Газовая теплопроводящая прослойка.
В твэлах энергетических реакторов с топливом в виде таблеток из двуокиси урана, когда трудно создать жесткое сцепление между сердечником и оболочкой или по конструкционным соображениям между ними оставлен зазор, этот зазор заполняют гелием, обладающим хорошей теплопроводностью. В этом случае требуются точные допуски в технологии изготовления твэла для обеспечения малого зазора и поддержания в нем малого перепада температур.
Изучение соединения уранового сердечника с алюминиевой оболочкой и гелиевой теплопроводящей прослойкой показало, что гелиевая прослойка не обеспечивает удовлетворительной теплоотдачи (табл. 5.1).
Таблица 5.1. Коэффициент теплоотдачи от алюминия к урану
Метод соединения твэла с оболочкой | Давление, МПа | Коэффициент |
Без промежуточного газового слоя | 0,1 | 6 |
| 2,5 | 20 |
| 5,0 | 35 |
С газовым промежуточным слоем: водород | 2,5 | 24 |
5,0 | 33 | |
гелий | 2,5 | 20 |
| 5,0 | 30 |
воздух | 2,5 | 19 |
| 5,0 | 32 |
Жидкометаллическая прослойка при температуре 230 °С |
| 250 |
Образующиеся газообразные продукты деления (Хе, Кг) смешиваются с Не и понижают его коэффициент теплопроводности, что приводит к более высокому перепаду температур и росту температуры в центре сердечника для одного и того же теплового потока (табл. 5.2).
Таблица 5.2. Коэффициенты теплопроводности газов
Жидкометаллическая теплопроводящая прослойка. Жидкие металлы Na и РЬ и их сплавы Na—К и Pb—Bi являются хорошими теплопроводящими прослойками, так как они не реагируют при температуре 600 °С с топливным сердечником из двуокиси урана или из UO2—ThO2, UO2—PuO2 и оболочкой из нержавеющей стали или сплавов циркония и обладают высокими теплопроводящими свойствами. Использование таких прослоек не требует высокой точности зазора между таблетками топлива и оболочкой. Кроме того, имеющийся избыток объема в зазоре допускает некоторое распухание
сердечника без повреждения оболочки за счет вытеснения из зазора металлической прослойки.
Уровень жидкого металла или сплава в твэле обычно выше уровня топлива; пространство над металлом заполняется гелием. Это пространство служит дополнительным объемом для теплового расширения металлической жидкости. Необходимо помнить, что газообразные продукты деления, оставаясь в жидкости, образуют пузырьки, которые уменьшают теплопроводность металлической прослойки. Загрязнение жидкометаллической теплопроводящей прослойки газообразными продуктами деления может понизить стойкость оболочки и твэла в делом.
Заполнение оболочек с топливными таблетками металлической жидкостью представляет некоторые трудности. Заполнение кольцевого пространства между топливом и оболочкой осуществляют в контейнере с применением давления газа и вибрации, с предварительной эвакуацией воздуха и последующим нагревом при температуре 425—450 °С в течение 4,5 ч.
