинению ТВЭЛ. В нижней дистанцирующей решетке, которая является опорной и сваркой жестко соединена с хвостовиком, ТВЭЛы фиксируются в аксиальном направлении. Это соединение обеспечивает невсплытие ТВЭЛ при наличии перепада давления на активной зоне. Верхние концы ТВЭЛ свободны, что обеспечивает возможность безопасного температурного удлинения.

ТВЭЛ конструктивно выполнен в виде стержня: трубка - обечайка, уплотненная с обоих концов, наполненная таблетками топлива из спеченной двуокиси урана. Пространство между топливом и обечайкой заполнено гелием для обеспечения высокого коэффициента теплопроводности. В центре таблеток топлива имеется отверстие для уменьшения максимальной температуры топлива. В верхней части ТВЭЛ существует свободное пространство - газовая полость, для приема газов, появляющихся при делении урана. Давление указанных газов может приводить к подъему внутреннего давления ТВЭЛ.

Для уменьшения паразитного захвата нейтронов все конструкционные элементы ТВС и ТВЭЛ, расположенные в активной части зоны изготавливаются из сплавов Zr + 1% Nb и Zr + 2,5% Nb. Для ТВС-440 – это шестигранник чехла, дистанционирующие решетки, оболочки ТВЭЛ; для ТВС-1000 – направляющие каналы, центральная трубка, дистанционирующие решетки, оболочки ТВЭЛ. Остальные элементы изготавливаются из различных сталей и сплавов, в соответствии с технологическими требованиями.

Поиск по сайту: